JP2003116589A - 水素の製造法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の微生物を用いて水素を効率良く製造す
る方法および装置を提供すること、さらに詳しくは、高
温（たとえば３００℃以上）を必要としないので熱エネ
ルギー的に有利であり、また最適温度が８５℃前後で水
素の発生が可能となるので他の菌による汚染が回避さ
れ、光照射を要しないので照射部に有機物等が付着する
などの光照射に伴う種々の不利とは無縁であり、硫化水
素をほとんど発生しないので腐食や環境汚染等の問題を
生ずることがなく、また不溶性でんぷんも培養中に同時
に可溶化でき、しかも水素を効率良く発生させることが
できる水素の製造法および水素製造装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ピルビン酸またはその塩または／および
でんぷん系多糖類を添加した培養液を用いて Thermococ
cus の微生物、殊に Thermococcus kodakaraensis ＫＯ
Ｄ１を培養することにより、菌体に水素を産生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特定の微生物を用
いて水素を効率良く発生させるようにした水素の製造法
および製造装置に関するものである。（なお、微生物名
はイタリック体で表わすべきであるが、本明細書におい
ては通常の字体で表示してある。）

【０００２】

【従来の技術】〈従来の水素の製造法〉現在、水素の製
造法として工業的に実施されている代表的なものは、ナ
フサ、石油オフガス、ブタン、ＬＰＧ、天然ガス（主に
メタン）などを水蒸気改質する方法である。そのほか、
重質油を部分酸化する方法も採用されている。いずれに
せよ、水素の製造は、化石燃料に依存しているのが実態
である。

【０００３】水の電気分解により水素を製造する方法も
行われているが、大量の電力を必要とする。電気分解に
使用する電力も、原子力発電による割合が大きくなって
はいあるものの、結局は化石燃料を原料とした火力発電
に依存する割合が大きい。

【０００４】そのため、大分以前から将来的な化石燃料
の枯渇が危惧されており、化石燃料に依存しない水素の
製法が望まれている。

【０００５】〈バイオ関連の水素の製造法〉化石燃料に
依存しない水素の製造法としては、特に環境問題を考慮
した観点から、余剰のバイオマスを利用した方法や、有
機性廃液または生物由来の原料を用いる方法が最も望ま
しいということができる。

【０００６】（イ）バイオマスを利用して水素を発生す
る方法については、たとえば、 ・特開２０００−３５５６９２（古紙、おからなどのバ
イオマス原料水溶液を高温、高圧状態にしてバイオマス
原料と水とを化学反応させることにより、可燃性ガスを
発生させる方法）、 ・特開平９−２４１００１号公報（木材、古紙、都市ゴ
ミなどのセルロース系バイオマスを、反応容器内におい
て、水性媒体および水素活性化金属触媒の存在下で高温
高圧に保持して水素を製造する方法）、 ・特開平１１−１７２２６２号公報（木材、古紙、都市
ゴミなどのセルロース系バイオマスを、水性媒体の存在
下必要に応じてアルカリ性物質を用い、高温高圧に保持
して可溶化処理する工程と、この工程で得られたセルロ
ース系バイオマスの可溶化物を含む水溶液を水素活性化
金属触媒と接触させれバイオマス可溶化物をガス化する
工程とからなるセルロース系バイオマスのガス化方法）
が提案されている。

【０００７】（ロ）また、光合成細菌を利用して水素を
発生する方法も提案されている。http://www.nedo.go.j
p/itd/grant/JITU/jj011.htmによれば、三井らは、海洋
単細胞性藻類 Synechococcus sp. Miami BG043511 株
は、３mlの藍藻液当たり１２時間の光照射で２５mlの水
素を発生させることに成功している。

【０００８】（ハ）特開２０００−１５７２５５には、
空気、硝酸塩、亜硝酸塩を電子受容体含有媒体として発
酵液に供給することにより、発酵槽内で硫化水素をほと
んど含まないバイオガスを製造するようにしたバイオガ
スの製造方法および装置が示されている。代表的なバイ
オガスの組成は、メタンが約７０vol % 、炭酸ガスが約
３０vol % である。硫化水素はバイオガス中に約１vol
% 存在するが、「硫化水素は毒性でしかも腐食作用があ
り、従って環境汚染等を防止するために後段の設備、例
えば管路やガス機関においてバイオガスの硫化水素含有
量を減らす必要がある。」という問題点があるので、こ
の公報の発明は、硫化水素の発生をなくすことを目的と
しているわけである。

【０００９】（ニ）有機性廃液を利用するものとして、
特開２００１−１４９９８３には、水素生成菌の１種類
の菌である通性嫌気性細菌が内部に収容されたバイオリ
アクタに配管を介して有機性廃液を導入し、水素生成菌
の作用により水素を発生させると共にメタンの基質とな
る有機酸を生成し、その有機酸を含む液を配管を介して
メタン菌が内部に収容されたバイオリアクタに導入し、
メタン菌の作用により有機酸を分解してメタンを発生さ
せると共にＢＯＤを低減し、その後配管から排出するよ
うにしたバイオガス発生装置が示されている。通性嫌気
性細菌である水素生成菌として、Enterobactor aerogen
es（グラム陰性の運動性を有する通性嫌気性桿菌）を用
いることができることが示されている。分解対象となる
有機物をグルコースとすると、グルコースは， C₆H₁₂O₆ + 2H₂O → 2CH₃COOH + 2CO₂ + 4H₂ の反応により酢酸と二酸化炭素と水素に分解されるの
で、このようにして生成したメタン原料有機物を、 2CH₃COOH → 2CH₄ + 2CO₂ の反応によりメタンと二酸化炭素に分解するわけであ
る。

【００１０】（ホ）特開平８−３０８５８７号公報に
は、常温より高い温度の嫌気性雰囲気内で有機物を栄養
として培養され、水素を発生する水素発生超好熱菌を培
養する培養装置と、排熱源から排出される８０℃以上の
排熱保有媒体から給熱されて前記培養装置を前記水素発
生超好熱菌の増殖に適した温度に維持する培養温度維持
機構と、前記水素発生超好熱菌の増殖に必要な前記有機
物を前記培養装置内に供給する有機物供給機構とを備
え、前記水素発生超好熱菌の増殖により前記培養装置内
で発生する水素を、前記培養装置から取り出して貯蔵す
る水素貯蔵器とを備え、前記水素貯蔵器から水素を取り
出し可能に構成した水素供給装置が示されている（請求
項１）。有機物が廃棄有機物であり（請求項４）、有機
物としては、デンプン（ジャガイモ、小麦等）、酵母、
醗酵粕、果実、果実の皮、廃糖蜜、糖、動物残渣などが
利用できるとしている（段落０００８、００１０等）。
前記の水素発生超好熱菌が Pyrococcus furiosusまたは
Thermotoga maritimaであり、その増殖に適した温度が
８０〜１０３℃であることについても記載がある（請求
項５）。培養装置においては、水素を３３〜６６％程度
含んだガスを発生できるとしている（段落００１０、０
０１８）。

【００１１】（ヘ）特開平１０−６６９９６号公報に
は、超好熱水素細菌により有機物を二酸化炭素、水素、
有機酸に分解生成する第１工程と、前記第１工程で生成
される生成物から超好熱メタン細菌によりメタンを生成
する第２工程とを備えたメタン発生方法が示されてい
る。有機物としては、ビール工場における発酵槽洗浄
液、発酵残渣、酵母滓、酒造工場からの洗米排水、総合
排水、食品工場からの澱粉加工排水、植物残滓、草木、
糞尿などが利用できるとしている（段落０００８、００
１６、００３２等）。超好熱水素細菌とは、 Pyrococcu
s furiosus、 Thermotoga maritima等であり、菌種とし
てはPyrococcus、Thermotoga属等のものであること、超
好熱水素細菌は７０〜１１０℃、殊に９０〜１００℃で
好適に生育可能であることの記載がある（段落００１
４）。超好熱水素細菌は、二酸化炭素：水素＝１：２の
比率で二酸化炭素と水素を産出するとある（段落００２
１）。その表１には、有機物１００に対する出力メタン
の生成割合があげられており、第１工程の高温嫌気性水
素発酵では、有機酸６６、二酸化炭素２２、水素４４、
菌体１２が生成している（水素はモル数で表示）。

【００１２】（ト）Arch Microbiol (1994) 161: 168-1
75、Arch Microbiol (1991) 155: 366-1377 、Biotechn
ology and Bioengineering, Vol. 34, pp, 1050-1057
(1989)には、超好熱性始原菌である Pyrococcus furios
usを、ピリビン酸塩などを添加した培養液を用いてたと
えば１００℃前後において嫌気性培養することにより、
水素が発生することが示されている。

【００１３】〈 Thermococcus kodakaraensis ＫＯＤ１
について〉 （チ）Applied and Environmental Microbiology, Vol.
60, No. 12, Dec. 1994, p.4559-4566 には、本発明者
らによる「Purification and Characterizationof a Th
ermostable Thiol Protease from a Newly Isolated Hy
perthermophilicPyrococcus sp. ＫＯＤ１」（新しく単
離された超好熱性ピロコッカス種からの熱安定性チオー
ルプロテアーゼの精製と評価）と題する論文が掲載され
ており、また、（リ）Journal of Bacteriology, Vol.
182, No. 22, Nov. 2000, p.6424-6433 には、本発明者
らによる「A DNA Ligase from a Hyperthermophilic Ar
chaeon with Unique Cofactor Specificity 」（ユニー
クなコファクター特異性を有する超好熱性始原菌からの
ＤＮＡリガーゼ）と題する論文が掲載されており、Ther
mococcus kodakaraensis ＫＯＤ１につき言及がある。
ただし、どちらの文献にもＫＯＤ１を用いて水素を発生
させることについては、何の記載も示唆もない。なお、
この（リ）の文献の６４２５頁の図１の下の個所におい
て、上記の Thermococcus kodakaraensis ＫＯＤ１は、
先の文献（（チ）の文献のこと）ではPyrococcus kodak
araensis ＫＯＤ１と報告されていると注記されている
ように、kodakaraensis ＫＯＤ１の属は正確にはThermo
coccusである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記（イ）の方法は、
約３００℃以上という高温で処理する必要があり、３０
０℃を保持するために熱エネルギーを供給するためコス
トがかかるという点で望ましくない。

【００１５】上記（ロ）の方法は、水素を発生するため
には、光を照射して光のエネルギーを常に供給すること
が不可欠であり、長期的に培養を維持する場合、照射部
に有機物等が付着し、光が遮られたり吸収されたりし
て、水素の発生効率が著しく低下することがしばしば認
められる。このため、高い効率を保持したまま水素発生
させるには、定期的に付着物を除去しなければならず、
多大の労力・手間とランニングコストがかかる欠点があ
る。

【００１６】上記（ハ）の方法におけるバイオガスの組
成はメタンおよび炭酸ガスであり、硫化水素の発生を防
止するように工夫しているが、水素の発生とは関係を有
しない。

【００１７】上記（ニ）の方法は、メタン、水素、二酸
化炭素を体積でこの順に２容、４容、４容の割合で得る
ものであるが、通性嫌気性の水素生成菌として腸内細菌
であるEnterobactor aerogenesを用いているので、６０
℃以上の高温では生育が不可能である。なお、この公報
には、Enterobactor aerogenes以外の菌については言及
がない。

【００１８】上記（ホ）においては Pyrococcus furios
usまたは Thermotoga maritimaの水素発生超好熱菌、上
記（ヘ）においては Pyrococcus furiosus、Thermotoga
maritima 等（菌種としてはPyrococcus、Thermotoga
属）の超好熱水素細菌を用いて、水素を発生させている
が、これらの菌は、本発明で用いている Thermococcusk
odakaraensis ＫＯＤ１とは遺伝子レベルにおいて全く
異なる菌である。

【００１９】上記（ト）の３文献においては、 Pyrococ
cus furiosusを、ピルビン酸塩などを添加した培養液を
用いてたとえば１００℃前後において嫌気性培養するこ
とにより、水素が発生することが示されているが、他の
属の微生物については言及がないので、それら他の属の
微生物を培養した場合にどのような生成物が得られるか
は全く予測できない。なお、本発明で用いている Therm
ococcus kodakaraensis ＫＯＤ１と、Pyrococcus furio
sus とは、共に嫌気性超好熱菌と称されるが、遺伝子レ
ベルにおいて全く異なる菌である。

【００２０】本発明は、このような背景下において、特
定の微生物を用いて水素を効率良く製造する方法および
装置を提供すること、さらに詳しくは、高温（たとえば
３００℃以上）を必要としないので熱エネルギー的に有
利であり、また最適温度が８５℃前後で水素の発生が可
能となるので他の菌による汚染が回避され、光照射を要
しないので照射部に有機物等が付着するなどの光照射に
伴う種々の不利とは無縁であり、硫化水素をほとんど発
生しないので腐食や環境汚染等の問題を生ずることがな
く、また不溶性でんぷんも培養中に同時に可溶化でき、
しかも水素を効率良く発生させることができる水素の製
造法および水素製造装置を提供することを目的とするも
のである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の水素の製造法
は、ピルビン酸またはその塩または／およびでんぷん系
多糖類を添加した培養液を用いてThermococcus属の微生
物を培養することにより、菌体に水素を産生させること
を特徴とするものである。

【００２２】本発明の水素の製造装置は、ピルビン酸ま
たはその塩または／およびでんぷん系多糖類を添加した
培養液を用いてThermococcus属の微生物を培養する培養
槽(1) と、該培養槽(1) を嫌気性雰囲気下に保持する任
意手段としての不活性ガス供給手段(2) と、該培養槽
(1) を所定の温度に保つ加熱手段(3) と、該培養槽(1)
にて発生した水素に富むガスを導出するガス導出手段
(4) とを備えてなることを特徴とするものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。

【００２４】〈水素の製造法〉本発明においては、ピル
ビン酸またはその塩または／およびでんぷん系多糖類を
添加した培養液を用いてThermococcus属の微生物を培養
することにより、菌体に水素を産生させる。

【００２５】Thermococcus属の微生物としては、 Therm
ococcus kodakaraensis に属する菌、殊に Thermococcu
s kodakaraensis ＫＯＤ１を用いることが特に望まし
い。この菌株は、従来の技術の個所の（チ）および
（リ）で述べた２つの文献に記載がある。この菌株ＫＯ
Ｄ１は、公的機関である独立行政法人産業技術総合研究
所特許生物寄託センターに、受託番号：ＦＥＲＭ Ｐ−
１５００７号として寄託されており（ Pyrococcus sp.
ＫＯＤ１または Pyrococcus kodakaraensis ＫＯＤ１で
登録されているが、従来の技術の個所の（チ）および
（リ）で述べたように、正確には Thermococcus kodaka
raensis ＫＯＤ１である）、当業者は容易に入手するこ
とができる。

【００２６】培養液としては、種々の培地組成を有する
ものが用いられる。代表的なものの一例は、人工海水塩
に酵母エキスとトリプトンとを加えた培地（ＭＡ培地）
である。

【００２７】そして本発明においては、この培養液に、
ピルビン酸またはその塩あるいはでんぷん系多糖類を基
質として添加する。ピルビン酸またはその塩とでんぷん
系多糖類とを併用することも可能である。

【００２８】ピルビン酸(CH₃C(O)COOH) は酸性であるか
ら、ピルビン酸を添加する場合でピルビン酸の濃度があ
る程度高いときには、ｐＨの低下を防ぐために、ｐＨ調
節剤を用いて培養液のｐＨを５〜９程度（殊に 5.5〜8.
5 程度）に調整することが望ましい。ピルビン酸をナト
リウム塩などの塩の形で添加すれば、培養液のｐＨが事
実上低下しないので、培養液の調製にとって有利であ
る。ピルビン酸ナトリウムは、グルコース（ブドウ糖）
を原料（炭素源）として発酵法により容易に製造できる
し、合成によっても製造することができる。

【００２９】でんぷん系多糖類としては、生でんぷん
（トウモロコシでんぷん、馬鈴薯でんぷん、甘藷でんぷ
ん、コムギでんぷん、キャッサバでんぷん、サゴでんぷ
ん、タピオカでんぷん、モロコシでんぷん、コメでんぷ
ん、マメでんぷん、クズでんぷん、ワラビでんぷん、ハ
スでんぷん、ヒシでんぷん等）、物理的変性でんぷん
（α−でんぷん、分別アミロース、湿熱処理でんぷん
等）、酵素変性でんぷん（加水分解デキストリン、酵素
分解デキストリン、アミロース等）、化学分解変性でん
ぷん、化学変性でんぷんなどが用いられる。でんぷん系
多糖類は、添加時に可溶性であることが望ましいが、水
と加熱することによって容易に可溶化するので、特に限
定する必要はない。また、超好熱始原菌を用いて培養を
行う本発明においては、たとえば８５℃前後の高温で培
養する場合が多いので、不溶性のでんぷんであっても容
易に可溶化できるという利点がある。でんぷんは、周知
のように、貯蔵用炭水化物として高等植物の種子、根茎
などに多量に含まれる。

【００３０】培養液に添加するピルビン酸またはその塩
の濃度は、CH₃COCOOH 換算で、0.01〜５％(w/w) とする
ことが適当である。でんぷん系多糖類の濃度も、0.01〜
５％(w/w) とすることが適当である。このような濃度に
おいて、本発明の目的が最大限に達成できるからであ
る。濃度の好ましい範囲は 0.1〜３％(w/w) 、より好ま
しい範囲は 0.2〜２％(w/w) である。

【００３１】実際の培養操作にあたっては、ピルビン酸
またはその塩あるいはでんぷん系多糖類を添加した培養
液に、別途 Thermococcus kodakaraensis ＫＯＤ１を前
培養したものを植菌し、ついで本培養を開始することが
望ましい。

【００３２】培養温度は、温度６０〜１０５℃、殊に６
５〜１００℃、さらには７０〜９５℃、なかんずく８０
〜９０℃に設定することが望ましい。６０℃未満では水
素の発生量が不足し、一方１０５℃を越えると、水素の
発生量がかえって低下する傾向がある。 Thermococcus
kodakaraensis ＫＯＤ１の最適生育温度は、一般の微生
物にしては極めて高い８５℃前後であるので、この温度
から極端に乖離することは好ましくない。

【００３３】〈水素の製造装置〉上記の方法を実施する
ための水素の製造装置としては、 ・ピルビン酸またはその塩または／およびでんぷん系多
糖類を添加した培養液を用いてThermococcus属の微生物
を培養する培養槽(1) と、 ・その培養槽(1) を嫌気性雰囲気下に保持する任意手段
としての不活性ガス供給手段(2) と、 ・その培養槽(1) を所定の温度に保つ加熱手段(3) と、 ・その培養槽(1) にて発生した水素に富むガスを導出す
るガス導出手段(4)とを備えたものが好適に用いられ
る。なお、嫌気性とガス撹拌とを効率的かつ確実に維持
するための不活性ガスの供給手段(2) を省略し、密閉式
の培養槽(1) を用いて機械的撹拌手段により撹拌する機
械撹拌方式を採用したり、培養槽(1) から発生するガス
の一部を培養槽(1) 内の培養液中に戻して撹拌を図る自
己ガス撹拌方式を採用したりすることもできる。そのほ
か、必要に応じ、水素ガスの濃縮分離のための種々の手
段、各種制御手段、種々の除害手段などを付設すること
ができる。

【００３４】培養槽(1) は、単槽でもよいが、複数の槽
を用いることも多い。槽の形状は、特に制限はないもの
の、円筒形とすることが望ましい。

【００３５】槽の材質は、１００℃前後の温度に耐える
ものであることが要求される。そして、培地に高濃度の
塩を使用すること、また培養時に硫化水素が発生する場
合があることから、耐腐食性の高いものが用いられる。
たとえば、アルミニウム、各種ステンレス鋼、ハステロ
イなどの耐酸性金属が用いられ、殊にステンレス鋼の場
合はオーステナイト系ステンレス鋼が望ましく、特にＳ
ＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４等が最も望ましい。しかし
ながら、これらの金属は、耐腐食性に関しては完全では
ない。耐腐食性を考慮した場合、樹脂としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレンなどでもよいが、耐熱性が高い
フッ素樹脂が望ましく、特にポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（Ｐ
ＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（Ｆ
ＥＰ）などが最も好ましい。ここで嫌気性菌の特性を考
えた場合、培養時に極力酸素に接触させない方が望まし
いことから、酸素透過性は小さいものほどよい。しかし
ながら、これらの樹脂は、金属に比しては酸素の透過性
が高いという欠点があり、また樹脂を用いた場合、強度
的に充分な形状を維持するためには、槽の肉厚を厚くす
る必要があり、コストも高くなるという欠点がある。ま
た耐腐食性、酸素遮断性を考慮した場合には、各種ガラ
スでもよいが、破損しやすいという欠点がある。故に、
耐腐食性が高く、酸素透過性が低く、かつ強度が大であ
るという観点から、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４等の
金属に上記のようなフッ素樹脂をコーティングまたはラ
イニングしたものが最適であるということができる。

【００３６】不活性ガス供給手段(2) としては、窒素ガ
スなどの不活性ガスを供給する手段が採用される。不活
性ガスの純度はできるだけ高い方が望ましく、特に酸素
混入量の少ないものが望ましい。不活性ガスとしては、
たとえば、半導体製造用に使用される半導体用材料窒素
（純度 99.9999％以上、含有酸素量 0.1 ppm (v/v)未
満、大陽東洋酸素株式会社製）や超高純度窒素（ＵＳグ
レード窒素、純度99.99995％以上、酸素含有量 0.1 ppm
(v/v)未満、大陽東洋酸素株式会社製）などが好適に用
いられる。

【００３７】なお、不活性ガスの供給は、培養中必ずし
も必要としないが、培養前に予め培養液中の溶存酸素を
系外に排出するために必要であり、また培養中に発生す
る水素を培養液中からすみやかに系外移動させる目的の
点でも、供給する方が望ましい。

【００３８】加熱手段(3) としては、ジャケットタイ
プ、電熱タイプをはじめとする種々の加熱機構が採用さ
れる。特に加熱方法に関しては、培養槽内を撹拌装置に
より撹拌する場合があるので、下部に加熱部（ヒータ）
を具備したマグネチックスターラを装備し、また効率良
くヒートアップするために槽の胴部を保温または加熱す
るためのマントルヒータを装備して、加熱するようにす
ることが望ましい。

【００３９】ガス導出手段(4) は、単なる配管で充分で
ある。材質は、基本的に培養槽に適合するものと同様で
あることが望ましい。また自由度が高いという点で、各
種ゴムを使用してよもよく、特にガス透過性が小さいエ
チレン・プロピレンゴムやフッ素ゴム（ヘキサフルオロ
プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体等）などは、耐
酸性や耐熱性の点で、好ましい材質の例である。

【００４０】〈用途〉本発明の方法により得られた水素
は、油脂工業における水添反応、酸素・水素炎による溶
接、金属の還元処理、ガラスの溶融、半導体工業におけ
る還元処理、ロケット燃料（液体水素）をはじめとする
従来型の用途や、自動車用燃料電池燃料、家庭用燃料電
池燃料をはじめとする新規用途に用いることができる。

【００４１】〈作用〉本発明者らは、鋭意努力の結果、
Thermococcus属に属する微生物、殊に Thermococcus ko
dakaraensis の種に属する微生物、なかんずくその種の
ＫＯＤ１の菌株が、光を必要とせず水素発生する能力が
あることを見い出し、しかも、最適生育温度が８５℃と
微生物にしては極めて高い性質を持つこと、さらには培
養液中にピルビン酸またはその塩あるいはでんぷん系多
糖類を添加することによって硫化水素の発生を充分に抑
制すると共に、水素を効率良く発生させることによっ
て、従来技術の有する種々の問題点を解決したものであ
る。

【００４２】一般に微生物は、高温の温泉等の噴出口な
どから単離される特殊な菌を除き、６０℃以上の高温で
は死滅するかまたは生育しえない場合が多い。従って、
本発明により６０℃以上の高温で生育できることは、培
養時に他の菌の繁殖による汚染を回避することができ、
容易に目的の好熱菌のみを増殖させることができる利点
がある。

【００４３】しかも本発明によれば、光合成細菌を利用
して水素を発生する場合には不可欠である光照射を必要
としないので、光照射に必要な設備を削減し簡素化でき
るのみならず、光照射部に発生付着する有機物等によっ
て光が吸収されたり遮断されたりして、著しく水素の発
生効率が低下する危険性を回避できる利点がある。

【００４４】

【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。

【００４５】実施例１ 〈装置の説明〉図１は、実施例で用いた水素製造装置
（培養装置）の概略図である。(1) は培養槽、(2) は不
活性ガス供給手段、(3) は加熱手段、(4) はガス導出手
段（導出用の配管）である。(MFC) はマスフローコント
ローラー、(GC)はガスクロマトグラフ分析計である。

【００４６】〈培地〉人工海水塩に酵母エキスとトリプ
トンとを各 0.5％(w/v) 加えた培地（ＭＡ培地）を基本
とする次の培地を調製した。トリプトンは、タンパク質
をトリプシンで部分加水分解したものである。マリンア
ートは、海水と同じ成分を含む塩類の混合物である。な
お、以下の培地組成における各成分の含有量は「％(w/
v) 」としてあるが、それを「％(w/w) 」で換算しても
それほどの数値の差はない。

【００４７】（培地組成1a） ・0.39％(w/v) マリンアートＳＦ（千寿製薬株式会社
製）、規定量の 0.8倍希釈 ・0.5 ％(w/v) 乾燥酵母エキス、微生物培地用特製
（ナカライテスク株式会社製） ・0.5 ％(w/v) トリプトン、微生物培地用特製（ナカ
ライテスク株式会社製） ・0.5 ％(w/v) ピルビン酸ナトリウム（ナカライテス
ク株式会社製）（残余は水、系のｐＨは 6.4）

【００４８】（培地組成1b） ・0.39％(w/v) マリンアートＳＦ（千寿製薬株式会社
製）、規定量の 0.8倍希釈 ・0.5 ％(w/v) 乾燥酵母エキス、微生物培地用特製
（ナカライテスク株式会社製） ・0.5 ％(w/v) トリプトン、微生物培地用特製（ナカ
ライテスク株式会社製） ・0.5 ％(w/v) 可溶性でんぷん（ナカライテスク株式
会社製）（残余は水、系のｐＨは 7.0）

【００４９】（培地組成２） ・0.39％(w/v) マリンアートＳＦ（千寿製薬株式会社
製）、規定量の 0.8倍希釈 ・0.5 ％(w/v) 乾燥酵母エキス、微生物培地用特製
（ナカライテスク株式会社製） ・0.5 ％(w/v) トリプトン、微生物培地用特製（ナカ
ライテスク株式会社製） ・0.5 ％(w/v) マルトース水和物（ナカライテスク株
式会社製） ・0.2 ％(w/v) 硫黄（高圧蒸気滅菌処理後添加）（残
余は水、系のｐＨは 6.4）

【００５０】〈培養装置〉大陽東洋酸素株式会社製の嫌
気性好熱菌培養装置ＴＳＦ１００−３０型（培養槽の内
容積：１０リットル、加熱手段付き）を用いた。

【００５１】〈高圧蒸気滅菌処理条件〉サンヨー電機株
式会社製のラボ・オートクレーブＭＬＳ−３０００型を
用い、１２１℃、２atm 、３０分の条件で滅菌処理し
た。

【００５２】〈培養操作〉 （準備）培地組成1aに示す培養液を、図１の培養装置の
培養槽(1) に充填した。高圧蒸気滅菌処理（１２１℃、
３０分）後、培養液中の溶存酸素を低減するために、不
活性ガス供給手段(2) から培養液中に窒素を２０ml/min
にて１２時間通気した。窒素としては、超高純度窒素
（Ｕグレード窒素純度 99.9999％以上、酸素含有量0.1
ppm(v/v) 未満、大陽東洋酸素株式会社製）を用いた。

【００５３】（前培養操作）前培養は、内容積約１００
mlの密閉ガラス容器内に培地組成1aの培養液１００mlを
充填し、嫌気性超好熱菌 Thermococcus kodakaraensis
ＫＯＤ１を波長６６０nmの吸光度(absorbance)がＯＤ66
0 = 0.1 になるように調整した本菌の懸濁水１mlを植菌
し、８５℃で２０時間培養した。

【００５４】（本培養操作）前培養した培養液１００ml
を、培地組成1aの組成の培養液が７リットル入った培養
槽(1) 中に全量植菌して、前記超高純度窒素を５００ml
/minで２０分間通気し、本培養を開始した。

【００５５】なお、植菌の直前に、培養槽(1) 内を通過
したガスの一部をガスクロマトグラフ分析計（ＧＣ−Ｔ
ＣＤ熱伝導式検出器：ＧＣ−８Ａ型 株式会社島津製作
所製、ＧＣ−ＰＩＤ光イオン化式検出器：２６３−３０
型 株式会社日立製作所製）に送って、その成分を測定
した。その結果、水蒸気を除くと、窒素のほかに約２０
０ppm の酸素が検出された。

【００５６】本培養は、不活性ガス供給手段(2) から超
高純度窒素を１００ml/minで通気させながら、加熱手段
(3) により槽内温度が８５℃になるようにして実施し
た。本培養の間、培養槽(1) 内を通過したガスは、定期
的に上記と同様にして成分を測定した。

【００５７】（結果）その結果、発生した水素濃度は、
本培養開始後、約１１時間で最大となって８％(v/v) を
検出し、そのときの水素発生量は約１０ml/minであるこ
とが確認された。また、ほぼ同時に検出した硫化水素は
0.04％(v/v) であった。二酸化炭素も約８％(v/v) 検出
し、残余は窒素であった。ここで、水素発生量の約１０
ml/min、二酸化炭素発生量の約８％(v/v) は２５℃換算
値であり、８５℃ではそれぞれ約１２ml/min、約１０ml
/minとなる。（整理すると、２５℃換算では、窒素は１
００ml/minで約７９％(v/v) 、水素は１０％(v/v) 、二
酸化炭素は８％(v/v) 、硫化水素は0.04％(v/v) 、水蒸
気は３％(v/v) （２５℃飽和時）である。）

【００５８】実施例２ 実施例１の培養液組成のうち、ピルビン酸ナトリウムに
替えて可溶性でんぷん（ナカライテスク株式会社製）を
0.5％(w/v) になるように添加した培地組成1bの培養液
（前培養、本培養とも）を使用したほかは実施例１と同
様にして、培養を行った。その結果、発生した水素は、
本培養開始後、約２２時間で最大濃度となって 7.3％(v
/v) を検出し、ほぼ同時の測定で硫化水素はほとんど検
出されなかった。二酸化炭素も約４％(v/v) 検出し、残
余は窒素であった。

【００５９】比較例１ 実施例１の培養液のみ培地組成２（前培養、本培養と
も）に替え、その他は実施例１と同様にして培養を行っ
た。その結果、発生した水素は、本培養開始後、約６時
間で最大濃度となって 0.4％(v/v) を検出し、ほぼ同時
に検出した硫化水素は約３３％(v/v) であった。二酸化
炭素も約２１％(v/v) 検出し、残余は窒素であった。

【００６０】比較例２ 比較例１において、嫌気性超好熱菌 Thermococcus koda
karaensis ＫＯＤ１を植菌せずに培養を行った。その結
果、水素および硫化水素の発生は認められなかった。二
酸化炭素も検出されなかった。

【００６１】（結果のまとめ）上記の実施例１〜２、比
較例１〜２の条件および結果を、下記の表１にまとめて
示す。

【００６２】

【表１】 実施例 比較例 １ ２ １ ２ 前培養 組成1a 組成1b 組成２ 組成２ 本培養 組成1a 組成1b 組成２ 組成２ 嫌気性超好熱菌 KOD1 KOD1 KOD1 - 最大H₂濃度までの 11 22 6 - 時間(hr) H₂発生量(ml/min) 10 7.3 0.7 0 H₂濃度(%(v/v)) 10 8 0.4 0 H₂S 濃度(%(v/v)) 0.04 0 33 0 CO₂ 濃度(%(v/v)) 8 4 21 0

【００６３】上記の結果から、実施例においては、水素
が効率良く発生し、しかも硫化水素の発生が充分に抑制
されていることがわかる。

【００６４】

【発明の効果】作用の項で述べたように、本発明におい
ては、次のようなすぐれた効果が奏される。 １．原料を化石燃料に依存することなく、効率良く水素
を発生させることができる。 ２．培養温度（最適生育温度）が８５℃前後であるの
で、培養時に他の菌の繁殖による汚染を回避することが
でき、目的の好熱菌のみを増殖させることができる。そ
して高温（約３００℃以上）を要しないので、加熱に要
するエネルギーコストが削減できる上、反応装置の材質
を当該温度領域で常用されている安価で腐食を防げる樹
脂等を選択することが可能となる。 ３．培養温度はたとえば８５℃前後であるので、不溶性
でんぷんを用いた場合でも培養と同時に可溶化できる利
点がある。 ４．光照射を必要としないので、光照射に必要な設備を
削減し簡素化できるのみならず、光照射部に発生付着す
る有機物等によって光が吸収されたり遮断されたりし
て、著しく水素の発生効率が低下する危険性を回避でき
る。 ５．培養に際し硫化水素がほとんど発生しないので、硫
化水素の除去は簡単な除害装置で足り、硫化水素による
腐食や環境汚染等の問題を生ずることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた水素製造装置の概略図である。

【符号の説明】

(1) …培養槽、 (2) …不活性ガス供給手段、 (3) …加熱手段、 (4) …ガス導出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 跡見 晴幸 京都府京都市左京区高野清水町47−３− 422号 (72)発明者 福居 俊昭 京都府京都市左京区修学院犬塚町８−11− 102 (72)発明者 金井 保 京都府京都市上京区室町通り上立売上ル室 町頭町292 ハマヤビル３Ｆ (72)発明者 今中 洋行 京都府京都市下京区東塩小路向畑町20−13 プレサンス京都駅前602 (72)発明者 大森 良幸 大阪府大阪市西区靱本町２丁目４番11号 大陽東洋酸素株式会社内 (72)発明者 上森 賢悦 大阪府大阪市西区靱本町２丁目４番11号 大陽東洋酸素株式会社内 Ｆターム(参考） 4B029 AA02 DB11 DF01 DF03 4B064 AA03 CA02 CC03 CC06 CC09 CC12 CD07 CD19 DA16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピルビン酸またはその塩または／およびで
   んぷん系多糖類を添加した培養液を用いてThermococcus
   属の微生物を培養することにより、菌体に水素を産生さ
   せることを特徴とする水素の製造法。
2. 【請求項２】Thermococcus属の微生物が、 Thermococcu
   s kodakaraensis ＫＯＤ１（寄託機関：独立行政法人産
   業技術総合研究所特許生物寄託センター、受託番号：Ｆ
   ＥＲＭ Ｐ−１５００７号）であることを特徴とする請
   求項１記載の水素の製造法。
3. 【請求項３】培養を、温度６０〜１０５℃で行うことを
   特徴とする請求項１記載の水素の製造法。
4. 【請求項４】培養液に添加したピルビン酸またはその塩
   の濃度が、CH₃COCOOH 換算で、0.01〜５％(w/w) である
   請求項１記載の水素の製造法。
5. 【請求項５】培養液に添加したでんぷん系多糖類の濃度
   が、0.01〜５％(w/w) である請求項１記載の水素の製造
   法。
6. 【請求項６】ピルビン酸またはその塩または／およびで
   んぷん系多糖類を添加した培養液を用いてThermococcus
   属の微生物を培養する培養槽(1) と、該培養槽(1) を嫌
   気性雰囲気下に保持する任意手段としての不活性ガス供
   給手段(2) と、該培養槽(1)を所定の温度に保つ加熱手
   段(3) と、該培養槽(1) にて発生した水素に富むガスを
   導出するガス導出手段(4) とを備えてなることを特徴と
   する嫌気性超好熱菌を用いた水素の製造装置。