JP2002508702A

JP2002508702A - 炭酸脱水酵素による二酸化炭素の管理

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Publication number: JP2002508702A
Application number: JP50118099A
Authority: JP
Inventors: ブレ・レジャン; ロジャース・ピーター
Original assignee: システーム・アンビロビオ・インコーポレイテッド
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2002-03-19
Also published as: US6524843B1; GB9711439D0; CA2291785A1; EP0991462B1; DE69813811D1; WO1998055210A1; ATE238094T1; DE69813811T2; CA2291785C; EP0991462A1; AU7753398A

Abstract

(57)【要約】炭酸ガスを抽出し、生成し、精製する方法が開示される。この方法は、二酸化炭素を含有する気体の前駆体供給流を使用して、重炭酸イオンの水溶液および／または有機溶液を生成するために用いることもできる。この方法は、二酸化炭素を含有する気体と溶液による充填塔型バイオリアクタの向流フラッシングからなる。バイオリアクタは、不活性無機担体に共有結合された炭酸脱水酵素を含む。気相の二酸化炭素は、液相に拡散する。固定化炭酸脱水酵素は、水素イオンおよび重炭酸イオンを形成する二酸化炭素の水和に触媒作用を及ぼす。イオンの溶液は、イオン交換樹脂に直接使用しまたはその代わりにイオン交換樹脂にさらして、重炭酸イオンを固定化することができる。また水素イオンおよび重炭酸イオンの水溶液は、第２の全く同じバイオリアクタ内に再循環させることもでき、そこではイオンが触媒作用によって水と二酸化炭素に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】炭酸脱水酵素により二酸化炭素を処理する方法および装置発明の分野本発明は一般に、炭酸ガスを抽出し、生成し、精製する方法に関する。より詳細には本発明は、二酸化炭素の可逆的水和を引き起こすための、生物学的分子、すなわち炭酸脱水酵素の使用に関する。炭酸脱水酵素は、二酸化炭素と、水和反応の生成物である水素イオンおよび重炭酸イオンの生成、精製に使用することができる。具体的には本発明は、反応器装置内に入れられた固定化炭酸脱水酵素が、二酸化炭素の可逆的水和に触媒作用を及ぼす方法に関する。また本発明は、この方法を実行する装置にも関する。この方法は、水素イオンおよび重炭酸イオンの生成に用いることができる。発明の背景炭酸脱水酵素（ＥＣ４．２．１．１）は、分子量３０，０００の球状亜鉛金属酵素である。この酵素は１９３３年に発見され、熾烈な科学的調査の対象であった。多くのアイソフォームが植物および動物の組織内に発見されてきた。この酵素は、二酸化炭素の輸送を容易にすると考えられている植物組織内にも存在する。赤血球は、最も活性なアイソザイムＩおよびＩＩを含有する。炭酸脱水酵素ＩＩは、任意の既知の酵素の中で、分子代謝回転数が最も高い。炭酸脱水酵素１分子は、二酸化炭素３６，０００，０００分子を６０秒間で水和することができる。生理学的に、炭酸脱水酵素は、哺乳類の体からの二酸化炭素の除去を容易にする。一般的な酵素反応を、以下の反応式１に示す。反応式１：ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ⇔Ｈ⁺＋ＨＣＯ₃ ^- 一般に、この反応は、以下の反応式２および３に示す２つの半反応として生じることが認められる。反応式２：Ｅ−Ｚｎ−Ｈ₂Ｏ⇔Ｅ−Ｚｎ−ＯＨ^-＋Ｈ⁺ 反応式３：炭酸脱水酵素は、タンパク質を固定化する様々な方法の改善または試験を対象とする多くの研究で使用されてきた。酵素の分子回転数が高いと、これらのタイプの実験に理想的なタンパク質になる。炭酸脱水酵素が溶液中に存在すると、気体から液相への二酸化炭素の移動が容易になる。この効果は、気体の物質移動を支配する確立された規則に基づいている。二酸化炭素の管理は、主として地球温暖化問題が原因で、科学界の注意を引き付けるために始められた。二酸化炭素に対する以前の関心は、様々な工業プロセスでのその気体の使用などに集中していた。現在使用されている二酸化炭素管理システムには、気体の酵素変換を伴うものはなく、したがって本出願にとって重要なものはない。二酸化炭素を管理する従来技術の方法は、以下の米国特許書類、すなわち第３，６５９，４００号、第３，８５３，７１２号、第４，０３２，６１６号、第４，０４７，８９４号、第４，１６２，２９８号、第４，４５２，６７６号、第４，５２１，３８７号、第４，７１０，３６２号、第５，０６１，４５５号、第５，１１２，７４０号、第５，６０９，８３８号、第５，６１８，５０６号、第５，６２４，８１２号、第５，６６５，３１９号、第５，６７４，４６３号、および第５，６９０，０９９号に記載されている。さらに米国空軍は、宇宙船から二酸化炭素を除去するための炭酸脱水酵素の可能な使用に関し、１９６５年および１９６６年に２つの調査を実施した。第１の研究では、クローズド・エア・ループ装置を使用し、気流からの二酸化炭素の吸収を調査した。様々な化学物質を単独で、かつ／またはＣＡと組み合わせて、それらの二酸化炭素を除去する能力について評価した。導かれる主な結論とは、クローズド・エア・ループ・システムによって、空気の流れから二酸化炭素を除去する研究のための適切な方法が提供されたということであった。第２の研究は、様々なアミンの存在下で炭酸脱水酵素を使用し、気流から二酸化炭素を除去する効率を決定することを対象とした。到達した結論とは、大気を制御する概念において、二酸化炭素を吸収し脱着させる場合に、酵素アミン溶液をどうにか使用できることであった。二酸化炭素の管理に関する多くの研究が従来技術の中で実施されてきたが、二酸化炭素を生成するために、またはＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素除去するためには、現在のところ依然として、二酸化炭素を速やかにかつ比較的低いコストで効果的に管理する方法および装置の必要性がある。発明の概要本発明の目的は、これらの必要性を満足させる方法および装置を提案することである。本発明によれば、この目的は、ＣＯ₂含有ガスからＣＯ₂を除去する方法によって達成され、この方法は、ａ）固定化炭酸脱水酵素、またはその類似体を含むバイオリアクタ内で、ＣＯ₂ 含有ガスと水性液、好ましくは水とを接触させる段階であって、炭酸脱水酵素がＣＯ₂の水和に触媒作用を及ぼして水素イオンおよび重炭酸イオンをもたらす段階を含むことを特徴とする。段階ａ）の前に、バイオリアクタ内で炭酸脱水酵素を固定化する段階があることが好ましい。ハイオリアクタ内で炭酸脱水酵素を固定化する段階は、炭酸脱水酵素と、バイオリアクタ内に取り付けられた不活性固体担持材料とを共有結合させる段階を含むことができる。ＣＯ₂含有ガスと水性液を接触させる段階ａ）は、ＣＯ₂含有ガス流が水溶液の流れに対向して流れるように、ＣＯ₂含有ガスを上方のバイオリアクタに向け、水性液の流れを下方に向ける段階を含む。本発明の第１の好ましい実施形態によれば、この方法は段階ａ）の後に、段階ａ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを、固定化炭酸脱水酵素を含む第２のバイオリアクタに送り込む段階ｂ）を含んでおり、この酵素は、水素イオンおよび重炭酸イオンから、濃縮されたＣＯ₂および水への変換に触媒作用を及ぼすものである。本発明の第２の好ましい実施形態によれば、この方法は段階ａ）の後に、段階 a)で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを、ヒドロキシルイオンを含有するイオン交換器に送り込む段階を含み、その結果炭酸イオンは、次いで水素イオンと自由に結合して水を形成するヒドロキシルイオンと交換される。また本発明は、固定化炭酸脱水酵素またはその類似体を使用した、ＣＯ₂を管理する装置にも関する。この装置は、その内部で炭酸脱水酵素を成長させる直立型バイオリアクタを含む。バイオリアクタは底部チャンバを含み、このチャンバは、ＣＯ₂含有ガスを受け取る気体用入口と、バイオリアクタ内で生成された水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液をバイオリアクタから排出する液体用出口とを有している。バイオリアクタはさらに上方チャンバを含み、このチャンバは、水性液を受け取る液体用入口と、バイオリアクタからの任意の気体を排気する気体用出口とを有している。反応チャンバは底部チャンバと上方チャンバの間に配置され、また底部チャンバおよび上方チャンバと流体連絡する。反応チャンバは、共有結合により炭酸脱水酵素を固定化するために、その内部に取り付けられた複数の不活性有機担体を含むことを特徴とする。使用の際、ＣＯ₂含有ガスは気体用入口を通って供給され、水性液、好ましくは水、は液体用入口を通って供給される。ＣＯ₂含有ガスおよび水性液は反応チャンバ内を貫流し、その内部では炭酸脱水酵素がＣＯ₂の水和に触媒作用を及ぼし、それによって水素イオンおよび炭酸イオンが形成される。次いで、水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液が液体用出口を経てバイオリアクタから流出し、ＣＯ₂がない気体が気体用出口を経て流出する。本発明の第１の好ましい実施形態によれば、装置は、以下第１のバイオリアクタと呼ばれる直立型バイオリアクタと直列の、第２のバイオリアクタを含む。第２のバイオリアクタは、実質的に第１のバイオリアクタと類似している。第２のバイオリアクタは、第１のバイオリアクタから溶液を受け取るために、第１のバイオリアクタの液体用出口に接続された液体用入口を含む。反応チャンバは、炭酸脱水酵素の成長用に提供される。この反応チャンバは、液体用入口に流体連絡しており、また炭酸脱水酵素を共有結合で固定化するためその内部に取り付けられた複数の不活性有機担体を含む。反応チャンバは気体用出口に流体連絡して、この反応チャンバ内で得られた二酸化炭素を含有する気体を排気する。液体用出口は反応チャンバに流体連絡して、この反応チャンバ内で得られた水を排出する。第２のバイオリアクタは、第２のバイオリアクタの反応チャンバ内の圧力を制御する手段を含むことが好ましい。本発明の第２の好ましい実施形態によれば、この装置はさらに、バイオリアクタから溶液を受け取るための入口を有するイオン交換器を含む。また本発明は、ＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素を除去するためまたは水素イオンおよび炭酸イオンを生成するため、バイオリアクタ内に共有結合で固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法も対象とし、あるいは水素イオンおよび重炭酸イオンの濃縮溶液からＣＯ₂を生成するため、バイオリアクタ内に共有結合で固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法も対象とする。次に、添付の図面を参照しなから、好ましい実施形態の非限定的な説明を行う。図面の簡単な説明図１は、本発明の好ましい実施形態による、塔型バイオリアクタの立面断面図である。図２は、本発明による方法の第１の好ましい実施形態の、概略流れ図である。図３は、本発明による方法の第２の好ましい実施形態の、概略流れ図である。好ましい実施形態の説明潜水艦内の二酸化炭素の蓄積を管理するために、炭酸脱水酵素の可能な使用法を調査する過程において、単量体酵素の共有結合による固定化によって、安定性が高められた機能的酵素系が得られることが注目された。さらに、広く様々なバイオテクノロジーの適用分野で、固定化酵素の使用が劇的に増加した。したがって、共有結合により固定化された炭酸脱水酵素を使用するバイオリアクタは、二酸化炭素を管理するための、生物学に基づく有効なシステムを提供すると推論される。図１を参照すると、本発明の第１の好ましい実施形態による、ＣＯ₂を管理するための装置（２）が示されている。この装置（２）は、主としてＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素を抽出しまたは除去するために考案され、具体的にはこのガスを水素イオンおよび重炭酸イオンに変換するために考案されている。装置(２)は、内部で炭酸脱水酵素を成長させるための直立型バイオリアクタ（４）を含む。バイオリアクタ（４）は、ＣＯ₂含有ガス（１０）を受け取る気体用入口（８）と、バイオリアクタ（４）内で生成される水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液（１４）をバイオリアクタ（４）から排出する液体用出口（１２）とを有する下方チャンバ（６）を含む。バイオリアクタ（４）はさらに、水性液（２０）を受け取る液体用入口（１８）と、バイオリアクタ（４）から任意の気体（２４）を排気する気体用出口（２２）とを有する上方チャンバ（１６）を含む。反応チャンバ（２６）は、下方チャンバ（６）と上方チャンバ（１６）の間に配置される。理解されるように、図示されるバイオリアクタ（４）の反応チャンバ（２６）は、３つの副チャンバに分割されることか好ましい。反応チャンバ（２６）は、下方チャンバ（６）および上方チャンバ（１６）に流体連絡している。好ましくは、上方チャンバ（１６）の液体用入口（１８）は、その内部に封じられた管システム（２８）と接続しており、この管システムは、バイオリアクタ（４）に入る水性液（２０）が反応チャンバ（２６）に直接流入するように、反応チャンバ（２６）に向かう少なくとも１つの液体用出口（３０）を有している。反応チャンバ（２６）は、気体および液体に対して透過性の下方表面を有しており、その結果、下方チャンバ（６）からバイオリアクタ（４）に入るＣＯ₂含有ガスの流れが上方に向かって反応チャンバ（２６）に流入し、また反応チャンバ（２６）内の液体か下方に向かって流れて下方チャンバ（６）に流入する。反応チャンバ（２６）は、参照数字（３２）として図１に概略的に表すように、共有結合により固定化された炭酸脱水酵素（３３）用に内部に取り付けられた、複数の不活性有機担体を含むことを特徴とする。これらの担体（３２）は、シリカ、すなわちシリカ・バール・サドルなどのセラミック製であるか、ナイロン、ポリスチレン、ポリエチレンなどのポリマー製であることが好ましい。固定化技術は、以下の結合剤、すなわちイミドカーボネート（シリコン）、カーボンジイミド（シリカおよびナイロン）、およびイミン（シリカおよびナイロン）のうち１つを使用することが好ましい。ポリスチレン、ナイロン、およびポリエチレンは、酵素とアミン基の共有結合を増すために、硝酸で化学的に変性することができる。ＣＯ₂含有供給ガス（１０）は、周囲空気、または二酸化炭素を含有する任意の気体状混合物からなるものでよい。このガス（１０）は、当技術分野では既知の従来の濾過手段（３４）を通して濾過して、二酸化炭素を濃縮しかつ／または物理的不純物を除去することができる。気体用入口（８）を通るＣＯ₂含有ガス流（１０）を制御する制御手段が設けられる。したがって、次にガス（１０）は、好ましくは体積および流入速度制御用の適切な弁システム（３６）を使用して、バイオリアクタ本体（４）の下方部分（６）に送り込まれる。バイオリアクタ（４）は、多くの適用例で使用される伝統的な設計の、充填塔として組み立てられる。好ましく濾過された水性溶媒または有機溶媒（２０）は、上方チャンバ（１６）からバイオリアクタ（４）に入り、重力、または圧力制御されたポンピングによって、下方に流れる。反応チャンバ（２６）内では、投入されたガス（１０）の二酸化炭素は、炭酸脱水酵素によってこのガスが水素イオンおよび重炭酸イオンに変換されるにつれ、液相（２０）に優先的に拡散する。得られたイオンの溶液（１４）は、後で使用するためにバイオリアクタ（４）を離れる。本発明独特の態様は、重炭酸イオンの濃縮溶液を生成する手段として、炭酸脱水酵素を使用することである。バイオリアクタ（４）の構成に関して可能ないくつかの重要な変形例がある。投入ガス（１０）の組成は、送出する体積および速度とともに変えることができる。バイオリアクタ（４）は閉じた系として配備することができ、その結果、供給ガス（１０）を圧縮しかつ／または濃厚にして、二酸化炭素の気体から液相への物質移動の反応速度を高めることができる。反応チャンバ（２６）内の気−液相互作用を最適化するために、したがって二酸化炭素の拡散を最適化するために使用することが可能な数多くの方法がある。得られるイオン溶液の性質（例えばｐＨ）は、必要性に応じて変えることができる。この構成は、気体流から二酸化炭素を抽出して、二酸化炭素がない気体または気体混合物を生成する役割を果たすことができる。図２を参照すると、この第１のバイオリアクタ（４）の設計は、水酸化物の形の樹脂を用いて陰イオン交換システム（３９）に連結できることが好ましい。イオン交換器（３９）は、バイオリアクタ（４）から溶液（１４）を受け取るための入口（３７）を有している。二酸化炭素水相反応によって、等モル量の水素イオンおよび重炭酸イオンが生成されるため、この溶液をイオン交換システム（３７）に直接送り込むことができる。重炭酸イオンは、水素イオンと自由に結合して水を形成するヒドロキシルイオンと交換される。このシステムは、潜水艦などの任意の閉じた空間内に、二酸化炭素管理システムとして配備することができる。図２に示すように、水素イオンおよび重炭酸イオンが乏しくなった溶液（３５）は、バイオリアクタ（４）内に再循環させることができる。図３を参照すると、二酸化炭素を管理する装置（２）は、第１のバイオリアクタに類似して直列に連結される第２のバイオリアクタ（３８）をさらに含むことができる。この特定の構成は、閉じた系として作動する。この系は二酸化炭素を生成する役割をし、図１に示す個別のバイオリアクタの設計と類似する手法で作動する。第１のバイオリアクタ（４）内で生成された比較的高濃度の水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液（１４）は、第２のバイオリアクタ（３８）に供給され、そこでは炭酸脱水酵素の触媒作用を受ける反応によって二酸化炭素が形成される。水性相からの気体の除去は、わずかな負圧（すなわち７〜９ｍｍＨｇ）を加えることによって、向上させることができる。次いで濃縮された二酸化炭素は、後で使用するために回収することができる。この第２のバイオリアクタ（３８）は第１のバイオリアクタに類似しているため、図３にボックスとして概略的に示す。この第２のバイオリアクタ（３８）は、第１のバイオリアクタ（４）から溶液（１４）を受け取るために、第１のバイオリアクタ（４）の液体用出口（１２）に接続する液体用入口（４０）を含む。第２のバイオリアクタ（３８）は、炭酸脱水酵素を成長させるため、第１のバイオリアクタ（４）の反応チャンバ（２６）に類似する反応チャンバを含む。反応チャンバは液体用入口（４０）に流体連絡しており、また炭酸脱水酵素を共有結合で固定化するためにその内部に取り付けられた複数の不活性有機担体を含む。気体用出口（４２）は反応チャンバに流体連絡しており、チャンバ内で得られた二酸化炭素を排気する。液体用出口（４４）は反応チャンバに流体連絡しており、反応チャンバ内で得られた少量の水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する水（４６）を排出する。第２のバイオリアクタ（３８）は、反応チャンバ内の圧力を制御する手段を含んでよいことが好ましい。理解できるように、本発明による方法および装置は、炭酸ガスの抽出、生成、および精製に使用することができる。またこの方法は、二酸化炭素を含有する気体の前駆体供給流を使用して、重炭酸イオンおよび水素イオンの水溶液および／または有機溶液を生成するために使用することもできる。潜水艦などの任意の閉じた空間内でこのような方法および装置を使用することは、非常に有利であろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年８月１０日（１９９９．８．１０）【補正内容】明細書炭酸脱水酵素による二酸化炭素の管理発明の分野本発明は一般に、炭酸ガスを抽出し、生成し、精製する方法に関する。より詳細には本発明は、二酸化炭素の可逆的水和を引き起こすための、生物学的分子、すなわち炭酸脱水酵素の使用に関する。炭酸脱水酵素は、二酸化炭素と、水和反応の生成物である水素イオンおよび重炭酸イオンの生成、精製に使用することができる。具体的には本発明は、反応器装置内に入れられた固定化炭酸脱水酵素が、二酸化炭素の可逆的水和に触媒作用を及ぼす方法に関する。また本発明は、この方法を実行する装置にも関する。この方法は、水素イオンおよび重炭酸イオンの生成に用いることができる。発明の背景炭酸脱水酵素（ＥＣ４．２．１．１）は、分子量３０，０００の球状亜鉛金属酵素である。この酵素は１９３３年に発見され、熾烈な科学的調査の対象であった。多くのアイソフォームが植物および動物の組織内に発見されてきた。この酵素は、二酸化炭素の輸送を容易にすると考えられている植物組織内にも存在する。赤血球は、最も活性なアイソザイムＩおよびＩＩを含有する。炭酸脱水酵素ＩＩは、任意の既知の酵素の中で、分子代謝回転数が最も高い。炭酸脱水酵素１分子は、二酸化炭素３６，０００，０００分子を６０秒間で水和することができる。生理学的に、炭酸脱水酵素は、哺乳類の体からの二酸化炭素の除去を容易にする。一般的な酵素反応を、以下の反応式１に示す。反応式１：ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ⇔Ｈ⁺＋ＨＣＯ₃ ^- 一般に、この反応は、以下の反応式２および３に示す２つの半反応として生じることが認められる。反応式２：Ｅ−Ｚｎ−Ｈ₂Ｏ⇔Ｅ−Ｚｎ−ＯＨ^-＋Ｈ⁺ 反応式３：炭酸脱水酵素は、タンパク質を固定化する様々な方法の改善または試験を対象とする多くの研究で使用されてきた。酵素の分子回転数が高いと、これらのタイプの実験に理想的なタンパク質になる。炭酸脱水酵素が溶液中に存在すると、気体から液相への二酸化炭素の移動が容易になる。この効果は、気体の物質移動を支配する確立された規則に基づいている。二酸化炭素の管理は、主として地球温暖化問題が原因で、科学界の注意を引き付けるために始められた。二酸化炭素に対する以前の関心は、様々な工業プロセスでのその気体の使用などに集中していた。現在使用されている二酸化炭素管理システムには、気体の酵素変換を伴うものはなく、したがって本出願にとって重要なものはない。二酸化炭素を管理する従来技術の方法は、以下の米国特許書類、すなわち第３，６５９，４００号、第３，８５３，７１２号、第４，０３２，６１６号、第４，０４７，８９４号、第４，１６２，２９８号、第４，４５２，６７６号、第４，５２１，３８７号、第４，７１０，３６２号、第５，０６１，４５５号、第５，１１２，７４０号、第５，６０９，８３８号、第５，６１８，５０６号、第５，６２４，８１２号、第５，６６５，３１９号、第５，６７４，４６３号、および第５，６９０，０９９号に記載されている。従来技術でも知られているように、Ｔｒａｃｈｔｅｈｂｅｒｇの名義でＷＯ９６／４０４１４に開示されている方法がある。Ｔｒａｃｈｔｅｎｂｅｒｇは気体分離の方法を開示しており、その方法では、混合気体流中の選択された気体が、混合気体流に直接接触する活性部位を有する酵素と接触し、この選択された気体はその少なくとも一部が混合気体流から除去される。ＥＰ５１１７１９は、多孔性基板上に炭酸脱水酵素が固定化されている酵素リアクタを使用して、気体流から二酸化炭素を除去する方法を開示している。さらに米国空軍は、宇宙船から二酸化炭素を除去するための炭酸脱水酵素の可能な使用に関し、１９６５年および１９６６年に２つの調査を実施した。第１の研究では、クローズド・エア・ループ装置を使用し、気流からの二酸化炭素の吸収を調査した。様々な化学物質を単独で、かつ／またはＣＡと組み合わせて、それらの二酸化炭素を除去する能力について評価した。導かれる主な結論とは、クローズド・エア・ループ・システムによって、空気の流れから二酸化炭素を除去する研究のための適切な方法が提供されたということであった。第２の研究は、様々なアミンの存在下で炭酸脱水酵素を使用し、気流から二酸化炭素を除去する効率を決定することを対象とした。到達した結論とは、大気を制御する概念において、二酸化炭素を吸収し脱着させる場合に、酵素アミン溶液をどうにか使用できることであった。二酸化炭素の管理に関する多くの研究が従来技術の中で実施されてきたが、二酸化炭素を生成するために、またはＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素除去するためには、現在のところ依然として、二酸化炭素を速やかにかつ比較的低いコストで効果的に管理する方法および装置の必要性がある。発明の概要本発明の目的は、これらの必要性を満足させる方法および装置を提案することである。本発明によれば、この目的は、ＣＯ₂含有ガスからＣＯ₂を除去する方法によって達成され、この方法は、気体用入口および液体用出口を有する底部チャンバと、液体用入口および気体用出口を有する上方チャンバと、底部チャンバと上方チャンバとの間に配置されて流体連絡している反応チャンバであって、反応チャンバには、炭酸脱水酵素またはその類似体が固定化される複数の固形担体が充填されることを特徴とする反応チャンバとを含む充填塔バイオリアクタ内で行われ、この方法は、ａ）底部チャンバの気体用入口にＣＯ₂含有ガス流を供給しなから上方チャンバの液体用入口に水性液の流れを供給し、次いでこのガス流を上方に向けて反応チャンバに送り込む段階と、ｂ）水性液の流れを下方の充填反応チャンバ内に向けて、ＣＯ₂含有ガスと水性液を接触させかつＣＯ₂の水性液への拡散を促進させ、それによって反応チャンバ内に炭酸脱水酵素を固定化させて、拡散したＣＯ₂の水和に触媒作用を及ぼして水素イオンおよび重炭酸イオンをもたらす段階と、ｃ）底部チャンバの液体用出口から、反応チャンバ内で生成された水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液を排出し、上方チャンバの気体用出口から、実質的にＣＯ₂がない気体を排気する段階とを含む。また本発明は、ＣＯ₂含有ガスからＣＯ₂を除去する方法も対象とし、この方法は、ａ）固定化炭酸脱水酵素、またはその類似体を含むバイオリアクタ内で、ＣＯ₂ 含有ガスと水性液、好ましくは水とを接触させる段階であって、炭酸脱水酵素がＣＯ₂の水和に触媒作用を及ぼして水素イオンおよび重炭酸イオンをもたらす段階を含むことを特徴とする。段階ａ）の前に、バイオリアクタ内で炭酸脱水酵素を固定化する段階があることが好ましい。バイオリアクタ内で炭酸脱水酵素を固定化する段階は、炭酸脱水酵素と、バイオリアクタ内に取り付けられた不活性固体担持材料とを共有結合させる段階を含むことができる。ＣＯ₂含有ガスと水性液を接触させる段階ａ）は、ＣＯ₂含有ガス流が水溶液の流れに対向して流れるように、ＣＯ₂含有ガスを上方のバイオリアクタに向け、水性液の流れを下方に向ける段階を含む。本発明の第１の好ましい実施形態によれば、この方法は段階ａ）の後に、段階ａ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを、固定化炭酸脱水酵素を含む第２のバイオリアクタに送り込む段階ｂ）を含んでおり、この酵素は、水素イオンおよび重炭酸イオンから、濃縮されたＣＯ₂および水への変換に触媒作用を及ぼすものである。本発明の第２の好ましい実施形態によれば、この方法は段階ａ）の後に、段階ａ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを、ヒドロキシルイオンを含有するイオン交換器に送り込む段階を含み、その結果重炭酸イオンは、次いで水素イオンと自由に結合して水を形成するヒドロキシルイオンと交換される。また本発明は、固定化炭酸脱水酵素またはその類似体を使用した、ＣＯ₂を管理する装置にも関する。この装置は、直立型バイオリアクタを含む。バイオリアクタは底部チャンバを含み、このチャンバは、ＣＯ₂含有ガスを受け取る気体用入口と、バイオリアクタ内で生成された水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液をバイオリアクタから排出する液体用出口とを有している。バイオリアクタはさらに上方チャンバを含み、このチャンバは、水性液を受け取る液体用入口と、バイオリアクタからの任意の気体を排気する気体用出口とを有している。反応チャンバは底部チャンバと上方チャンバの間に配置され、また底部チャンバおよび上方チャンバと流体連絡する。反応チャンバは、共有結合により炭酸脱水酵素を固定化するために、その内部に取り付けられた複数の固体担体を含むことを特徴とする。使用の際、ＣＯ₂含有ガスは気体用入口を通って供給され、水性液、好ましくは水、は液体用入口を通って供給される。ＣＯ₂含有ガスおよび水性液は反応チャンバ内を貫流し、その内部では炭酸脱水酵素がＣＯ₂の水和に触媒作用を及ぼし、それによって水素イオンおよび重炭酸イオンが形成される。次いで、水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液が液体用出口を経てバイオリアクタから流出し、ＣＯ₂がない気体が気体用出口を経て流出する。本発明の第１の好ましい実施形態によれば、装置は、以下第１のバイオリアクタと呼ばれる直立型バイオリアクタと直列の、第２のバイオリアクタを含む。第２のバイオリアクタは、実質的に第１のバイオリアクタと類似している。第２のバイオリアクタは、第１のバイオリアクタから溶液を受け取るために、第１のバイオリアクタの液体用出口に接続された液体用入口を含む。反応チャンバは、炭酸脱水酵素を入れるために提供される。この反応チャンバは、液体用入口に流体連絡しており、また炭酸脱水酵素を共有結合で固定化するためその内部に取り付けられた複数の不活性有機担体を含む。反応チャンバは気体用出口に流体連絡して、この反応チャンバ内で得られた二酸化炭素を含有する気体を排気する。液体用出口は反応チャンバに流体連絡して、この反応チャンバ内で得られた水を排出する。第２のバイオリアクタは、第２のバイオリアクタの反応チャンバ内の圧力を制御する手段を含むことが好ましい。本発明の第２の好ましい実施形態によれば、この装置はさらに、バイオリアクタから溶液を受け取るための入口を有するイオン交換器を含む。また本発明は、ＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素を除去するためまたは水素イオンおよび重炭酸イオンを生成するため、バイオリアクタ内に共有結合で固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法も対象とし、あるいは水素イオンおよび重炭酸イオンの濃縮溶液からＣＯ₂を生成するため、バイオリアクタ内に共有結合で固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法も対象とする。次に、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態の非限定的な説明を行う。図面の簡単な説明図１は、本発明の好ましい実施形態による、塔型バイオリアクタの立面断面図である。図２は、本発明による方法の第１の好ましい実施形態の、概略流れ図である。図３は、本発明による方法の第２の好ましい実施形態の、概略流れ図である。好ましい実施形態の説明潜水艦内の二酸化炭素の蓄積を管理するために、炭酸脱水酵素の可能な使用法を調査する過程において、単量体酵素の共有結合による固定化によって、安定性が高められた機能的酵素系が得られることが注目された。さらに、広く様々なバイオテクノロジーの適用分野で、固定化酵素の使用が劇的に増加した。したがって、共有結合により固定化された炭酸脱水酵素を使用するバイオリアクタは、二酸化炭素を管理するための、生物学に基づく有効なシステムを提供すると推論される。図１を参照すると、本発明の第１の好ましい実施形態による、ＣＯ₂を管理するための装置（２）が示されている。この装置（２）は、主としてＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素を抽出しまたは除去するために考案され、具体的にはこのガスを水素イオンおよび重炭酸イオンに変換するために考案されている。装置（２）は、内部に炭酸脱水酵素を含むための直立型バイオリアクタ（４）を含む。バイオリアクタ（４）は、ＣＯ₂含有ガス（１０）を受け取る気体用入口（８）と、バイオリアクタ（４）内で生成される水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液（１４）をバイオリアクタ（４）から排出する液体用出口（１２）とを有する下方チャンバ（６）を含む。バイオリアクタ（４）はさらに、水性液（２０）を受け取る液体用入口（１８）と、バイオリアクタ（４）から任意の気体（２４）を排気する気体用出口（２２）とを有する上方チャンバ（１６）を含む。反応チャンバ（２６）は、下方チャンバ（６）と上方チャンバ（１６）の間に配置される。理解されるように、図示されるバイオリアクタ（４）の反応チャンバ（２６）は、３つの副チャンバに分割されることが好ましい。反応チャンバ（２６）は、下方チャンバ（６）および上方チャンバ（１６）に流体連絡している。好ましくは、上方チャンバ（１６）の液体用入口（１８）は、その内部に封じられた管システム（２８）と接続しており、この管システムは、バイオリアクタ（４）に入る水性液（２０）が反応チャンバ（２６）に直接流入するように、反応チャンバ（２６）に向かう少なくとも１つの液体用出口（３０）を有している。反応チャンバ（２６）は、気体および液体に対して透過性の下方表面を有しており、その結果、下方チャンバ（６）からバイオリアクタ（４）に入るＣＯ₂含有ガスの流れが上方に向かって反応チャンバ（２６）に流入し、また反応チャンバ（２６）内の液体が下方に向かって流れて下方チャンバ（６）に流入する。反応チャンバ（２６）は、参照数字（３２）として図１に概略的に表すように、共有結合により固定化された炭酸脱水酵素（３３）用に内部に取り付けられた、複数の不活性担体を含むことを特徴とする。これらの担体（３２）は、シリカ、すなわちシリカ・バール・サドルなどのセラミック製であるか、ナイロン、ポリスチレン、ポリエチレンなどのポリマー製であることが好ましい。固定化技術は、以下の結合剤、すなわちイミドカーボネート（シリコン）、カーホンジイミド（シリカおよびナイロン）、およびイミン（シリカおよびナイロン）のうち１つを使用することが好ましい。ポリスチレン、ナイロン、およびポリエチレンは、酵素とアミン基の共有結合を増すために、硝酸で化学的に変性することができる。ＣＯ₂含有供給ガス（１０）は、周囲空気、または二酸化炭素を含有する任意の気体状混合物からなるものでよい。このガス（１０）は、当技術分野では既知の従来の濾過手段（３４）を通して濾過して、二酸化炭素を濃縮しかつ／または物理的不純物を除去することができる。気体用入口（８）を通るＣＯ₂含有ガス流（１０）を制御する制御手段が設けられる。したがって、次にガス（１０）は、好ましくは体積および流入速度制御用の適切な弁システム（３６）を使用して、バイオリアクタ本体（４）の下方部分（６）に送り込まれる。バイオリアクタ（４）は、多くの適用例で使用される伝統的な設計の、充填塔として組み立てられる。充填塔は、気相中の気体を液相に吸収させることを目的として、気相と液相を接触させるために使用する。充填塔は、エネルギーの消費およびコストの出費を最小限に抑えながら、適切な物質移動の動作を実現するために使用する。充填物は、気相と液相の間の物質移動が最適になるように、充填塔内で使用される。充填物は、異なる形、幾何学的形状、およびサイズを有し、また異なる材料で作製された固形担体である。これらは、気相と液相の間の接触面積を増加させるために、したがって気相と液相の間の物質移動を増加させるために使用する。一般的な充填物は、ラッシング・リング、バート・サドル、インタロックス・メタル、インタロック・スサドル、パール・リングなどである。これらはポリマー、セラミック、金属などで作製することができる。好ましく濾過された水性溶媒または有機溶媒（２０）は、上方チャンバ（１６）からバイオリアクタ（４）に入り、重力、または圧力制御されたポンピングによって、下方に流れる。反応チャンバ（２６）内では、投入されたガス（１０）の二酸化炭素は、炭酸脱水酵素によってこのガスが水素イオンおよび重炭酸イオンに変換されるにつれ、液相（２０）に優先的に拡散する。得られたイオンの溶液（１４）は、後で使用するためにバイオリアクタ（４）を離れる。本発明独特の態様は、重炭酸イオンの濃縮溶液を生成する手段として、炭酸脱水酵素を使用することである。バイオリアクタ（４）の構成に関して可能ないくつかの重要な変形例がある。投入ガス（１０）の組成は、送出する体積および速度とともに変えることができる。バイオリアクタ（４）は閉じた系として配備することができ、その結果、供給ガス（１０）を圧縮しかつ／または濃厚にして、二酸化炭素の気体から液相への物質移動の反応速度を高めることができる。反応チャンバ（２６）内の気−液相互作用を最適化するために、したがって二酸化炭素の拡散を最適化するために使用することが可能な数多くの方法がある。得られるイオン溶液の性質（例えばｐＨ）は、必要性に応じて変えることができる。この構成は、気体流から二酸化炭素を抽出して、二酸化炭素がない気体または気体混合物を生成する役割を果たすことができる。図２を参照すると、この第１のバイオリアクタ（４）の設計は、水酸化物の形の樹脂を用いて陰イオン交換システム（３９）に連結できることが好ましい。イオン交換器（３９）は、バイオリアクタ（４）から溶液（１４）を受け取るための入口（３７）を有している。二酸化炭素水和反応によって、等モル量の水素イオンおよび重炭酸イオンが生成されるため、この溶液をイオン交換システム（３７）に直接送り込むことができる。重炭酸イオンは、水素イオンと自由に結合して水を形成するヒドロキシルイオンと交換される。このシステムは、潜水艦などの任意の閉じた空間内に、二酸化炭素管理システムとして配備することができる。図２に示すように、水素イオンおよび重炭酸イオンか乏しくなった溶液（３５）は、バイオリアクタ（４）内に再循環させることができる。図３を参照すると、二酸化炭素を管理する装置（２）は、第１のバイオリアクタに類似して直列に連結される第２のバイオリアクタ（３８）をさらに含むことができる。この特定の構成は、閉じた系として作動する。この系は二酸化炭素を生成する役割をし、図１に示す個別のバイオリアクタの設計と類似する手法で作動する。第１のバイオリアクタ（４）内で生成された比較的高濃度の水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液（１４）は、第２のバイオリアクタ（３８）に供給され、そこでは炭酸脱水酵素の触媒作用を受ける反応によって二酸化炭素か形成される。水性相からの気体の除去は、わずかな負圧（すなわち７〜９ｍｍＨｇ）を加えることによって、向上させることができる。次いで濃縮された二酸化炭素は、後で使用するために回収することができる。この第２のバイオリアクタ（３８）は第１のバイオリアクタに類似しているため、図３にボックスとして概略的に示す。この第２のバイオリアクタ（３８）は、第１のバイオリアクタ（４）から溶液（１４）を受け取るために、第１のバイオリアクタ（４）の液体用出口（１２）に接続する液体用入口（４０）を含む。第２のバイオリアクタ（３８）は、炭酸脱水酵素を含むため、第１のバイオリアクタ（４）の反応チャンバ（２６）に類似する反応チャンバを含む。反応チャンバは液体用入口（４０）に流体連絡しており、また炭酸脱水酵素を共有結合で固定化するためにその内部に取り付けられた複数の担体を含む。気体用出口（４２）は反応チャンバに流体連絡しており、チャンバ内で得られた二酸化炭素を排気する。液体用出口（４４）は反応チャンバに流体連絡しており、反応チャンバ内で得られた少量の水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する水（４６）を排出する。第２のバイオリアクタ（３８）は、反応チャンバ内の圧力を制御する手段を含んでよいことが好ましい。理解できるように、本発明による方法および装置は、炭酸ガスの抽出、生成、および精製に使用することができる。またこの方法は、二酸化炭素を含有する気体の前駆体供給流を使用して、重炭酸イオンおよび水素イオンの水溶液および／または有機溶液を生成するために使用することもできる。潜水艦などの任意の閉じた空間内でこのような方法および装置を使用することは、非常に有利であろう。請求の範囲１．ＣＯ₂含有ガスからＣＯ₂を除去する方法であって、気体用入口および液体用出口を有する底部チャンバと、液体用入口および気体用出口を有する上方チャンバと、底部チャンバと上方チャンバとの間に配置されて流体連絡している反応チャンバであって、反応チャンバには、炭酸脱水酵素またはその類似体が固定化される複数の固形担体が充填されることを特徴とする反応チャンバとを含む充填塔バイオリアクタ内で行われ、ａ）底部チャンバの気体用入口にＣＯ₂含有ガス流を供給しながら上方チャンバの液体用入口に水性液の流れを供給し、次いで該ガス流を上方に向けて反応チャンバに送り込む段階と、ｂ）水性液の流れを下方の充填反応チャンバ内に向けて、ＣＯ₂含有ガスと水性液とを接触させかつＣＯ₂の水性液への拡散を促進させ、それによって反応チャンバ内に炭酸脱水酵素を固定化させ、拡散したＣＯ₂の水和に触媒作用を及ぼして水素イオンおよび重炭酸イオンをもたらす段階と、ｃ）底部チャンバの液体用出口から、反応チャンバ内で生成された水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液を排出し、上方チャンバの気体用出口から、実質的にＣＯ₂がない気体を排気する段階とを含む方法。２．段階ｃ）の後、水素イオンおよび重炭酸イオンから濃縮されたＣＯ₂および水への変換に触媒作用を及ぼす固定化炭酸脱水酵素を含む第２のバイオリアクタに、段階ｃ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを送り込む段階をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。３．段階ｃ）の後、段階ｃ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを、イオン交換器に送り込む段階をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。４．重炭酸イオンが、次いで水素イオンと自由に結合して水を形成するヒドロキシルイオンと交換されるように、イオン交換器（３９）がヒドロキシルイオンを含有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。５．段階ａ）の前に、ＣＯ₂含有ガスを濾過する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の方法。６．水性液が水からなることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の方法。７．気体用入口を通るＣＯ₂含有ガス流が、弁で制御されることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の方法。８．閉じた空間内でＣＯ₂を管理するための、請求の範囲第１項から第７項に記載する方法の使用法。９．閉じた空間が潜水艦であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の使用法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．ＣＯ₂含有ガスからＣＯ₂を除去する方法であって、ａ）固定化炭酸脱水酵素（３３）またはその類似体を含むバイオリアクタ（２）内で、ＣＯ₂含有ガスと水性液（２０）を接触させ、炭酸脱水酵素（３３）がＣＯ₂の水和に触媒として作用し、それによって水素イオンおよび重炭酸イオンを生成する段階を含むことを特徴とする方法。２．段階ａ）の前に、バイオリアクタ（２）内で炭酸脱水酵素（３３）またはその類似体を成長させ、共有結合で固定化する段階をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。３．バイオリアクタ（２）内で炭酸脱水酵素（３３）を固定化する段階が、バイオリアタタ（２）内に取り付けられた不活性固形担体（３２）に炭酸脱水酵素（３３）を共有結合させる段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。４．段階ａ）の後に、ｂ）水素イオンおよび重炭酸イオンからＣＯ₂および水への変換に触媒作用を及ぼす固定化炭酸脱水酵素を含んだ第２のバイオリアクタ（３８）に、段階ａ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを送り込む段階をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の方法。５．段階ａ）の後に、重炭酸イオンが、水素イオンと自由に結合して水を形成するヒドロキシルイオンと交換されるように、ヒドロキシルイオンを含有するイオン交換器（３９）に段階ａ）で得られた水素イオンおよび重炭酸イオンを送り込む段階をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の方法。６．段階ａ）が、ＣＯ₂含有ガスの流れが水溶液の流れに対して向流になるように、ＣＯ₂含有ガスの流れを上方のバイオリアクタ（２）に向け、水性液（２０）の流れを下方に向ける段階を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の方法。７．段階ａ）の前に、ＣＯ₂含有ガスを濾過する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の方法。８．水性液が水からなることを特徴とする請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載の方法。９．内部に炭酸脱水酵素またはその類似体を含む直立型バイオリアクタ（２）であって、ＣＯ₂含有ガス（１０）を受け取る気体用入口（８）と、バイオリアクタ（２）内で生成される水素イオンおよび重炭酸イオンを含有する溶液（１４）をバイオリアクタ（２）から排出する液体用出口（１２）とを有する底部チャンバ（６）と、水性液（２０）を受け取る液体用入口（１８）と、バイオリアクタ（２）から任意の気体（２４）を排気する気体用出口（２２）とを有する上方チャンバ（１６）と、底部チャンバ（６）と上方チャンバ（１６）との間に配置されかつ流体連絡している反応チャンバ（２６）であり、反応チャンバ（２６）が、炭酸脱水酵素（３３）を共有結合で固定化するためにその内部に取り付けられた複数の不活性固形担体（３２）を含むことを特徴とする反応チャンバ（２６）とを含むバイオリアクタ（２）を含む、ＣＯ₂を管理する装置。１０．バイオリアクタ（２）から前記溶液（１４）を受け取る入口（３７）を有するイオン交換器（３９）をさらに含むことを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の装置。１１．ＣＯ₂含有ガス（１０）を、気体用入口（８）に供給する前に濾過する濾過手段（３４）をさらに含むことを特徴とする、請求の範囲第９項または第１０項に記載の装置。１２．気体用入口（８）を通るＣＯ₂含有ガス（１０）流を制御する制御手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第９項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。１３．制御手段が、気体用入口に取り付けられた弁（３６）を含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。１４．以下第１のバイオリアクタ（２）と呼ぶ前記直立型バイオリアクタ（２）と直列の第２のバイオリアクタ（３８）であって、前記第２のバイオリアクタ（３８）が、第１のバイオリアクタ（２）から前記溶液（１４）を受け取るため、第１のバイオリアクタ（２）の液体用出口（１２）に接続される液体用入口（４０）と、炭酸脱水酵素を含む反応チャンバであり、反応チャンバが液体用入口（４０）に流体連絡しており、炭酸脱水酵素を共有結合で固定化するために内部に取り付けられた複数の不活性担体を含む反応チャンバと、チャンバ（３８）内で得られた二酸化炭素を含有する気相を排気するため、反応チャンバ（３８）に流体連絡している気体用出口（４２）と、反応チャンバ（３８）内で得られた液相（４６）を排出するため、反応チャンバ（３８）に流体連絡している液体用出口（４４）とを含むことを特徴とする請求の範囲第９項から第１３項のいずれか一項に記載の装置。１５．第２のバイオリアクタ（３８）が、第２のバイオリアクタの反応チャンバ内の圧力を制御する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。１６．ＣＯ₂含有ガスから二酸化炭素を除去するために、バイオリアクタ内に共有結合により固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法。１７．水素イオンおよび重炭酸イオンの濃縮溶液からＣＯ₂を生成するために、バイオリアクタ内に共有結台により固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法。１８．ＣＯ₂含有ガスから水素イオンおよび重炭酸イオンの濃縮溶液を生成するために、バイオリアクタ内に共有結合により固定化された炭酸脱水酵素またはその類似体の使用法。