JP2000102397A - 微生物による水素の生産方法 - Google Patents
微生物による水素の生産方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率の良い微生物による水素の生産方法を提
供すること 【解決手段】 微生物を用いる水素の生産において、明
好気的条件下における微細藻の培養及び／又は明嫌気条
件下における光合成細菌による水素生産を、透明塔型エ
アリフト培養槽を用いて行う。２重円筒構造にし、ヘリ
カルフロープロモーターを備え付けることにより、より
効率よく行うことができる。
供すること 【解決手段】 微生物を用いる水素の生産において、明
好気的条件下における微細藻の培養及び／又は明嫌気条
件下における光合成細菌による水素生産を、透明塔型エ
アリフト培養槽を用いて行う。２重円筒構造にし、ヘリ
カルフロープロモーターを備え付けることにより、より
効率よく行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微生物による水素
の生産方法に関する。さらに詳しくは、光合成能力を有
する微細藻と光合成能力を有する細菌とを用いて、太陽
エネルギーを利用し、効率よく水素を生産する方法に関
する。
の生産方法に関する。さらに詳しくは、光合成能力を有
する微細藻と光合成能力を有する細菌とを用いて、太陽
エネルギーを利用し、効率よく水素を生産する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年地球温暖化が世界的な異常気象並び
に地球生態系の調和を崩す大きな原因とされ、地球温暖
化の防止が全世界的な緊急の課題となっている。そし
て、この地球温暖化が、主に石油、石炭をはじめとする
化石燃料の大量消費とそれに伴う二酸化炭素（CO２）等
の温暖化ガスが原因であることが明確となり、地球温暖
化ガス放出を抑制する新たな技術の探索、生物機能を利
用した水素等のエネルギー源創生、温暖化ガスの固定・
分解等の研究が必要となってきた。
に地球生態系の調和を崩す大きな原因とされ、地球温暖
化の防止が全世界的な緊急の課題となっている。そし
て、この地球温暖化が、主に石油、石炭をはじめとする
化石燃料の大量消費とそれに伴う二酸化炭素（CO２）等
の温暖化ガスが原因であることが明確となり、地球温暖
化ガス放出を抑制する新たな技術の探索、生物機能を利
用した水素等のエネルギー源創生、温暖化ガスの固定・
分解等の研究が必要となってきた。
【０００３】この中で、水素エネルギーは燃料電池とし
て高い効率で電気エネルギーへ変換できること、発熱量
が石油の３〜４倍で、燃焼後は水を生じて環境汚染の恐
れがない、原料の水は無制限にある等の利点を有してい
る。
て高い効率で電気エネルギーへ変換できること、発熱量
が石油の３〜４倍で、燃焼後は水を生じて環境汚染の恐
れがない、原料の水は無制限にある等の利点を有してい
る。
【０００４】生物機能を利用した水素エネルギーの創生
研究は、種々行われており、例えば、特開昭５８−６０
９９２号公報には、光合成能と水素生産能を有する緑藻
を明好気条件下培養し、光合成で蓄積した物質を暗微好
気条件下分解して、水素を発生させる方法が開示されて
いる。また、ファルマシア：vol.26、419-422(1990)に
は、緑藻の中でもクラミドモナス(Chlamydomonas)属のM
GA161株の水素生産能が高いことが記載されている。さ
らに、Biosci.Biotech.Biochem.：vol.56、751-754(199
2)には、このクラミドモナス属のMGA161株の光合成産物
を、暗嫌気条件下、分解し、これに光合成能力を有する
細菌（以下、光合成細菌という）を作用させて、水素を
効率よく発生させることが記載されている。この文献で
は、光合成細菌による水素生産は、緑藻光合成産物の発
酵分解物であるエタノール、酢酸、ギ酸、乳酸等をエレ
クトロンドナーとして用いて行われていることが記載さ
れている一方、単にエタノール、酢酸からでは水素生産
が行われないことが記載されており、どのような機構で
水素生産されるかは未だ明確でなく、従って、最適な水
素生産の条件が未だ確立されていない状況である。
研究は、種々行われており、例えば、特開昭５８−６０
９９２号公報には、光合成能と水素生産能を有する緑藻
を明好気条件下培養し、光合成で蓄積した物質を暗微好
気条件下分解して、水素を発生させる方法が開示されて
いる。また、ファルマシア：vol.26、419-422(1990)に
は、緑藻の中でもクラミドモナス(Chlamydomonas)属のM
GA161株の水素生産能が高いことが記載されている。さ
らに、Biosci.Biotech.Biochem.：vol.56、751-754(199
2)には、このクラミドモナス属のMGA161株の光合成産物
を、暗嫌気条件下、分解し、これに光合成能力を有する
細菌（以下、光合成細菌という）を作用させて、水素を
効率よく発生させることが記載されている。この文献で
は、光合成細菌による水素生産は、緑藻光合成産物の発
酵分解物であるエタノール、酢酸、ギ酸、乳酸等をエレ
クトロンドナーとして用いて行われていることが記載さ
れている一方、単にエタノール、酢酸からでは水素生産
が行われないことが記載されており、どのような機構で
水素生産されるかは未だ明確でなく、従って、最適な水
素生産の条件が未だ確立されていない状況である。
【０００５】他方で、微生物による水素生産方法が工業
的規模で行われない理由は、培養装置の問題である。例
えば、光合成緑藻および光合成細菌の培養は、光を必要
とするが、光が培養槽の深部まで到達できない。そこ
で、培養槽を浅くする必要があり、従って、大量培養す
るためには床面積を大きくしなければならないという立
地上の問題、および、培養槽が浅いため、二酸化炭素の
培養液への溶解が不十分となり、培養が非効率的である
という培養条件上の問題点があった。また、連続培養も
困難であった。
的規模で行われない理由は、培養装置の問題である。例
えば、光合成緑藻および光合成細菌の培養は、光を必要
とするが、光が培養槽の深部まで到達できない。そこ
で、培養槽を浅くする必要があり、従って、大量培養す
るためには床面積を大きくしなければならないという立
地上の問題、および、培養槽が浅いため、二酸化炭素の
培養液への溶解が不十分となり、培養が非効率的である
という培養条件上の問題点があった。また、連続培養も
困難であった。
【０００６】これらの問題点解決のために、人工光を当
てて攪拌培養する方法も検討されたが、内部への光の到
達が十分でないことと細胞への光の照射時間、照射量に
問題があり、さらに、人工光のコストの問題等もあっ
て、水素の大量生産へ向けての問題点が未解決のままで
あった。
てて攪拌培養する方法も検討されたが、内部への光の到
達が十分でないことと細胞への光の照射時間、照射量に
問題があり、さらに、人工光のコストの問題等もあっ
て、水素の大量生産へ向けての問題点が未解決のままで
あった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、微細藻と光合
成細菌とを用いて水素を生産する系において、光合成微
細藻の効率的な培養並びに光合成産物の発酵分解物を基
質とする光合成細菌の最適な水素生産条件の確立が待望
されていた。
成細菌とを用いて水素を生産する系において、光合成微
細藻の効率的な培養並びに光合成産物の発酵分解物を基
質とする光合成細菌の最適な水素生産条件の確立が待望
されていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために行われたものであり、光合成微細藻の効
率的な培養並びに光合成産物の発酵分解物を基質とする
光合成細菌の最適水素生産条件並びに微生物による水素
の大量生産方法を提供するものである。
解決するために行われたものであり、光合成微細藻の効
率的な培養並びに光合成産物の発酵分解物を基質とする
光合成細菌の最適水素生産条件並びに微生物による水素
の大量生産方法を提供するものである。
【０００９】本発明は、光合成能力を有する微細藻を明
好気条件下培養して光合成産物を得る工程、該微細藻を
暗嫌気条件下培養し、該光合成産物の発酵液を得る工
程、および該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有
する細菌を作用させる工程を含む水素の生産方法におい
て、該明好気条件下の微細藻の培養及び／又は明嫌気条
件下で該発酵液に細菌を作用させる工程が透明塔型エア
ーリフト培養槽で行われることを特徴とする水素の生産
方法に関する。
好気条件下培養して光合成産物を得る工程、該微細藻を
暗嫌気条件下培養し、該光合成産物の発酵液を得る工
程、および該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有
する細菌を作用させる工程を含む水素の生産方法におい
て、該明好気条件下の微細藻の培養及び／又は明嫌気条
件下で該発酵液に細菌を作用させる工程が透明塔型エア
ーリフト培養槽で行われることを特徴とする水素の生産
方法に関する。
【００１０】好適な実施態様においては、前記塔型エア
ーリフト培養槽が２重円筒構造を有する。
ーリフト培養槽が２重円筒構造を有する。
【００１１】また、好適な実施態様においては、前記塔
型エアーリフト培養槽がヘリカルフローを生じる構造を
有する。
型エアーリフト培養槽がヘリカルフローを生じる構造を
有する。
【００１２】さらに好適な実施態様においては、前記光
合成能力を有する微細藻を明好気条件下培養して光合成
産物を得る工程、該微細藻を暗嫌気条件下培養し、該光
合成産物の発酵液を得る工程、および該発酵液に、明嫌
気条件下、光合成能力を有する細菌を作用させる工程が
連続で行われる。
合成能力を有する微細藻を明好気条件下培養して光合成
産物を得る工程、該微細藻を暗嫌気条件下培養し、該光
合成産物の発酵液を得る工程、および該発酵液に、明嫌
気条件下、光合成能力を有する細菌を作用させる工程が
連続で行われる。
【００１３】また、好適な実施態様においては、前記発
酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有する細菌を作用
させる工程が、乳酸含有量を少なくとも0.3ｍＭに調節
して行われる。
酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有する細菌を作用
させる工程が、乳酸含有量を少なくとも0.3ｍＭに調節
して行われる。
【００１４】本発明は、また、光合成能力を有する微細
藻を明好気条件下培養して光合成産物を得る工程、該微
細藻を暗嫌気条件下培養し、該光合成産物の発酵液を得
る工程、および該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力
を有する細菌を作用させる工程を含む水素の生産方法に
おいて、該暗嫌気条件下の該発酵液の乳酸含量を少なく
ともに0.3ｍＭに調節することを特徴とする方法に関す
る。
藻を明好気条件下培養して光合成産物を得る工程、該微
細藻を暗嫌気条件下培養し、該光合成産物の発酵液を得
る工程、および該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力
を有する細菌を作用させる工程を含む水素の生産方法に
おいて、該暗嫌気条件下の該発酵液の乳酸含量を少なく
ともに0.3ｍＭに調節することを特徴とする方法に関す
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる微細藻として
は、光合成能力を有する微細藻であれば、特に制限され
ることなく使用される。特に、緑藻、藍藻等が好適に用
いられる。緑藻としては、クラミドモナス(Chlamydomon
as)属に属するクラミドモナス・ラインハルディ(Chlamy
domonas reinhardtii)、クラミドモナス・モエブシイ(C
hlamydomonas moewusii)、クラミドモナス属のＭＧＡ16
1株、クラミドモナス ユーガメタス(Chlamydomonas eu
gametos)、クラミドモナス セグニス(Chlamydomonasse
gnis)、クロレラ(Chlorella)属に属するクロレラ ブル
ガリス(Chlorella vulgaris)、セネデスムス(Senedesmu
s)属に属するセネデスムス オブリガス(Senedesmus ob
liguus)およびデュナリエラ(Dunaliella)属に属するデ
ュナリエラ テルトロレクタ(Dunaliella tertrolecta)
等が挙げられる。藍藻類としては、アナべナ属（Anabae
na）に属するアナべナ・バリアビリス（Anabanena vari
abilis）ATCC 29413、シアノテセ（Cyanothece)属の Cy
anothece sp. ATCC 51142、シネノコッカス（Synechoco
ccus）属に属するSynechococcus sp. PCC 7942およびア
ナシスティス(Anacystis)属に属するアナシスティス
ニデュランス(Anacystisnidulans)等が挙げられる。
は、光合成能力を有する微細藻であれば、特に制限され
ることなく使用される。特に、緑藻、藍藻等が好適に用
いられる。緑藻としては、クラミドモナス(Chlamydomon
as)属に属するクラミドモナス・ラインハルディ(Chlamy
domonas reinhardtii)、クラミドモナス・モエブシイ(C
hlamydomonas moewusii)、クラミドモナス属のＭＧＡ16
1株、クラミドモナス ユーガメタス(Chlamydomonas eu
gametos)、クラミドモナス セグニス(Chlamydomonasse
gnis)、クロレラ(Chlorella)属に属するクロレラ ブル
ガリス(Chlorella vulgaris)、セネデスムス(Senedesmu
s)属に属するセネデスムス オブリガス(Senedesmus ob
liguus)およびデュナリエラ(Dunaliella)属に属するデ
ュナリエラ テルトロレクタ(Dunaliella tertrolecta)
等が挙げられる。藍藻類としては、アナべナ属（Anabae
na）に属するアナべナ・バリアビリス（Anabanena vari
abilis）ATCC 29413、シアノテセ（Cyanothece)属の Cy
anothece sp. ATCC 51142、シネノコッカス（Synechoco
ccus）属に属するSynechococcus sp. PCC 7942およびア
ナシスティス(Anacystis)属に属するアナシスティス
ニデュランス(Anacystisnidulans)等が挙げられる。
【００１６】この中でも、緑藻クラミドモナスＭＧＡ16
1株は、海水から常法により単離された株であり、明好
気条件下の光合成能力が高い上に、暗嫌気条件下におけ
る発酵が速く、また、明好気条件下に戻したときに、速
やかに光合成系に適応できるという優れた能力を有して
いるので、好適である。クラミドモナスＭＧＡ161株あ
るいはこれに相当する株は、海水サンプルから光合成能
力と分解能とで当業者が容易に単離することができる株
である。
1株は、海水から常法により単離された株であり、明好
気条件下の光合成能力が高い上に、暗嫌気条件下におけ
る発酵が速く、また、明好気条件下に戻したときに、速
やかに光合成系に適応できるという優れた能力を有して
いるので、好適である。クラミドモナスＭＧＡ161株あ
るいはこれに相当する株は、海水サンプルから光合成能
力と分解能とで当業者が容易に単離することができる株
である。
【００１７】明好気条件下での微細藻の培養は、無機成
分を含んだ培地中、太陽光および／または人工光の照射
下、透明塔型エアーリフト培養槽を用いて行う。培養温
度は約１５℃〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃であ
る。
分を含んだ培地中、太陽光および／または人工光の照射
下、透明塔型エアーリフト培養槽を用いて行う。培養温
度は約１５℃〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃であ
る。
【００１８】微細藻、特に、緑藻を培養する培地として
は、適切な窒素供給源と無機成分とを含む培地であれば
制限されない。無機成分を含む培地としては海水が好適
に用いられるが、以下の組成の改変岡本培地（以下、Ｍ
ＯＭ培地という）： ＮａＣｌ ３０ ｇ ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ ２００ ｍｇ ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ２５０ ｍｇ ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ２０ ｍｇ ＫＨ２ＰＯ４ ４０．８ｍｇ Ｋ２ＨＰＯ４ ４９５ ｍｇ ビタミンＢ１ １００ μｇ ビタミンＢ１２ １ μｇ １Ｍ ＮＨ４Ｃｌ ５ ｍｌ 微量金属混合物Ａ５ １．０ ｍｌ 蒸留水 １０００ ｍｌ ｐＨ８．０ も用いられる。ここで、微量金属混合物Ａ５の組成は、
以下の通りである。 Ｈ３ＢＯ４ ２．８５ ｇ ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ １．８１ ｇ ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．２２ ｇ ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ０．０８ ｇ Ｎａ２ＭｏＯ４ ０．０２１ｇ ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ ０．０１ ｇ ＥＤＴＡ・２Ｎａ ５０ ｇ 蒸留水 １０００ ｍｌ
は、適切な窒素供給源と無機成分とを含む培地であれば
制限されない。無機成分を含む培地としては海水が好適
に用いられるが、以下の組成の改変岡本培地（以下、Ｍ
ＯＭ培地という）： ＮａＣｌ ３０ ｇ ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ ２００ ｍｇ ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ２５０ ｍｇ ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ２０ ｍｇ ＫＨ２ＰＯ４ ４０．８ｍｇ Ｋ２ＨＰＯ４ ４９５ ｍｇ ビタミンＢ１ １００ μｇ ビタミンＢ１２ １ μｇ １Ｍ ＮＨ４Ｃｌ ５ ｍｌ 微量金属混合物Ａ５ １．０ ｍｌ 蒸留水 １０００ ｍｌ ｐＨ８．０ も用いられる。ここで、微量金属混合物Ａ５の組成は、
以下の通りである。 Ｈ３ＢＯ４ ２．８５ ｇ ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ １．８１ ｇ ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．２２ ｇ ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ０．０８ ｇ Ｎａ２ＭｏＯ４ ０．０２１ｇ ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ ０．０１ ｇ ＥＤＴＡ・２Ｎａ ５０ ｇ 蒸留水 １０００ ｍｌ
【００１９】ところで、明嫌気条件下における光合成細
菌による水素生産は、一般的に、ニトロゲナーゼに依存
している。そして、このニトロゲナーゼ活性は、窒素源
（例えば、塩化アンモニウム、グルタミン酸）の濃度に
依存した阻害を受ける。本発明においては、明好気培養
液をそのままあるいは微細藻を濃縮して暗嫌気条件下、
光合成産物を発酵分解して、これを明嫌気条件下の水素
生産に用いる場合がある。そこで、明好気条件下の培地
の窒素源濃度はできるだけ低くする方がよく、塩化アン
モニウムの場合は５ｍＭ以下、好ましくは、２．５ｍＭ
以下、より好ましくは、０．５ｍＭ以下に調整する。そ
の他の窒素源の場合は、できるだけ濃度を低くしてニト
ロゲナーゼを阻害しないようにすることが好ましい。
菌による水素生産は、一般的に、ニトロゲナーゼに依存
している。そして、このニトロゲナーゼ活性は、窒素源
（例えば、塩化アンモニウム、グルタミン酸）の濃度に
依存した阻害を受ける。本発明においては、明好気培養
液をそのままあるいは微細藻を濃縮して暗嫌気条件下、
光合成産物を発酵分解して、これを明嫌気条件下の水素
生産に用いる場合がある。そこで、明好気条件下の培地
の窒素源濃度はできるだけ低くする方がよく、塩化アン
モニウムの場合は５ｍＭ以下、好ましくは、２．５ｍＭ
以下、より好ましくは、０．５ｍＭ以下に調整する。そ
の他の窒素源の場合は、できるだけ濃度を低くしてニト
ロゲナーゼを阻害しないようにすることが好ましい。
【００２０】従って、微細藻、特に緑藻の培養において
も、上記ＭＯＭ培地（ＮＨ４Ｃｌ濃度：５ｍＭ）を改変
し、できるだけ低い塩化アンモニウム濃度、好ましくは
０．５ｍＭ以下に調整して行うことが好ましい。塩化ア
ンモニウム濃度を０．５ｍＭ以下に調整して行うことに
より、５ｍＭの場合よりもデンプンの蓄積濃度を高くす
ることができる。
も、上記ＭＯＭ培地（ＮＨ４Ｃｌ濃度：５ｍＭ）を改変
し、できるだけ低い塩化アンモニウム濃度、好ましくは
０．５ｍＭ以下に調整して行うことが好ましい。塩化ア
ンモニウム濃度を０．５ｍＭ以下に調整して行うことに
より、５ｍＭの場合よりもデンプンの蓄積濃度を高くす
ることができる。
【００２１】本発明においては、微細藻の培養には、炭
素源として、二酸化炭酸が必要であるので、空気あるい
は空気と二酸化炭素との混合気体を通気する。二酸化炭
素を混合する場合は、約２〜10％、好ましくは、約２〜
５％二酸化炭素を混合する。
素源として、二酸化炭酸が必要であるので、空気あるい
は空気と二酸化炭素との混合気体を通気する。二酸化炭
素を混合する場合は、約２〜10％、好ましくは、約２〜
５％二酸化炭素を混合する。
【００２２】本発明においては、透明塔型エアーリフト
培養槽を用いて太陽光を利用するので、光の照射は特に
必要ではないが、曇天、雨天等日照時間が不足すること
等を考慮して、光照射設備を設けてもよい。また、夜間
連続して培養する場合には、光照射設備を設ける必要が
ある。
培養槽を用いて太陽光を利用するので、光の照射は特に
必要ではないが、曇天、雨天等日照時間が不足すること
等を考慮して、光照射設備を設けてもよい。また、夜間
連続して培養する場合には、光照射設備を設ける必要が
ある。
【００２３】透明塔型エアーリフト培養槽の材質は、透
明で太陽光および／または人工光を透過させることがで
きる材質であればどのようなものでも良い。例えば、
（強化）アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピ
レン、ポリテレフタレートなどの透明プラスチック、あ
るいはガラスなどが挙げられる。
明で太陽光および／または人工光を透過させることがで
きる材質であればどのようなものでも良い。例えば、
（強化）アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピ
レン、ポリテレフタレートなどの透明プラスチック、あ
るいはガラスなどが挙げられる。
【００２４】また、培養槽の上部及び／又は下部に、培
養液の温度を調節するために、加熱及び／又は冷却装置
を設けることができる。
養液の温度を調節するために、加熱及び／又は冷却装置
を設けることができる。
【００２５】エアーリフト培養槽としては、ノズル、リ
ング状スパージャー、多孔板等の通気装置を有し、これ
により液体を循環させることができるものであれば形態
は問わない。エアーリフト培養槽に照射された光（太陽
光または人工光）は、培養槽の槽壁付近の細胞（微細
藻）に一番良く当たるが、細胞量が増加すると内部に到
達しにくくなるため光合成（増殖）が不十分となる。ま
た、あまりに光が当りすぎると細胞の生育に悪影響を及
ぼす。従って、適度な細胞の流動性と、槽の内側の細胞
と槽の外側（表面側）の細胞との適度な混合性とが要求
される。
ング状スパージャー、多孔板等の通気装置を有し、これ
により液体を循環させることができるものであれば形態
は問わない。エアーリフト培養槽に照射された光（太陽
光または人工光）は、培養槽の槽壁付近の細胞（微細
藻）に一番良く当たるが、細胞量が増加すると内部に到
達しにくくなるため光合成（増殖）が不十分となる。ま
た、あまりに光が当りすぎると細胞の生育に悪影響を及
ぼす。従って、適度な細胞の流動性と、槽の内側の細胞
と槽の外側（表面側）の細胞との適度な混合性とが要求
される。
【００２６】本発明においては、透明塔型エアーリフト
培養槽の内部を２重円筒構造にすることが好ましい。以
下、図１に基づいて、説明する。本発明に用いる培養槽
１は、好ましくは円筒形であり、培養槽１の下部に、液
が流れる程度のスペースを持たせて、内部円筒２（以
下、単に「円筒」ということがある）を設置し、円筒２
の内側の培養液３と円筒２の外側の培養液４とが循環す
るように構成される。培養槽内に設けられた円筒２の内
側の下部から、通気装置５（例えば、リング状スパージ
ャー）から通気することにより、円筒２の内部の下部か
ら上部への培養液の流れを作り、円筒２の内側の上面か
ら円筒２の外側へ培養液が流れるようにする。そして、
この培養液が槽壁６と円筒２との間の空間に沿って培養
槽の下部へ流れることにより、培養液の循環状態を作り
出す。培養液は、槽壁６と円筒外壁７との間を流れる間
に最も強く、光（太陽光）の照射を受け、光合成が進行
する。このように、透明塔型エアーリフト培養槽１の内
部を２重円筒構造とすることにより、槽壁６と円筒外壁
７との間に微細藻培養液が流れ、微細藻への光照射時間
を長くできるとともに、微細藻が効率よく循環されるの
で、従来の攪拌型の培養槽を用いる場合に比べて、効率
よく、微細藻の光合成（増殖）が行われる。
培養槽の内部を２重円筒構造にすることが好ましい。以
下、図１に基づいて、説明する。本発明に用いる培養槽
１は、好ましくは円筒形であり、培養槽１の下部に、液
が流れる程度のスペースを持たせて、内部円筒２（以
下、単に「円筒」ということがある）を設置し、円筒２
の内側の培養液３と円筒２の外側の培養液４とが循環す
るように構成される。培養槽内に設けられた円筒２の内
側の下部から、通気装置５（例えば、リング状スパージ
ャー）から通気することにより、円筒２の内部の下部か
ら上部への培養液の流れを作り、円筒２の内側の上面か
ら円筒２の外側へ培養液が流れるようにする。そして、
この培養液が槽壁６と円筒２との間の空間に沿って培養
槽の下部へ流れることにより、培養液の循環状態を作り
出す。培養液は、槽壁６と円筒外壁７との間を流れる間
に最も強く、光（太陽光）の照射を受け、光合成が進行
する。このように、透明塔型エアーリフト培養槽１の内
部を２重円筒構造とすることにより、槽壁６と円筒外壁
７との間に微細藻培養液が流れ、微細藻への光照射時間
を長くできるとともに、微細藻が効率よく循環されるの
で、従来の攪拌型の培養槽を用いる場合に比べて、効率
よく、微細藻の光合成（増殖）が行われる。
【００２７】本発明に用いる円筒も透明であることが好
ましい。材質は、透明な培養槽と同じ材質でもよいし、
異なる材質であってもよい。
ましい。材質は、透明な培養槽と同じ材質でもよいし、
異なる材質であってもよい。
【００２８】本発明においては、塔型エアーリフト培養
槽にヘリカルフローを生じる構造を持たせることが好ま
しい。ヘリカルフローに関しては、メルチュク（Merchu
k）らの文献（3RD INERNATIONAL CONFERENCE ON Biorea
ctor and Bioprocess FluidDynamicsの第61〜68頁）に
記載されている。一般に、従来の循環式エアーリフト培
養槽では、槽内の流れは上下流のみであり、外部表面近
くの細胞は強い光を受け、増殖阻害が生じ、内部の細胞
は光合成に必要な光を受けることができない。そこで、
放射状の流れを与え、すべての細胞に光合成に必要な光
エネルギーを均等に与えるようにする。そのために、例
えば、ヘリカルフローを生じる装置（ヘリカルフロープ
ロモーター）８を用いることができる。この装置８は、
図１に示すように、数枚のひれあるいは邪魔板９を、水
中で回転させた場合に、螺旋状あるいは放射状の流れを
生み出すように配設したものであり、エアーリフト培養
槽１の内部円筒２の上部に取り付けることにより、下流
に向かって、放射状あるいは螺旋状に培養液を流し出
す。この装置を、内部円筒２の上部に配置すると、槽壁
６と円筒外壁７との間を流れる間にも攪拌が起こるため
に、微細藻が光（太陽光）を過度に浴びることなく、培
養液に、均一にかつ長時間、光が照射され、単に２重円
筒構造とした場合よりも、より効率的に光合成が進行す
る。
槽にヘリカルフローを生じる構造を持たせることが好ま
しい。ヘリカルフローに関しては、メルチュク（Merchu
k）らの文献（3RD INERNATIONAL CONFERENCE ON Biorea
ctor and Bioprocess FluidDynamicsの第61〜68頁）に
記載されている。一般に、従来の循環式エアーリフト培
養槽では、槽内の流れは上下流のみであり、外部表面近
くの細胞は強い光を受け、増殖阻害が生じ、内部の細胞
は光合成に必要な光を受けることができない。そこで、
放射状の流れを与え、すべての細胞に光合成に必要な光
エネルギーを均等に与えるようにする。そのために、例
えば、ヘリカルフローを生じる装置（ヘリカルフロープ
ロモーター）８を用いることができる。この装置８は、
図１に示すように、数枚のひれあるいは邪魔板９を、水
中で回転させた場合に、螺旋状あるいは放射状の流れを
生み出すように配設したものであり、エアーリフト培養
槽１の内部円筒２の上部に取り付けることにより、下流
に向かって、放射状あるいは螺旋状に培養液を流し出
す。この装置を、内部円筒２の上部に配置すると、槽壁
６と円筒外壁７との間を流れる間にも攪拌が起こるため
に、微細藻が光（太陽光）を過度に浴びることなく、培
養液に、均一にかつ長時間、光が照射され、単に２重円
筒構造とした場合よりも、より効率的に光合成が進行す
る。
【００２９】本発明のエアーリフト培養槽の大きさ、内
部円筒の大きさは、材質、培養スケールを考慮して適宜
決定すればよい。
部円筒の大きさは、材質、培養スケールを考慮して適宜
決定すればよい。
【００３０】本発明において、通気量は培養速度を考慮
して決定すればよい。一般にヘリカルフロー装置を用い
る場合には、ヘリカルフロー装置がない場合より通気量
が小さくても細胞が流動化できる。通気量があまり多す
ぎるとヘリカルフロー装置でエアーポケットが生じて好
ましくない。
して決定すればよい。一般にヘリカルフロー装置を用い
る場合には、ヘリカルフロー装置がない場合より通気量
が小さくても細胞が流動化できる。通気量があまり多す
ぎるとヘリカルフロー装置でエアーポケットが生じて好
ましくない。
【００３１】この微細藻の培養工程では、できるだけ対
数増殖期の微細藻を集めることが望ましい。次の暗嫌気
条件下での発酵（光合成産物の分解）がスムーズに行わ
れるからである。また、微細藻の培養を連続培養で行う
方が、微細藻が高い増殖速度を有し、対数増殖期を維持
できるので好ましい。
数増殖期の微細藻を集めることが望ましい。次の暗嫌気
条件下での発酵（光合成産物の分解）がスムーズに行わ
れるからである。また、微細藻の培養を連続培養で行う
方が、微細藻が高い増殖速度を有し、対数増殖期を維持
できるので好ましい。
【００３２】得られた微細藻は発酵槽に移送され、暗嫌
気条件下で光合成産物を発酵させる工程が行われる。こ
の工程では、光合成産物、例えばデンプンが分解され、
発酵されて、ぎ酸、酢酸、乳酸等の有機酸、エタノー
ル、グリセロール等のアルコールが微細藻体外に放出さ
れる。これらの有機物が電子供与体として、光合成細菌
による水素生産に用いられる。従って、この暗嫌気条件
は、いわゆる有機物の発酵生産がスムーズに行われる条
件が好ましく、特に、乳酸が多く発酵する条件が好まし
い。
気条件下で光合成産物を発酵させる工程が行われる。こ
の工程では、光合成産物、例えばデンプンが分解され、
発酵されて、ぎ酸、酢酸、乳酸等の有機酸、エタノー
ル、グリセロール等のアルコールが微細藻体外に放出さ
れる。これらの有機物が電子供与体として、光合成細菌
による水素生産に用いられる。従って、この暗嫌気条件
は、いわゆる有機物の発酵生産がスムーズに行われる条
件が好ましく、特に、乳酸が多く発酵する条件が好まし
い。
【００３３】暗嫌気条件下の発酵に用いられる発酵槽と
しては、特に制限はない。発酵槽の上部気相空間はでき
るだけ小さくすることが好ましい。嫌気条件維持のため
に、上部空間に二酸化炭素あるいは二酸化炭素と不活性
ガスとの混合気体を導入して、酸素がないか酸素が少な
い雰囲気にして光合成産物の分解を促進し、微細藻によ
る水素の発生をできるだけ抑制することが好ましい。不
活性ガスのバブリングは好ましくない。攪拌も非常に緩
やかでよい。
しては、特に制限はない。発酵槽の上部気相空間はでき
るだけ小さくすることが好ましい。嫌気条件維持のため
に、上部空間に二酸化炭素あるいは二酸化炭素と不活性
ガスとの混合気体を導入して、酸素がないか酸素が少な
い雰囲気にして光合成産物の分解を促進し、微細藻によ
る水素の発生をできるだけ抑制することが好ましい。不
活性ガスのバブリングは好ましくない。攪拌も非常に緩
やかでよい。
【００３４】暗嫌気条件下での微細藻の発酵は、微細藻
濃度を高くして行う方が、次の明嫌気条件下における光
合成細菌の基質とされる分解液中の有機酸あるいはアル
コール濃度を高くする観点から、好ましい。従って、明
好気条件下の微細藻培養液を、例えば、膜分離、遠心分
離等の濃縮・分離手段を用いて濃縮することが好まし
い。また、明好気条件の培養を連続的に行う場合には、
連続的に微細藻を濃縮しながら、暗嫌気条件の発酵槽に
移送する。
濃度を高くして行う方が、次の明嫌気条件下における光
合成細菌の基質とされる分解液中の有機酸あるいはアル
コール濃度を高くする観点から、好ましい。従って、明
好気条件下の微細藻培養液を、例えば、膜分離、遠心分
離等の濃縮・分離手段を用いて濃縮することが好まし
い。また、明好気条件の培養を連続的に行う場合には、
連続的に微細藻を濃縮しながら、暗嫌気条件の発酵槽に
移送する。
【００３５】暗嫌気下の微細藻の発酵温度は、約１０℃
〜４０℃、好ましくは約２５〜３５℃である。
〜４０℃、好ましくは約２５〜３５℃である。
【００３６】暗嫌気条件下の微細藻の発酵は、分解液中
に乳酸が分泌されるようにすることが好ましい。本発明
において、乳酸がニトロゲナーゼの生産を誘導すること
が明らかにされた。すなわち、乳酸が存在して初めて水
素が発生する。乳酸濃度は、少なくとも0.3ｍＭ以上と
なることが好ましい。
に乳酸が分泌されるようにすることが好ましい。本発明
において、乳酸がニトロゲナーゼの生産を誘導すること
が明らかにされた。すなわち、乳酸が存在して初めて水
素が発生する。乳酸濃度は、少なくとも0.3ｍＭ以上と
なることが好ましい。
【００３７】また、暗嫌気条件下で発酵液を得る工程に
おいて、希釈率が比較的少ない、すなわち、滞留時間の
長い連続発酵を行うことにより、光合成産物の分解の程
度の高い発酵液を連続的に得ることができ、それを次の
明嫌気条件下の水素発生工程に連続的に供給できるので
好ましい。
おいて、希釈率が比較的少ない、すなわち、滞留時間の
長い連続発酵を行うことにより、光合成産物の分解の程
度の高い発酵液を連続的に得ることができ、それを次の
明嫌気条件下の水素発生工程に連続的に供給できるので
好ましい。
【００３８】暗嫌気条件下で微細藻を発酵させて得られ
た分解液（発酵液）は、微細藻から分離され、次の明嫌
気条件下における光合成細菌による水素生産の基質とさ
れる。微細藻の全部または一部は、再び、明好気条件下
の光合成のために用いられる。
た分解液（発酵液）は、微細藻から分離され、次の明嫌
気条件下における光合成細菌による水素生産の基質とさ
れる。微細藻の全部または一部は、再び、明好気条件下
の光合成のために用いられる。
【００３９】明嫌気条件下、光合成細菌を作用させる工
程で用いられる透明塔型エアーリフト培養槽は、上記微
細藻の明好気条件での培養に用いられるのと同じ培養槽
が用いられる。
程で用いられる透明塔型エアーリフト培養槽は、上記微
細藻の明好気条件での培養に用いられるのと同じ培養槽
が用いられる。
【００４０】嫌気条件は、アルゴン等の不活性気体、水
素、あるいは二酸化炭素と水素の混合気体等を通気する
ことにより作り出す。発生する気体の回収という点から
は、水素か、二酸化炭素と水素との１：２の混合気体が
好ましい。水素は、一部抜き出しつつ、循環させる方が
好ましい。光合成細菌の培養温度は、約１０℃〜４０
℃、好ましくは約２５〜３５℃である。
素、あるいは二酸化炭素と水素の混合気体等を通気する
ことにより作り出す。発生する気体の回収という点から
は、水素か、二酸化炭素と水素との１：２の混合気体が
好ましい。水素は、一部抜き出しつつ、循環させる方が
好ましい。光合成細菌の培養温度は、約１０℃〜４０
℃、好ましくは約２５〜３５℃である。
【００４１】光合成細菌としては、光合成無機栄養細菌
および光合成有機栄養細菌（紅色無硫黄細菌、緑色滑走
細菌等）が用いられる。本発明においては、光合成産物
を分解して生じる有機物を基質（電子供与体）とするの
で、光合成有機栄養細菌が好適に用いられる。光合成有
機栄養細菌としては、ロドスピリルム科（Rhodospirill
aceae）に属する紅色無硫黄細菌、クロロフレクスス科
（Chloflexaceae）に属する緑色滑走細菌等が挙げられ
る。
および光合成有機栄養細菌（紅色無硫黄細菌、緑色滑走
細菌等）が用いられる。本発明においては、光合成産物
を分解して生じる有機物を基質（電子供与体）とするの
で、光合成有機栄養細菌が好適に用いられる。光合成有
機栄養細菌としては、ロドスピリルム科（Rhodospirill
aceae）に属する紅色無硫黄細菌、クロロフレクスス科
（Chloflexaceae）に属する緑色滑走細菌等が挙げられ
る。
【００４２】このような光合成有機栄養細菌は、例え
ば、海水サンプルから乳酸（例えば、0.3ｍＭ）を基質
として水素を発生する微生物を選択することにより選択
できる。光合成細菌としては、例えば、ロドシュードモ
ナス(Rhodopseudomonas)属に属するロドシュードモナス
パラストリス（Rhodopseudomonas palustris）および
ロドシュードモナス アシドフィラ（Rhodopseudomonas
acidophila）、ロドスピリラム（Rhodospirillum）属
に属するロドスピリラム ルブラム（Rhodospirillum r
ubrum）ATCC 11170、同IFO 3986等、ロドバクター(Rhod
obacter)属に属するロドバクター スフェロイデス（Rh
odobacter sphaeroides）、ロドバクターカプスレイタ
ス（Rhodobacter capsulatus）ATCC 23782、ATCC 17013
等、ロドブラム（Rhodovulum）属に属するロドブラム
ストリクタム（Rhodovulum strictum）ロドブラム
アドリアティカム（Rhodovulum adriaticum）、ロドブ
ラム・サルフィドフィラム（Rhodovulum sulfidophilu
m）等が挙げられる。本発明においては、海水サンプル
から単離したロドブラム・サルフィドフィラムW-1S（以
下、単にW-1Sということがある）と名付けた株およびこ
れと同等の活性を有する光合成細菌が好適に用いられ
る。
ば、海水サンプルから乳酸（例えば、0.3ｍＭ）を基質
として水素を発生する微生物を選択することにより選択
できる。光合成細菌としては、例えば、ロドシュードモ
ナス(Rhodopseudomonas)属に属するロドシュードモナス
パラストリス（Rhodopseudomonas palustris）および
ロドシュードモナス アシドフィラ（Rhodopseudomonas
acidophila）、ロドスピリラム（Rhodospirillum）属
に属するロドスピリラム ルブラム（Rhodospirillum r
ubrum）ATCC 11170、同IFO 3986等、ロドバクター(Rhod
obacter)属に属するロドバクター スフェロイデス（Rh
odobacter sphaeroides）、ロドバクターカプスレイタ
ス（Rhodobacter capsulatus）ATCC 23782、ATCC 17013
等、ロドブラム（Rhodovulum）属に属するロドブラム
ストリクタム（Rhodovulum strictum）ロドブラム
アドリアティカム（Rhodovulum adriaticum）、ロドブ
ラム・サルフィドフィラム（Rhodovulum sulfidophilu
m）等が挙げられる。本発明においては、海水サンプル
から単離したロドブラム・サルフィドフィラムW-1S（以
下、単にW-1Sということがある）と名付けた株およびこ
れと同等の活性を有する光合成細菌が好適に用いられ
る。
【００４３】明嫌気条件下の光合成細菌は、担体に固定
化されていることが好ましい。リサイクル可能であり、
特に生育を必要とせず、かつ、発酵液を連続的に処理す
る上で好ましいからである。
化されていることが好ましい。リサイクル可能であり、
特に生育を必要とせず、かつ、発酵液を連続的に処理す
る上で好ましいからである。
【００４４】光合成細菌の固定化には、例えば、担体結
合法、架橋法および包括法等の公知の方法が適用でき
が、担体結合法が最適である。担体結合法には、イオン
交換性の樹脂に吸着させる化学的吸着法あるいは物理的
吸着法が含まれる。本発明に用いる担体の材質として
は、例えば、多孔質ガラスビーズ、ポリビニルアルコー
ル、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポ
リアクリルアミド、ポリビニルフォルマール樹脂多孔質
体、シリコンフォーム、セルロース多孔質体等の発泡体
あるいは樹脂が好ましい。多孔質体の開口部の大きさ
は、約１０μｍ〜５００μｍが好適である。
合法、架橋法および包括法等の公知の方法が適用でき
が、担体結合法が最適である。担体結合法には、イオン
交換性の樹脂に吸着させる化学的吸着法あるいは物理的
吸着法が含まれる。本発明に用いる担体の材質として
は、例えば、多孔質ガラスビーズ、ポリビニルアルコー
ル、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポ
リアクリルアミド、ポリビニルフォルマール樹脂多孔質
体、シリコンフォーム、セルロース多孔質体等の発泡体
あるいは樹脂が好ましい。多孔質体の開口部の大きさ
は、約１０μｍ〜５００μｍが好適である。
【００４５】また、担体の形状は問わないが、担体の強
度、培養効率等を考慮すると、球状あるいは立方体状
で、大きさは、球状の場合、直径が２ｍｍ〜５０ｍｍ、
立方体状の場合、２ｍｍ〜５０ｍｍ角が好ましい。
度、培養効率等を考慮すると、球状あるいは立方体状
で、大きさは、球状の場合、直径が２ｍｍ〜５０ｍｍ、
立方体状の場合、２ｍｍ〜５０ｍｍ角が好ましい。
【００４６】さらに、上記のように、光合成細菌の水素
生産に関与するニトロゲナーゼは窒素により阻害を受け
るので、明嫌気条件下での反応液中の窒素源濃度はでき
るだけ低い方が好ましい。
生産に関与するニトロゲナーゼは窒素により阻害を受け
るので、明嫌気条件下での反応液中の窒素源濃度はでき
るだけ低い方が好ましい。
【００４７】また、暗嫌気条件下での発酵液には、光合
成産物の分解物である有機酸（ギ酸、酢酸、乳酸等）、
アルコール類（エチルアルコール、グリセロール等）が
含まれており、これらが電子供与体となって、水素が発
生する。中でも、実施例１に示すように、乳酸が水素の
発生に関与するニトロゲナーゼの誘導剤であることが、
本発明者によって見出され、特定の乳酸濃度（約0.3ｍ
Ｍ）まで、濃度に比例してニトロゲナーゼが誘導される
ことが確認された。従って、乳酸濃度を少なくとも0.3
ｍＭ以上に保つことが、水素の発生を促進する上で好ま
しい。従って、乳酸を添加しつつ、明嫌気条件下、水素
を発生させる形態も、本発明の範囲に含まれる。
成産物の分解物である有機酸（ギ酸、酢酸、乳酸等）、
アルコール類（エチルアルコール、グリセロール等）が
含まれており、これらが電子供与体となって、水素が発
生する。中でも、実施例１に示すように、乳酸が水素の
発生に関与するニトロゲナーゼの誘導剤であることが、
本発明者によって見出され、特定の乳酸濃度（約0.3ｍ
Ｍ）まで、濃度に比例してニトロゲナーゼが誘導される
ことが確認された。従って、乳酸濃度を少なくとも0.3
ｍＭ以上に保つことが、水素の発生を促進する上で好ま
しい。従って、乳酸を添加しつつ、明嫌気条件下、水素
を発生させる形態も、本発明の範囲に含まれる。
【００４８】さらに、乳酸以外の有機酸、例えば、リン
ゴ酸、コハク酸もニトロゲナーゼを誘導し得るので、リ
ンゴ酸、コハク酸も乳酸の代わりに使用でき、また、乳
酸と併用してもよい。
ゴ酸、コハク酸もニトロゲナーゼを誘導し得るので、リ
ンゴ酸、コハク酸も乳酸の代わりに使用でき、また、乳
酸と併用してもよい。
【００４９】さらに、明好気条件下の微細藻の培養を連
続的に行い（すなわち、夜間は光を照射し）、得られた
微細藻藻体を順次、暗嫌気条件下の発酵に供給し、つい
で、暗嫌気条件下の発酵液を連続的に明嫌気条件下の光
合成細菌に供給することにより、連続的な培養および水
素生産が可能となる。
続的に行い（すなわち、夜間は光を照射し）、得られた
微細藻藻体を順次、暗嫌気条件下の発酵に供給し、つい
で、暗嫌気条件下の発酵液を連続的に明嫌気条件下の光
合成細菌に供給することにより、連続的な培養および水
素生産が可能となる。
【００５０】
【実施例】以下、微細藻として緑藻を用いる実施例を挙
げて本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定さ
れない。 （実施例１） （透明塔型エアーリフト培養槽を用いる緑藻の培養）図
１に、本発明で用いた明好気及び明嫌気条件下に用いた
培養槽１を示す。内径２８cm、高さ３８０cm（容積約２
３０Ｌ）の、円筒形のアクリル樹脂製の培養槽１の、底
面から４cmのところに、内径１７．５cm、高さ３４６cm
のアクリル樹脂製の円筒２を配置し、培養槽１内の培養
液が円筒内部と外部（培養槽壁６と円筒の外表面７とで
構成される空間）との間で循環することができる、２重
円筒構造とした。この円筒の内部の、底面から１０cmの
所に、直径１２cmのリング状スパージャー５を配置し
た。このスパージャーは、直径１cmの管であり、１mmの
孔が、50個開けられていた。円筒上部にはヘリカルフロ
ープロモーター８を配置し、培養槽上部から下部に向か
って、培養槽の内壁６と内部円筒の外壁７との間の空間
にヘリカルフローが生じるようにした。
げて本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定さ
れない。 （実施例１） （透明塔型エアーリフト培養槽を用いる緑藻の培養）図
１に、本発明で用いた明好気及び明嫌気条件下に用いた
培養槽１を示す。内径２８cm、高さ３８０cm（容積約２
３０Ｌ）の、円筒形のアクリル樹脂製の培養槽１の、底
面から４cmのところに、内径１７．５cm、高さ３４６cm
のアクリル樹脂製の円筒２を配置し、培養槽１内の培養
液が円筒内部と外部（培養槽壁６と円筒の外表面７とで
構成される空間）との間で循環することができる、２重
円筒構造とした。この円筒の内部の、底面から１０cmの
所に、直径１２cmのリング状スパージャー５を配置し
た。このスパージャーは、直径１cmの管であり、１mmの
孔が、50個開けられていた。円筒上部にはヘリカルフロ
ープロモーター８を配置し、培養槽上部から下部に向か
って、培養槽の内壁６と内部円筒の外壁７との間の空間
にヘリカルフローが生じるようにした。
【００５１】明好気条件は、太陽光と光源（１８Ｗ／ｍ
２）とを用いて行った。培地は、改変岡本培地をさらに
改変し、塩化アンモニウムを0.5mMとなるように溶解し
て用いた。２００Ｌの培地に緑藻クラミドモナスＭＧＡ
１６１株を３．５μｇ乾燥菌体量／ｍｌの割合で植菌
し、二酸化炭素を５％含む空気を０．３vvm通気して、
培養を開始し、対数増殖期に入ったときに連続培養を開
始した。希釈率は０．０８３／ｈｒであった。
２）とを用いて行った。培地は、改変岡本培地をさらに
改変し、塩化アンモニウムを0.5mMとなるように溶解し
て用いた。２００Ｌの培地に緑藻クラミドモナスＭＧＡ
１６１株を３．５μｇ乾燥菌体量／ｍｌの割合で植菌
し、二酸化炭素を５％含む空気を０．３vvm通気して、
培養を開始し、対数増殖期に入ったときに連続培養を開
始した。希釈率は０．０８３／ｈｒであった。
【００５２】この培養における緑藻ＭＧＡ１６１株の増
殖速度は０．２６７ｇ／Ｌ／ｈｒであった。この値は、
同じ容量の培養液を、１８Ｗ／ｍ２の光照射しながら、
深さ３５ｃｍのレースウエイ型培養槽（実容積２００
Ｌ）で、二酸化炭素を５％含む空気を０．３vvm通気し
ながら培養したときの値の約２倍に相当した。また、本
実験に用いた透明エアーリフト型培養槽の床面積は、レ
ースウエイ型培養槽の約１／１０であった。従って、透
明エアーリフト型培養槽の単位床面積あたりの藻体生産
量は、レースウエイ型培養槽の約２０倍となり、透明エ
アーリフト型培養槽の有効性が示された。
殖速度は０．２６７ｇ／Ｌ／ｈｒであった。この値は、
同じ容量の培養液を、１８Ｗ／ｍ２の光照射しながら、
深さ３５ｃｍのレースウエイ型培養槽（実容積２００
Ｌ）で、二酸化炭素を５％含む空気を０．３vvm通気し
ながら培養したときの値の約２倍に相当した。また、本
実験に用いた透明エアーリフト型培養槽の床面積は、レ
ースウエイ型培養槽の約１／１０であった。従って、透
明エアーリフト型培養槽の単位床面積あたりの藻体生産
量は、レースウエイ型培養槽の約２０倍となり、透明エ
アーリフト型培養槽の有効性が示された。
【００５３】（光合成産物の分解と明嫌気条件下の水素
生産）連続培養で抜き出した培養液を小型の連続膜分離
器にかけ、緑藻の濃度を約２倍に濃縮しつつ、暗嫌気条
件下の発酵槽に移した。この発酵槽は、ステンレス製の
１００Ｌ容であり、攪拌翼が１枚ついていた。暗嫌気下
の発酵は、約３０℃で行い、二酸化炭素を気相中に循環
させつつ、極めて緩やかに攪拌して行った。
生産）連続培養で抜き出した培養液を小型の連続膜分離
器にかけ、緑藻の濃度を約２倍に濃縮しつつ、暗嫌気条
件下の発酵槽に移した。この発酵槽は、ステンレス製の
１００Ｌ容であり、攪拌翼が１枚ついていた。暗嫌気下
の発酵は、約３０℃で行い、二酸化炭素を気相中に循環
させつつ、極めて緩やかに攪拌して行った。
【００５４】暗嫌気条件下の発酵は１２時間行い、発酵
終了後緑藻と発酵液とを分離し、緑藻は、一部を明好気
下の培養に戻して、さらに光合成を行わせた。一方、発
酵液の乳酸濃度は、0.32ｍＭであった。なお、乳酸濃度
は、HPLC（高速液体クロマトグラム）で分離し、210nm
の吸光度で定量分析して求めた。
終了後緑藻と発酵液とを分離し、緑藻は、一部を明好気
下の培養に戻して、さらに光合成を行わせた。一方、発
酵液の乳酸濃度は、0.32ｍＭであった。なお、乳酸濃度
は、HPLC（高速液体クロマトグラム）で分離し、210nm
の吸光度で定量分析して求めた。
【００５５】明嫌気条件に用いた光合成細菌は、W-１S
であり、予め、コハク酸ナトリウム１．０ｇ／ｌ、酢酸
ナトリウム１．０ｇ／ｌ、リンゴ酸ナトリウム１．０ｇ
／ｌ、ピルビン酸ナトリウム１．０ｇ／ｌ、塩化アンモ
ニウム１ｍＭを含む改変岡本培地で、３０℃、２４時間
好気的に培養して得られたものである。この光合成細菌
（W-1S）を、発酵液１Ｌ当り、２ｇの乾燥菌体量となる
ように添加した。明嫌気条件下の培養は、二酸化炭素と
水素の１：２の混合ガスを１vvmで通気循環させなが
ら、３０℃で行った。発生した水素はアルカリ溶液を通
過させる方法で二酸化炭素から分離して、回収した。
であり、予め、コハク酸ナトリウム１．０ｇ／ｌ、酢酸
ナトリウム１．０ｇ／ｌ、リンゴ酸ナトリウム１．０ｇ
／ｌ、ピルビン酸ナトリウム１．０ｇ／ｌ、塩化アンモ
ニウム１ｍＭを含む改変岡本培地で、３０℃、２４時間
好気的に培養して得られたものである。この光合成細菌
（W-1S）を、発酵液１Ｌ当り、２ｇの乾燥菌体量となる
ように添加した。明嫌気条件下の培養は、二酸化炭素と
水素の１：２の混合ガスを１vvmで通気循環させなが
ら、３０℃で行った。発生した水素はアルカリ溶液を通
過させる方法で二酸化炭素から分離して、回収した。
【００５６】用いた培養槽は、実施例１の緑藻の培養に
用いたものと同型であり、添加する発酵液の量、ヘリカ
ルフロープロモーターの位置も同じであった。
用いたものと同型であり、添加する発酵液の量、ヘリカ
ルフロープロモーターの位置も同じであった。
【００５７】１２時間の反応の結果、水素は、５８５ｍ
ｌ／ｇ乾燥菌体量、発生した。この水素発生量は、同一
条件下で、高さ５０ｃｍの同容積のパラレルプレート型
フォトバイオリアクターを用いて水素を発生させた場合
の約２．６倍に相当した。また、透明エアーリフト型培
養槽の床面積は、パラレルプレート型フォトバイオリア
クターの約１／７．５であった。従って、透明エアーリ
フト型培養槽の単位床面積あたりの水素発生量は、パラ
レルプレート型フォトバイオリアクターの約１９倍とな
り、透明エアーリフト型培養槽の有効性が示された。
ｌ／ｇ乾燥菌体量、発生した。この水素発生量は、同一
条件下で、高さ５０ｃｍの同容積のパラレルプレート型
フォトバイオリアクターを用いて水素を発生させた場合
の約２．６倍に相当した。また、透明エアーリフト型培
養槽の床面積は、パラレルプレート型フォトバイオリア
クターの約１／７．５であった。従って、透明エアーリ
フト型培養槽の単位床面積あたりの水素発生量は、パラ
レルプレート型フォトバイオリアクターの約１９倍とな
り、透明エアーリフト型培養槽の有効性が示された。
【００５８】（実施例２）有機酸の、光合成細菌による
明嫌気条件下の水素生産に及ぼす影響について検討し
た。0.6ｍＭの酢酸、1.5ｍＭのエタノールおよび0.5ｍ
Ｍのグリセロールを含む改変岡本培地に、乳酸をそれぞ
れ、０、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5および１ｍＭ添加し
て、W-1Sの水素の発生量を測定した。結果を図２に示
す。図２において、乳酸無添加の培地では全く水素が発
生しなかったのに対し、乳酸を添加した培地は、水素を
発生した。この結果から、乳酸は、ニトロゲナーゼの生
産を誘導することがわかった。水素の発生は、０．３ｍ
Ｍまでは、濃度依存的に増加したが、それ以上は増加し
なかった。従って、少なくとも０．３ｍＭ以上の乳酸が
含まれれば、水素は、ほぼ一定した発生量を示すことが
わかった。
明嫌気条件下の水素生産に及ぼす影響について検討し
た。0.6ｍＭの酢酸、1.5ｍＭのエタノールおよび0.5ｍ
Ｍのグリセロールを含む改変岡本培地に、乳酸をそれぞ
れ、０、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5および１ｍＭ添加し
て、W-1Sの水素の発生量を測定した。結果を図２に示
す。図２において、乳酸無添加の培地では全く水素が発
生しなかったのに対し、乳酸を添加した培地は、水素を
発生した。この結果から、乳酸は、ニトロゲナーゼの生
産を誘導することがわかった。水素の発生は、０．３ｍ
Ｍまでは、濃度依存的に増加したが、それ以上は増加し
なかった。従って、少なくとも０．３ｍＭ以上の乳酸が
含まれれば、水素は、ほぼ一定した発生量を示すことが
わかった。
【００５９】なお、データとしては記載していないが、
リンゴ酸、コハク酸でもニトロゲナーゼの生産が誘導さ
れることが明らかになった。
リンゴ酸、コハク酸でもニトロゲナーゼの生産が誘導さ
れることが明らかになった。
【００６０】
【発明の効果】微生物を用いる水素の生産において、明
好気的条件下における微細藻の培養及び／又は明嫌気条
件下における光合成細菌による水素生産を、透明塔型エ
アーリフト培養槽を用いることにより、効率よく行うこ
とができる。
好気的条件下における微細藻の培養及び／又は明嫌気条
件下における光合成細菌による水素生産を、透明塔型エ
アーリフト培養槽を用いることにより、効率よく行うこ
とができる。
【図１】本発明に用いる培養槽の模式図である。
【図２】乳酸が水素生産に必須であることおよび最適乳
酸濃度が０．３ｍＭ以上であることを示す図である。
酸濃度が０．３ｍＭ以上であることを示す図である。
１ 培養槽 ２ 内部円筒 ３ 内部円筒の内側の培養液 ４ 内部円筒の外側の培養液 ５ 通気装置 ６ 培養槽の槽壁 ７ 内部円筒の外壁 ８ ヘリカルフロープロモーター ９ 邪魔板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｒ 1:89）
Claims (6)
- 【請求項１】 光合成能力を有する微細藻を明好気条件
下培養して光合成産物を得る工程、該微細藻を暗嫌気条
件下培養し、該光合成産物の発酵液を得る工程、および
該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有する細菌を
作用させる工程を含む水素の生産方法において、該明好
気条件下の微細藻の培養及び／又は明嫌気条件下で該発
酵液に細菌を作用させる工程が透明塔型エアーリフト培
養槽で行われることを特徴とする、水素の生産方法。 - 【請求項２】 前記塔型エアーリフト培養槽が２重円筒
構造を有する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記塔型エアーリフト培養槽がヘリカル
フローを生じる構造を有する、請求項１または２に記載
の方法。 - 【請求項４】 前記光合成能力を有する微細藻を明好気
条件下培養して光合成産物を得る工程、該微細藻を暗嫌
気条件下培養し、該光合成産物の発酵液を得る工程、お
よび該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有する細
菌を作用させる工程が連続で行われる、請求項１ないし
３いずれかの項に記載の方法。 - 【請求項５】 前記発酵液に、明嫌気条件下、光合成能
力を有する細菌を作用させる工程が、乳酸含有量を少な
くとも0.3ｍＭに調節して行われる、請求項１ないし４
いずれかの項に記載の方法。 - 【請求項６】 光合成能力を有する微細藻を明好気条件
下培養して光合成産物を得る工程、該微細藻を暗嫌気条
件下培養し、該光合成産物の発酵液を得る工程、および
該発酵液に、明嫌気条件下、光合成能力を有する細菌を
作用させる工程を含む水素の生産方法において、該暗嫌
気条件下の該発酵液の乳酸含量を少なくともに0.3ｍＭ
に調節することを特徴とする、方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19116699A JP3549444B2 (ja) | 1998-07-28 | 1999-07-06 | 微生物による水素の生産方法 |
| AU24623/00A AU2462300A (en) | 1999-07-06 | 2000-02-14 | Microbial process for producing hydrogen |
| EP00902959A EP1099762A4 (en) | 1999-07-06 | 2000-02-14 | MICROBIAL PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN |
| PCT/JP2000/000807 WO2001002595A1 (fr) | 1999-07-06 | 2000-02-14 | Procede microbien de production d'hydrogene |
| US09/786,771 US6395521B1 (en) | 1999-07-06 | 2000-02-14 | Microbial process for producing hydrogen |
| CA002378210A CA2378210A1 (en) | 1999-07-06 | 2000-02-14 | Microbial process for producing hydrogen |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-213260 | 1998-07-28 | ||
| JP21326098 | 1998-07-28 | ||
| JP19116699A JP3549444B2 (ja) | 1998-07-28 | 1999-07-06 | 微生物による水素の生産方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000102397A true JP2000102397A (ja) | 2000-04-11 |
| JP3549444B2 JP3549444B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=26506538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19116699A Expired - Fee Related JP3549444B2 (ja) | 1998-07-28 | 1999-07-06 | 微生物による水素の生産方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3549444B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001002595A1 (fr) * | 1999-07-06 | 2001-01-11 | Yoshiharu Miura | Procede microbien de production d'hydrogene |
| JP2005533632A (ja) * | 2002-05-13 | 2005-11-10 | グリーンフューエル テクノロジーズ コーポレイション | バイオマス製造および燃料気体中の汚染物質の軽減のためのフォトバイオリアクターおよびプロセス |
| KR100822824B1 (ko) | 2007-07-11 | 2008-04-18 | 한국에너지기술연구원 | 생물학적 수소생산을 위한 수직평판형 투명 광합성세균배양기 |
| JP2011510635A (ja) * | 2008-01-31 | 2011-04-07 | エコドゥナ・オッフェネ・ゲゼルシャフト | 光化学プロセスのための方法および装置 |
| JP2011246605A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Hitachi Plant Technologies Ltd | バイオ燃料製造方法 |
| JP2012525843A (ja) * | 2009-05-07 | 2012-10-25 | アクアテック バイオエナジー エルエルシー | 水生植物のエタノール生成および成長を促す方法 |
| JP2012249608A (ja) * | 2011-06-06 | 2012-12-20 | Denso Corp | エアリフト及び培養システム |
| CN112831397A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-25 | 西安交通大学 | 一种内置扰流组件的柱式光生物反应器及微藻培养方法 |
| CN114480080A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 河南农业大学 | 一种同步糖化暗-光联合生物发酵制氢方法及系统 |
| WO2022186001A1 (ja) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 本田技研工業株式会社 | 培養装置及び培養方法 |
-
1999
- 1999-07-06 JP JP19116699A patent/JP3549444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001002595A1 (fr) * | 1999-07-06 | 2001-01-11 | Yoshiharu Miura | Procede microbien de production d'hydrogene |
| US6395521B1 (en) | 1999-07-06 | 2002-05-28 | Yoshiharu Miura | Microbial process for producing hydrogen |
| JP2005533632A (ja) * | 2002-05-13 | 2005-11-10 | グリーンフューエル テクノロジーズ コーポレイション | バイオマス製造および燃料気体中の汚染物質の軽減のためのフォトバイオリアクターおよびプロセス |
| KR100822824B1 (ko) | 2007-07-11 | 2008-04-18 | 한국에너지기술연구원 | 생물학적 수소생산을 위한 수직평판형 투명 광합성세균배양기 |
| JP2011510635A (ja) * | 2008-01-31 | 2011-04-07 | エコドゥナ・オッフェネ・ゲゼルシャフト | 光化学プロセスのための方法および装置 |
| JP2014221051A (ja) * | 2008-01-31 | 2014-11-27 | エコドゥナ・オッフェネ・ゲゼルシャフト | 光化学プロセスのための方法および装置 |
| JP2012525843A (ja) * | 2009-05-07 | 2012-10-25 | アクアテック バイオエナジー エルエルシー | 水生植物のエタノール生成および成長を促す方法 |
| JP2011246605A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Hitachi Plant Technologies Ltd | バイオ燃料製造方法 |
| JP2012249608A (ja) * | 2011-06-06 | 2012-12-20 | Denso Corp | エアリフト及び培養システム |
| CN112831397A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-25 | 西安交通大学 | 一种内置扰流组件的柱式光生物反应器及微藻培养方法 |
| WO2022186001A1 (ja) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 本田技研工業株式会社 | 培養装置及び培養方法 |
| CN114480080A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 河南农业大学 | 一种同步糖化暗-光联合生物发酵制氢方法及系统 |
| CN114480080B (zh) * | 2022-01-26 | 2023-08-22 | 河南农业大学 | 一种同步糖化暗-光联合生物发酵制氢方法及系统 |
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|---|---|
| JP3549444B2 (ja) | 2004-08-04 |
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