JP2003135089A - 微生物を用いた水素及びメタンの製造方法ならびに装置 - Google Patents
微生物を用いた水素及びメタンの製造方法ならびに装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】水素生成菌がその作用を十二分に奏することの
できる条件を整える。 【解決手段】再生可能有機性資源を原料として５０〜９
０℃の加熱処理を施した後、水素生成菌により原料を水
素発酵して水素及び二酸化炭素を主成分とするバイオガ
スを発生させる。バイオガスを発生させた後の水素発酵
残さをメタン発酵してメタンを発生させ燃料等に利用す
る。加熱処理は実行容易な条件で施せるので再生可能有
機性資源を原料に水素を製造する技術の実用化に効果的
である。
できる条件を整える。 【解決手段】再生可能有機性資源を原料として５０〜９
０℃の加熱処理を施した後、水素生成菌により原料を水
素発酵して水素及び二酸化炭素を主成分とするバイオガ
スを発生させる。バイオガスを発生させた後の水素発酵
残さをメタン発酵してメタンを発生させ燃料等に利用す
る。加熱処理は実行容易な条件で施せるので再生可能有
機性資源を原料に水素を製造する技術の実用化に効果的
である。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、再生可能有機性資
源などの有機物を原料とする、微生物を用いた水素およ
びメタンの製造方法、ならびに装置に関する。
源などの有機物を原料とする、微生物を用いた水素およ
びメタンの製造方法、ならびに装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素は、環境汚染のないクリーンな燃料
として広い用途が期待され、次世代の有力なエネルギー
源の一つにあげられている。現在、水素は主に化石燃料
から製造されているが、製造工程において環境汚染の原
因になる物質を排出するという問題があり、これに代わ
るクリーンで効率のよい水素生産技術の実用化がまたれ
ている。
として広い用途が期待され、次世代の有力なエネルギー
源の一つにあげられている。現在、水素は主に化石燃料
から製造されているが、製造工程において環境汚染の原
因になる物質を排出するという問題があり、これに代わ
るクリーンで効率のよい水素生産技術の実用化がまたれ
ている。
【０００３】最近注目を浴びている、微生物を用いて有
機性物質を発酵させ水素を製造する、いわゆる水素発酵
法は、バイオマス、有機性廃棄物、有機性排水などの再
生可能有機性資源を原料にして、水素生成菌により水素
を製造できる有用な水素の製造手段であり、多くの技術
的な提案がなされている（例えば、特開平８−１９１６
８３号公報、特開２０００−１０２３９７号公報の記
載）。さらに、水素生成菌は、水素と同時に有機酸を生
成し、水素発酵後の残さには有機酸が多く含まれ、ま
た、セルロース、ヘミセルロース蛋白質などの有機成分
が残るので、その処理が必要になる。この問題に関して
は、例えば、メタン発酵してバイオガスから水素とメタ
ンとを発生させる提案（特開２００１−１４９９８３公
報の記載）がみられる。
機性物質を発酵させ水素を製造する、いわゆる水素発酵
法は、バイオマス、有機性廃棄物、有機性排水などの再
生可能有機性資源を原料にして、水素生成菌により水素
を製造できる有用な水素の製造手段であり、多くの技術
的な提案がなされている（例えば、特開平８−１９１６
８３号公報、特開２０００−１０２３９７号公報の記
載）。さらに、水素生成菌は、水素と同時に有機酸を生
成し、水素発酵後の残さには有機酸が多く含まれ、ま
た、セルロース、ヘミセルロース蛋白質などの有機成分
が残るので、その処理が必要になる。この問題に関して
は、例えば、メタン発酵してバイオガスから水素とメタ
ンとを発生させる提案（特開２００１−１４９９８３公
報の記載）がみられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、水素発酵は
多くの利点を有し多くの提案がなされているのにもかか
わらず、その実用化は進んでいない。実験室的には水素
生成菌の作用により連続して水素生成することが可能で
ある。しかし、水素発酵は実用的に必ずしも円滑に行わ
れない。本発明は、水素生成菌の作用が実用的に実施で
きない理由を明らかにし、再生可能有機性資源を原料と
する微生物を用いたクリーンな水素製造方法および装置
において、水素生成菌がその作用を十二分に奏すること
のできる条件を整えることを課題に研究の結果、完成し
たものである。あわせて、水素発酵において排出される
発酵残さについても、環境保全上の問題を生じないこと
を課題にした。
多くの利点を有し多くの提案がなされているのにもかか
わらず、その実用化は進んでいない。実験室的には水素
生成菌の作用により連続して水素生成することが可能で
ある。しかし、水素発酵は実用的に必ずしも円滑に行わ
れない。本発明は、水素生成菌の作用が実用的に実施で
きない理由を明らかにし、再生可能有機性資源を原料と
する微生物を用いたクリーンな水素製造方法および装置
において、水素生成菌がその作用を十二分に奏すること
のできる条件を整えることを課題に研究の結果、完成し
たものである。あわせて、水素発酵において排出される
発酵残さについても、環境保全上の問題を生じないこと
を課題にした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、有機物を原料として５０〜９０℃の加熱処
理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵して水
素および二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発生さ
せることを特徴とする微生物を用いた水素製造方法を提
供する。さらに、有機物を原料として５０〜９０℃の加
熱処理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵し
て水素および二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発
生させ、バイオガスを発生させた後に残る水素発酵残さ
をメタン発酵してメタンを生成させることを特徴とする
水素およびメタン製造方法を提供する。
に本発明は、有機物を原料として５０〜９０℃の加熱処
理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵して水
素および二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発生さ
せることを特徴とする微生物を用いた水素製造方法を提
供する。さらに、有機物を原料として５０〜９０℃の加
熱処理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵し
て水素および二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発
生させ、バイオガスを発生させた後に残る水素発酵残さ
をメタン発酵してメタンを生成させることを特徴とする
水素およびメタン製造方法を提供する。
【０００６】また、本発明は、原料となる有機物を５０
〜９０℃に加熱処理する加熱装置と、加熱処理された有
機物を原料として、水素生成菌により水素および二酸化
炭素を主成分とするバイオガスを発生させる水素発酵槽
とを含んでなることを特徴とする水素製造装置を提供す
る。
〜９０℃に加熱処理する加熱装置と、加熱処理された有
機物を原料として、水素生成菌により水素および二酸化
炭素を主成分とするバイオガスを発生させる水素発酵槽
とを含んでなることを特徴とする水素製造装置を提供す
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明に係る、微生物を用いた水
素およびメタンの製造方法、ならびに装置を、実施形態
例をあげ図面を参照して説明する。図１は本発明に係る
微生物を用いた水素およびメタン製造の構成を示すブロ
ック図である。
素およびメタンの製造方法、ならびに装置を、実施形態
例をあげ図面を参照して説明する。図１は本発明に係る
微生物を用いた水素およびメタン製造の構成を示すブロ
ック図である。
【０００８】水素発酵法は、一般的に原料の有機性物質
を水素発酵槽に供給し、水素生成菌の存在下に、ｐＨ５
〜７前後、約２５〜３５℃の温度範囲で８〜２４時間の
滞留時間を維持し、水素および二酸化炭素を主成分とす
るバイオガスを発生させるものである。そして、原料に
バイオマス、有機性廃棄物、有機性排水などの再生可能
有機性資源を容易に利用できることが特長の一つであ
る。
を水素発酵槽に供給し、水素生成菌の存在下に、ｐＨ５
〜７前後、約２５〜３５℃の温度範囲で８〜２４時間の
滞留時間を維持し、水素および二酸化炭素を主成分とす
るバイオガスを発生させるものである。そして、原料に
バイオマス、有機性廃棄物、有機性排水などの再生可能
有機性資源を容易に利用できることが特長の一つであ
る。
【０００９】さて、実験室的には水素生成菌の作用によ
り連続して水素生成することが可能である。しかし、水
素発酵は実用的に必ずしも円滑に進行しない。その原因
を追跡し、その大きな理由の一つとして、水素生成菌の
水素生成作用が乳酸菌などの雑菌の影響をきわめて受け
やすいことが判った。実験室では研究を目的として水素
生成菌の活動を円滑に進める関係上、通常、１２１℃、
２０分間の加圧滅菌処理を行い、雑菌が混入していない
条件下において水素生成菌のみの作用により水素を連続
して生成させている。ところが、実用を目指して有機性
廃棄物などの再生可能有機性資源を原料とする発酵を進
めると、原料に付着して混入する微生物、とくに乳酸菌
などによって水素生成菌の作用が阻害され、水素の発生
量が大幅に減少しあるいは事実上水素の発生が停止して
しまうことが判った。乳酸菌が水素生成菌の作用を阻害
していることを実験によって確かめたので、つぎにその
内容を示す。
り連続して水素生成することが可能である。しかし、水
素発酵は実用的に必ずしも円滑に進行しない。その原因
を追跡し、その大きな理由の一つとして、水素生成菌の
水素生成作用が乳酸菌などの雑菌の影響をきわめて受け
やすいことが判った。実験室では研究を目的として水素
生成菌の活動を円滑に進める関係上、通常、１２１℃、
２０分間の加圧滅菌処理を行い、雑菌が混入していない
条件下において水素生成菌のみの作用により水素を連続
して生成させている。ところが、実用を目指して有機性
廃棄物などの再生可能有機性資源を原料とする発酵を進
めると、原料に付着して混入する微生物、とくに乳酸菌
などによって水素生成菌の作用が阻害され、水素の発生
量が大幅に減少しあるいは事実上水素の発生が停止して
しまうことが判った。乳酸菌が水素生成菌の作用を阻害
していることを実験によって確かめたので、つぎにその
内容を示す。
【００１０】実験例
雑菌（乳酸菌）が水素生成菌の水素生成能に与える影響
を実験したので、その内容を説明する。実験には表１に
記載した３種類の水素生成菌（Clostoridium属）及び雑
菌としておから（豆腐殻）から分離された２種類の乳酸
菌を用い、続けて２回のバッチ処理を行い水素の生成状
態を調べた。使用した菌種と実験の結果とを表１に示
す。
を実験したので、その内容を説明する。実験には表１に
記載した３種類の水素生成菌（Clostoridium属）及び雑
菌としておから（豆腐殻）から分離された２種類の乳酸
菌を用い、続けて２回のバッチ処理を行い水素の生成状
態を調べた。使用した菌種と実験の結果とを表１に示
す。
【００１１】実験１〜３では雑菌が存在しない条件下で
の水素生成菌のブランク実験を行った。１回目の実験に
おいて９ｍｌのＰＹＧ培地に１ｍｌの水素生成菌の懸濁
液を加え、水温３５℃において１８時間の振とう培養を
行い、水素の生成状況を調べた。引き続き、２回目の実
験を行い、新たに９ｍｌのＰＹＧ培地に１回目に得られ
た培養液１ｍｌを加えて、１回目と同じ条件で振とう培
養し、水素の生成状況を調べた。
の水素生成菌のブランク実験を行った。１回目の実験に
おいて９ｍｌのＰＹＧ培地に１ｍｌの水素生成菌の懸濁
液を加え、水温３５℃において１８時間の振とう培養を
行い、水素の生成状況を調べた。引き続き、２回目の実
験を行い、新たに９ｍｌのＰＹＧ培地に１回目に得られ
た培養液１ｍｌを加えて、１回目と同じ条件で振とう培
養し、水素の生成状況を調べた。
【００１２】実験４〜９では雑菌として乳酸菌の存在下
における水素生成菌の作用効果を観察した。１回目の実
験において９ｍｌのＰＹＧ培地に１ｍｌの水素生成菌の
懸濁液と乳酸菌の懸濁液１ｍｌとを加え、実験１の１回
目と同じ条件で振とう培養し、水素の生成状況を調べ
た。引き続き、２回目の実験を行い、新たに９ｍｌのＰ
ＹＧ培地に１回目に得られた培養液１ｍｌと乳酸菌の懸
濁液１ｍｌとを加えて、１回目と同じ条件で振とう培養
し、水素の生成状況を調べた。
における水素生成菌の作用効果を観察した。１回目の実
験において９ｍｌのＰＹＧ培地に１ｍｌの水素生成菌の
懸濁液と乳酸菌の懸濁液１ｍｌとを加え、実験１の１回
目と同じ条件で振とう培養し、水素の生成状況を調べ
た。引き続き、２回目の実験を行い、新たに９ｍｌのＰ
ＹＧ培地に１回目に得られた培養液１ｍｌと乳酸菌の懸
濁液１ｍｌとを加えて、１回目と同じ条件で振とう培養
し、水素の生成状況を調べた。
【００１３】実験１０〜１１では、１回目の実験におい
て９ｍｌのＰＹＧ培地に１ｍｌの水素生成菌の懸濁液と
乳酸菌培養上澄液３ｍｌとを加え、実験１の１回目と同
じ条件で振とう培養し、水素の生成状況を調べた。引き
続き、２回目の実験を行い、新たに９ｍｌのＰＹＧ培地
に１回目に得られた培養液１ｍｌと乳酸菌培養上澄液３
ｍｌとを加えて、１回目と同じ条件で振とう培養し、水
素の生成状況を調べた。
て９ｍｌのＰＹＧ培地に１ｍｌの水素生成菌の懸濁液と
乳酸菌培養上澄液３ｍｌとを加え、実験１の１回目と同
じ条件で振とう培養し、水素の生成状況を調べた。引き
続き、２回目の実験を行い、新たに９ｍｌのＰＹＧ培地
に１回目に得られた培養液１ｍｌと乳酸菌培養上澄液３
ｍｌとを加えて、１回目と同じ条件で振とう培養し、水
素の生成状況を調べた。
【００１４】前記実験の結果、水素生成菌を単独で用い
た実験１〜３では、バッチ処理１回目、２回目共に水素
生成能が維持されていたが、乳酸菌を混合した実験４〜
９においては２回目の培養において水素生成能が見られ
なくなり、乳酸菌培養上澄液を混合した実験１０、１１
においては２回目の培養において水素生成能が大幅に低
下し乳酸菌の影響が認められた。
た実験１〜３では、バッチ処理１回目、２回目共に水素
生成能が維持されていたが、乳酸菌を混合した実験４〜
９においては２回目の培養において水素生成能が見られ
なくなり、乳酸菌培養上澄液を混合した実験１０、１１
においては２回目の培養において水素生成能が大幅に低
下し乳酸菌の影響が認められた。
【００１５】
【表１】
【００１６】ところで、実験室と同じ条件で実地の原料
を処理することは現実的ではない。本発明においては、
有機性原料１を水素発酵に供するに当たって、前処理と
して比較的低温の５０〜９０℃において、好ましくは６
０〜８０℃の範囲において、原料１に加熱処理２を施す
ことにより水素生成を阻害する微生物、たとえば水素資
化性細菌や乳酸菌などを不活化させ、その影響を排除す
る。一方、芽胞性である水素生成菌は、胞子を形成する
ために熱耐性を有し、前記温度範囲の加熱処理で活性を
失うことはない。
を処理することは現実的ではない。本発明においては、
有機性原料１を水素発酵に供するに当たって、前処理と
して比較的低温の５０〜９０℃において、好ましくは６
０〜８０℃の範囲において、原料１に加熱処理２を施す
ことにより水素生成を阻害する微生物、たとえば水素資
化性細菌や乳酸菌などを不活化させ、その影響を排除す
る。一方、芽胞性である水素生成菌は、胞子を形成する
ために熱耐性を有し、前記温度範囲の加熱処理で活性を
失うことはない。
【００１７】前記の加熱処理を施された有機性原料３を
水素発酵槽４に供給し、水素生成菌の作用を利用して水
素発酵させ、水素と二酸化炭素とを主成分とするバイオ
ガス５を発生させる。加熱処理後の原料３を水素発酵槽
４に供給するので、槽内における水素生成菌の水素生成
能は失われることなく作用し連続して水素を生成させる
ことができる。原料１にバイオマス、有機性廃棄物、有
機性排水などの多様な再生可能有機性廃棄物を使用して
水素を製造することができる。発生させたバイオガス５
は、たとえば、送気ブロワにより膜分離法や吸着法など
水素分離装置に送入され、水素を分離する。分離した水
素は次工程に送り、必要によっては精製して、使用し又
は貯蔵する。
水素発酵槽４に供給し、水素生成菌の作用を利用して水
素発酵させ、水素と二酸化炭素とを主成分とするバイオ
ガス５を発生させる。加熱処理後の原料３を水素発酵槽
４に供給するので、槽内における水素生成菌の水素生成
能は失われることなく作用し連続して水素を生成させる
ことができる。原料１にバイオマス、有機性廃棄物、有
機性排水などの多様な再生可能有機性廃棄物を使用して
水素を製造することができる。発生させたバイオガス５
は、たとえば、送気ブロワにより膜分離法や吸着法など
水素分離装置に送入され、水素を分離する。分離した水
素は次工程に送り、必要によっては精製して、使用し又
は貯蔵する。
【００１８】バイオガスを発生させた後の水素発酵残さ
６は、好ましくは、メタン発酵槽７に送りてメタン８を
生成させる。メタン発酵によって、水素発酵残さ６中に
含まれる有機酸や残留有機成分を分解してメタン８を生
成させてメタンとして回収し、燃料や合成ガスに改質し
て利用する。残留有機成分量を低減した発酵残さ９は系
外に取り出される。
６は、好ましくは、メタン発酵槽７に送りてメタン８を
生成させる。メタン発酵によって、水素発酵残さ６中に
含まれる有機酸や残留有機成分を分解してメタン８を生
成させてメタンとして回収し、燃料や合成ガスに改質し
て利用する。残留有機成分量を低減した発酵残さ９は系
外に取り出される。
【００１９】
【発明の効果】本発明を利用し、原料に加熱処理を施し
た後に水素発酵を行うことにより、水素生成菌の水素生
成能が安定するので、連続的に水素を生成して利用でき
るようになる。本発明の加熱処理は、実行容易な条件で
施せるので、再生可能有機性資源を原料に水素を製造す
る技術の実用化に効果的である。そして、水素発酵の後
にメタン発酵を行うことで水素回収後の水素発酵残さか
らメタンを回収し、残さ中の有機成分が低減され、その
後の処理が容易になる。
た後に水素発酵を行うことにより、水素生成菌の水素生
成能が安定するので、連続的に水素を生成して利用でき
るようになる。本発明の加熱処理は、実行容易な条件で
施せるので、再生可能有機性資源を原料に水素を製造す
る技術の実用化に効果的である。そして、水素発酵の後
にメタン発酵を行うことで水素回収後の水素発酵残さか
らメタンを回収し、残さ中の有機成分が低減され、その
後の処理が容易になる。
【図１】本発明に係る微生物を用いた水素およびメタン
製造の構成を示すブロック図
製造の構成を示すブロック図
１：原料 ２：加熱
処理装置（工程） ３：原料（加熱処理済） ４：水素
発酵槽（工程） ５：バイオガス（水素・二酸化炭素等） ６：水素
発酵残さ ７：メタン発酵槽（工程） ８：メタ
ン・二酸化炭素等 ９：発酵残さ
処理装置（工程） ３：原料（加熱処理済） ４：水素
発酵槽（工程） ５：バイオガス（水素・二酸化炭素等） ６：水素
発酵残さ ７：メタン発酵槽（工程） ８：メタ
ン・二酸化炭素等 ９：発酵残さ
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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）
//(Ｃ１２Ｍ 1/00 Ｃ１２Ｒ 1:145
Ｃ１２Ｒ 1:145）
(Ｃ１２Ｐ 3/00
Ｃ１２Ｒ 1:145）
(72)発明者 平尾 知彦
兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号株式
会社タクマ内
(72)発明者 芹澤 佳代
兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号株式
会社タクマ内
(72)発明者 本荘 崇久
東京都港区海岸１丁目５番20号東京瓦斯株
式会社内
Ｆターム(参考） 4B029 AA02 BB02 CC01 CC02 DA05
DG04
4B064 AA03 AB03 CA02 CC21 CD22
CD24 DA11 DA16
4D059 AA03 AA07 BA11 BA12 BA21
BA34 BA48 CC03 EB06
Claims (3)
- 【請求項１】有機物を原料として５０〜９０℃の加熱処
理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵して水
素および二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発生さ
せることを特徴とする微生物を用いた水素製造方法。 - 【請求項２】有機物を原料として５０〜９０℃の加熱処
理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵して水
素および二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発生さ
せ、バイオガスを発生させた後に残る水素発酵残さをメ
タン発酵してメタンを生成させることを特徴とする水素
およびメタン製造方法。 - 【請求項３】原料となる有機物を５０〜９０℃に加熱処
理する加熱装置と、加熱処理された有機物を原料とし
て、水素生成菌により水素および二酸化炭素を主成分と
するバイオガスを発生させる水素発酵槽とを含んでなる
ことを特徴とする水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001340574A JP3857106B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 微生物を用いた水素及びメタンの製造方法ならびに装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001340574A JP3857106B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 微生物を用いた水素及びメタンの製造方法ならびに装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003135089A true JP2003135089A (ja) | 2003-05-13 |
| JP3857106B2 JP3857106B2 (ja) | 2006-12-13 |
Family
ID=19154753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001340574A Expired - Fee Related JP3857106B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 微生物を用いた水素及びメタンの製造方法ならびに装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3857106B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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