JP2009056408A - 二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を同時に且つ簡便に行うことが可能な二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置を提供する。
【解決手段】微細藻類１及びこの微細藻類１の培地となる不純物を含む原水２と、二酸化炭素を含む気体３とを収容する透明容器４を太陽光Ｓの照射下に設置し、太陽光Ｓの照射による微細藻類１の光合成で気体３の二酸化炭素を微細藻類１に固定させるとともに、太陽熱によって原水２を蒸発させ、この原水２の水蒸気Ｍを気体３とともに透明容器４から外部に導出して凝縮させることによって淡水Ｍ’を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を同時に行う二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置に関する。

砂漠地帯、発展途上国、離島、大量の淡水を必要とする工業地帯など、例えば河川や湖沼等の淡水源がないあるいは十分に確保できず、気候特性によって雨水に依存することもできず、慢性的または季節的に深刻な水不足が生じる地域が多々存在する。また、近年、このような水不足を生じる地域が拡大する傾向にあり、二酸化炭素などの温室効果ガスによる地球温暖化がその一つの要因であると推察されている。

そして、このような地域の一部では、大量に存在する海水を処理して淡水を造りだすことが行われており、この淡水製造方法として、化石燃料などを用いて海水を熱し蒸発させるとともに水蒸気を再び冷却して凝縮し、蒸留によって淡水を製造する方法や、圧力をかけて中空糸膜やスパイラル膜などの逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）に海水を通し、海水の塩分を濃縮しつつ淡水を漉し出す方法などが用いられている。

一方、地球規模で進行する温暖化を防止するために、大気中あるいは化石燃料を燃焼させた排ガスからの二酸化炭素の回収が必要とされている。そして、近年、光合成によって糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質を自ら作り出すことから食品産業、医薬品産業、飼料産業などでその有用性が注目されている微細藻類を利用し、この微細藻類の光合成によって二酸化炭素を固定することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。例えば、透明容器内に微細藻類を収容し、太陽光の照射下で透明容器に二酸化炭素を含む大気や排ガスを供給して、微細藻類の光合成によって二酸化炭素を固定することが提案されている。
特開平１０−３１４５４６号公報 特開平８−９９６３号公報 特表平１１−５０９４０２号公報

ところで、上記の蒸留による淡水製造方法においては、大量の淡水を造りだすことが可能であり、且つ海水の水質に影響されにくいという利点を有する反面、熱効率が悪く、大量のエネルギーを投入する必要がある。このため、淡水を製造する造水コストが高く、さらに化石燃料を用いた場合には、淡水を得るために大量の二酸化炭素が排出されるという問題があった。また、逆浸透膜を用いる方法においても、海水を逆浸透膜に高圧力で加圧する必要があるため、耐圧性に優れた逆浸透膜が必要になるとともに、その造水効率が低く、やはり造水コストが高いという問題があった。このため、二酸化炭素を排出させることなく、且つ造水コストを低減して、簡便に海水から淡水を製造できる手法が強く望まれていた。

また、特に、大量の二酸化炭素を排出するとともに大量の淡水を必要とする例えば発電所や工場、大量の二酸化炭素を排出し且つ淡水の水不足が生じている石油産出国の石油プラントなどにおいては、二酸化炭素の固定と淡水の造水がともに必要とされており、二酸化炭素の固定と淡水の造水を同時に行える手法が強く望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑み、太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を同時に且つ簡便に行うことが可能な二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法は、微細藻類及び該微細藻類の培地となる不純物を含む原水と、二酸化炭素を含む気体とを収容する透明容器を太陽光の照射下に設置し、前記太陽光の照射による前記微細藻類の光合成で前記気体の二酸化炭素を前記微細藻類に固定させるとともに、太陽熱によって前記原水を蒸発させ、該原水の水蒸気を前記気体とともに前記透明容器から外部に導出して凝縮させることによって淡水を製造することを特徴とする。

この発明においては、例えば海水や汽水、廃水、排水などの原水に微細藻類を混入して透明容器に収容し、さらに透明容器に例えば大気や排ガスなどの二酸化炭素を含む気体を収容した状態で、太陽光がこの透明容器を透過して内部の微細藻類に照射されることによって、気体から原水に溶け込んだ二酸化炭素を微細藻類の光合成の明反応で微細藻類に固定することができ、順次気体から原水に二酸化炭素が溶け込んで微細藻類に固定されてゆくことによって、気体から二酸化炭素を除去することが可能になる。

また、このように気体の二酸化炭素を微細藻類に固定すると同時に、透明容器内の原水が太陽熱で熱せられて蒸発し、この原水の水蒸気が気体中に拡散してゆく。このため、原水の水蒸気を気体とともに透明容器から外部に導出し、気体とともに水蒸気を冷却したり圧縮するなどして凝縮させることで淡水を得ることができる。

これにより、太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を簡便に且つ同時に行うことが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記二酸化炭素を固定した前記微細藻類を前記透明容器から藻培養槽に回収し、該藻培養槽で光合成の暗反応によって生成され、前記微細藻類の体外に放出された藻体外生産物質を回収することが望ましい。

この発明においては、太陽光の照射による光合成の明反応によって二酸化炭素を固定した微細藻類を透明容器から藻培養槽に回収し、例えば夜間に光合成の暗反応によって、二酸化炭素を糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質に変換させる。そして、光合成によって余剰に生成された一部の有用物質を微細藻類の体外に放出させ、この放出した有用物質（藻体外生産物質）を回収することが可能になる。これにより、二酸化炭素の固定と淡水の製造を行うとともに、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質を生産することも可能になる。

さらに、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記藻培養槽で前記藻体外生産物質を回収した後の前記微細藻類を前記透明容器に返送することがより望ましい。

この発明においては、藻体外生産物質を回収した後の微細藻類を藻培養槽から透明容器に返送することによって、微細藻類を再度二酸化炭素の固定に利用することができ、このように透明容器から藻培養槽、藻培養槽から透明容器に微細藻類を循環させることによって、効率的に二酸化炭素の固定や藻体外生産物質の回収を行うことが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、光合成によって増殖した余剰微細藻類を回収し、光合成の暗反応によって生成された前記余剰微細藻類の藻体内生産物質を回収することがさらに望ましい。

この発明においては、透明容器や藻培養槽で増殖した余剰微細藻類を回収し、光合成の暗反応によって生成され、この余剰微細藻類の体内に蓄積されている糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質（藻体内生産物質）を抽出し回収することで、二酸化炭素の固定と淡水の製造を行うとともに、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質を生産することが可能になる。

さらに、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記水蒸気を前記気体とともに前記透明容器から熱交換器に導出させ、該熱交換器で冷却して凝縮させることが望ましい。

この発明においては、太陽熱によって透明容器の内部で蒸発した原水の水蒸気を気体とともに熱交換器に導出させ、この熱交換器で冷却して凝縮させることによって、確実に淡水を製造することが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記原水及び前記気体をそれぞれ、前記透明容器の外部から連続的あるいは間欠的に前記透明容器内に供給することが望ましい。

この発明においては、太陽熱によって透明容器の内部で原水が蒸発することによって、例えば原水が海水や汽水の場合には塩分濃度が上昇するなど、不純物の濃度が上昇することになるが、原水を順次外部から透明容器内に供給することで不純物の濃度を微細藻類の生育に適した濃度に維持することが可能になる。一方、二酸化炭素を含む気体を順次外部から透明容器内に供給することにより、透明容器内に気体を流通させながら二酸化炭素を微細藻類に固定させることが可能になり、二酸化炭素が除去され且つ原水の水蒸気を含む気体を順次透明容器から外部に導出して淡水を製造することが可能になる。これにより、二酸化炭素の固定と淡水の製造を効率的に行うことが可能になる。

さらに、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記透明容器の外部から前記気体を前記透明容器内の前記原水中に供給することがより望ましい。

この発明においては、透明容器の外部から透明容器内に二酸化炭素を含む気体を供給する際に、例えば原水中に設置した散気装置などを通じて原水中に透明容器内に気体を供給することによって、透明容器内の原水を曝気しながら気体を供給することが可能になり、原水中に確実且つ効率的に二酸化炭素を溶け込ませることが可能になる。これにより、微細藻類による二酸化炭素の固定を効率的に行うことが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記透明容器内の前記気体を前記透明容器内の前記原水に吹き込む、あるいは前記透明容器内の前記原水を撹拌することがさらに望ましい。

この発明においては、例えば原水中に設置した散気装置を用いるなどして透明容器内の気体を透明容器内の原水に吹き込んだり、撹拌翼などを用いて透明容器内の原水を撹拌して、透明容器内の原水を透明容器内の気体で曝気することによって、気体中の二酸化炭素を原水中に確実且つ効率的に溶け込ませることが可能になる。これにより、微細藻類による二酸化炭素の固定を効率的に行うことが可能になる。

さらに、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記微細藻類の生育条件に合わせるように前記原水のｐHを調整することが望ましい。

この発明においては、使用する微細藻類の生育条件に合わせて原水のｐHを調整することで、好適に微細藻類を生育させて二酸化炭素の固定を行うことが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法においては、前記透明容器内の前記気体を収容している気相部を外部に対して負圧にすることがさらに望ましい。

この発明においては、透明容器内の気相部を例えば真空ポンプなどを用いて負圧にすることによって、太陽熱で加熱される原水温度が低い状態で原水を蒸発させることが可能になり、効率よく原水を蒸発させ、効率的に淡水を製造することが可能になる。また、このように原水温度が低い状態で原水を蒸発させることで、太陽熱による原水の温度上昇を抑えることが可能になり、微細藻類の生育可能な温度を超えて原水が加熱されることを防止し得る。これにより、微細藻類の選択の自由度を高めることが可能になる。

本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造装置は、微細藻類及び該微細藻類の培地となる不純物を含む原水と、二酸化炭素を含む気体とを収容する透明容器を備えており、該透明容器が太陽光の照射下に設置され、前記太陽光の照射による前記微細藻類の光合成で前記気体の二酸化炭素を前記微細藻類に固定し、太陽熱によって蒸発した前記原水の水蒸気を前記気体とともに前記透明容器から外部に導出して凝縮させることによって淡水を製造するように構成されていることを特徴とする。

この発明においては、例えば海水や汽水、廃水、排水などの原水に微細藻類を混入して透明容器に収容し、さらに透明容器に例えば大気や排ガスなどの二酸化炭素を含む気体を収容した状態で、太陽光がこの透明容器を透過して内部の微細藻類に照射されることによって、気体から原水に溶け込んだ二酸化炭素を微細藻類の光合成の明反応で微細藻類に固定することができ、順次気体から原水に二酸化炭素が溶け込んで微細藻類に固定されてゆくことによって、気体から二酸化炭素を除去することが可能になる。

また、このように気体の二酸化炭素を微細藻類に固定すると同時に、透明容器内の原水が太陽熱で熱せられて蒸発し、この原水の水蒸気が気体中に拡散してゆく。このため、原水の水蒸気を気体とともに透明容器から外部に導出し、この気体とともに水蒸気を冷却したり圧縮するなどして凝縮させることで淡水を得ることができる。

これにより、太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を簡便に且つ同時に行うことが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造装置においては、前記透明容器に繋がる藻培養槽を備えており、前記二酸化炭素を固定した前記微細藻類を前記透明容器から前記藻培養槽に回収し、該藻培養槽で光合成の暗反応によって生成されて前記微細藻類の体外に放出された藻体外生産物質を回収するように構成されていることが望ましい。

この発明においては、太陽光の照射による光合成の明反応によって二酸化炭素を固定した微細藻類を透明容器から藻培養槽に回収し、例えば夜間に光合成の暗反応によって、二酸化炭素を糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質に変換させる。そして、光合成によって余剰に生成された一部の有用物質を微細藻類の体外に放出させ、この放出した有用物質（藻体外生産物質）を回収することが可能になる。これにより、二酸化炭素の固定と淡水の製造を行うとともに、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質を生産することも可能になる。

さらに、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造装置においては、前記藻培養槽で前記藻体外生産物質を回収した後の前記微細藻類を前記透明容器に返送するように構成されていることがより望ましい。

この発明においては、藻体外生産物質を回収した後の微細藻類を藻培養槽から透明容器に返送することによって、微細藻類を再度二酸化炭素の固定に用いることができ、このように透明容器から藻培養槽、藻培養槽から透明容器に微細藻類を循環させることによって、効率的に二酸化炭素の固定や藻体外生産物質の回収を行うことが可能になる。

また、本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造装置においては、前記透明容器に繋がる熱交換器を備えており、該熱交換器によって前記気体とともに前記透明容器から導出した前記水蒸気を冷却して凝縮させることがさらに望ましい。

この発明においては、太陽熱によって透明容器の内部で蒸発した原水の水蒸気を気体とともに熱交換器に導出させ、この熱交換器で冷却して凝縮させることによって、確実に淡水を製造することが可能になる。

本発明の二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置によれば、太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を同時に行うことが可能になる。これにより、簡便に且つ効率的に二酸化炭素の固定と淡水の製造を行うことができ、二酸化炭素の固定及び淡水の製造を低コストで行うことが可能になる。また、微細藻類の光合成によって生成した有用物質を回収し利用することも可能になるため、さらなる経済性の向上を図り、有用性を高めることが可能になる。

以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置について説明する。本実施形態は、太陽光及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水の製造を同時に且つ簡便に行うことが可能な二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置に関するものである。ここで、本実施形態においては、不純物を含む原水を、塩分を含む海水とし、二酸化炭素を含む気体が例えば化石燃料を燃焼させて工場の煙突などから排出される二酸化炭素を含む排ガスであるものとして説明を行う。

本実施形態の二酸化炭素固定兼淡水製造装置Ａは、図１に示すように、微細藻類１及びこの微細藻類１の培地となる海水２と排ガス３とを収容する透明容器４と、透明容器４内の気相部４ａに繋がる熱交換器５と、透明容器４内の液相部４ｂに繋がる藻培養槽６と、藻培養槽６に繋がる回収装置７とを備えて構成されている。

透明容器４は、例えばガラスや樹脂などを用いて透明の矩形箱状に形成されており、この透明容器４の一側面４ｃには、上端側に排ガス３を内部（気相部４ａ）に供給するための気体流入口８が、下端側に海水２を内部（液相部４ｂ）に供給するための原水流入口９がそれぞれ設けられている。また、一側面４ｃと対向する他側面４ｄには、上端側に透明容器４の内部（気相部４ａ）から排ガス３を外部に排出（導出）するための気体流出口１０が、下端側に透明容器４の内部（液相部４ｂ）から微細藻類１を含む海水２を外部に排出するための原水流出口１１がそれぞれ設けられている。

熱交換器５は、第１配管１２を介して透明容器４の気体流出口１０に繋げられており、気体流出口１０及び第１配管１２を通じて透明容器４の気相部４ａから外部に導出して供給された排ガス３を冷却する。

藻培養槽６は、第２配管１３を介して透明容器４の原水流出口１１に繋げられており、原水流出口１１及び第２配管１３を通じて透明容器４の液相部４ｂから外部に排出して供給された微細藻類１を含む海水２を一時的に貯留する。また、藻培養槽６は、透明容器４の一側面４ｃの下端側に設けられた微細藻類返送口１４に第３配管１５を介して繋げられており、この第３配管１５及び微細藻類返送口１４を通じて、藻培養槽６内に貯留した微細藻類１を海水２とともに透明容器４の液相部４ｂに返送可能に設けられている。さらに、本実施形態では、透明容器４の原水流出口１１と藻培養槽６とを繋ぐ第２配管１３に、例えば弁などを介して第２配管１３を分岐するように第４配管１６が接続されており、透明容器４の液相部４ｂから外部に排出した微細藻類１を含む海水２を選択的に藻培養槽６ではなく第４配管１６を通じて外部に排出可能とされている。

回収装置７は、第５配管１７を介して藻培養槽６に接続されており、藻培養槽６に貯留した微細藻類１を含む海水２が第５配管１７を通じて供給されるとともに、例えばフィルターによって微細藻類１と海水２を分離可能に構成されている。

ここで、微細藻類１は、光合成によって二酸化炭素を取り込み、この二酸化炭素を糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質に変換して独立栄養を営む光合成微生物であり、本実施形態では、この微細藻類１として例えばガルディエラ、ドナリエラ、スピルリナなどが適用される。また、微細藻類１は、その種によって生育条件や光合成によって生成する有用物質が異なり、例えば、ガルディエラは、高温耐性で５０℃程度まで生育可能であり、高濃度の二酸化炭素、低ｐH環境でも生育可能である。ドナリエラは、高塩分耐性であり、体内に各種タンパク質やβカロチンを多く含んでいる。スピルリナは、３０〜４０℃が最適な生育温度とされ、高ｐH環境でも生育可能であり、体内に各種ビタミンやβカロチンを多く含んでいる。

このため、本発明に係る二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置Ａにおいては、原水２の水質、温度などを考慮して、単一あるいは複数種の微細藻類１を選択的に適用することになる。また、本実施形態においては、適用する微細藻類１のｐH耐性に適合するように、すなわち微細藻類１の生育条件を確保するために、必要に応じて海水（原水）２のｐHを調整する。

ついで、上記構成からなる本実施形態の二酸化炭素固定兼淡水製造装置Ａを用いて二酸化炭素を固定するとともに淡水を製造する方法について説明し、本実施形態の二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置Ａの作用及び効果について説明する。

はじめに、日中、太陽光Ｓが照射される場所（太陽光Ｓの照射下に位置する場所）に透明容器４を設置し、各配管１２、１３、１５、１６、１７を設置して、熱交換器５、藻培養槽６を透明容器４に、回収装置７を藻培養槽６に繋げて設置する。そして、必要に応じて海水２のｐHを調整するとともに例えば窒素、リンなどの栄養源を添加し、この海水２に微細藻類１を混入して透明容器４の内部（液相部４ｂ）に収容する。ついで、例えば工場の煙突などから排出された二酸化炭素を含む排ガス３を気体流入口８から透明容器４の内部（気相部４ａ）に供給する。

このように微細藻類１を含む海水２及び二酸化炭素を含む排ガス３をそれぞれ透明容器４に収容した状態で、透明容器４の外側から照射された太陽光Ｓがこの透明容器４を透過して内部に照射される。これにより、微細藻類１の光合成の明反応が生じ、気相部４ａの排ガス３から液相部４ｂの海水２に溶け込んだ二酸化炭素が微細藻類１に固定される。また、排ガス３中の二酸化炭素量と海水２中の二酸化炭素量（排ガス３の二酸化炭素濃度と海水２の二酸化炭素濃度）の平衡状態を保つように順次排ガス３から海水２に二酸化炭素が溶け込み、このように順次溶け込んだ二酸化炭素を微細藻類１で固定することによって、排ガス３から二酸化炭素が除去される。

一方、排ガス３の二酸化炭素を微細藻類１で固定すると同時に、透明容器４内の海水２が太陽熱で熱せられて蒸発し、この海水２の水蒸気Ｍが排ガス３中に拡散してゆく。

そして、排ガス３を透明容器４の一側面４ｃの気体流入口８から透明容器４の気相部４ａ（排ガス３を透明容器４の外部から透明容器４内）に連続的に供給することにより、排ガス３が、微細藻類１の光合成の明反応で順次二酸化炭素が除去されながら、且つ海水２の水蒸気Ｍを順次含みながら透明容器４内を流通し、二酸化炭素が除去されて多量の水蒸気Ｍを含んだ処理後の排ガス３’が透明容器４の他側面４ｄの気体流出口１０から連続的に外部に導出される。このように透明容器４から水蒸気Ｍとともに外部に導出した処理後の排ガス３’が、第１配管１２を通じて熱交換器５に供給され、この熱交換器５で処理後の排ガス３’とともに水蒸気Ｍを冷却して凝縮させることによって、淡水Ｍ’が連続的に製造される。なお、熱交換器５を通過した処理後の排ガス３’は、二酸化炭素が除去されているため、そのまま外部に放出される。

また、透明容器４内の海水２が太陽熱によって蒸発することで減量し塩分濃度（不純物濃度）が上昇することになるが、本実施形態では、原水流入口９から太陽熱による蒸発量相当の海水２を透明容器４内（海水２を透明容器４の外部から透明容器４内）に連続的に供給することによって、透明容器４内の海水量を所定量で維持し、海水２の塩分濃度の上昇を抑制するようにしている。

これにより、太陽光Ｓ及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を同時に行え、簡便に且つ効率的に二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を行える。

さらに、本実施形態においては、日中、上記のように二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を行い、夜間に、太陽光Ｓの照射による光合成の明反応によって二酸化炭素を固定した透明容器４内の微細藻類１を海水２とともに、第２配管１３を介して透明容器４の原水流出口１１から藻培養槽６に回収して貯留する。そして、この藻培養槽６で、微細藻類１の光合成の暗反応によって、二酸化炭素を糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質に変換させる。このとき、藻培養槽６で光合成によって余剰に生成された一部の有用物質（藻体外生産物質Ｐ１）が微細藻類１の体外に放出され、海水２中に放出される。

そして、このように微細藻類１から有用物質Ｐ１を放出させた後、藻培養槽６から回収装置７に、微細藻類１を含み、有用物質Ｐ１が溶解した海水２を送り、この回収装置７で有用物質Ｐ１が溶解した海水２と微細藻類１を分離する。これにより、海水２に溶解した状態で有用物質（藻体外生産物質Ｐ１）が回収され、溶解した有用物質Ｐ１を抽出する処理を別途行うことで、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質Ｐ１が生産される。

また、回収装置７で分離した微細藻類１は、再度一部の海水２が残された藻培養槽６に戻され、藻培養槽６から第３配管１５及び透明容器４の一側面４ｃに設けられた微細藻類返送口１４を通じて、濃縮した状態で海水２とともに透明容器４の液相部４ｂに返送される。返送した微細藻類１は、原水流入口９から透明容器４に新たな海水２を供給するとともに、日中、排ガス３の二酸化炭素の固定に再利用される。そして、このように透明容器４から藻培養槽６、藻培養槽６から透明容器４に微細藻類１を循環させることによって、効率的に二酸化炭素の固定や藻体外生産物質Ｐ１の回収が行われる。

一方、微細藻類１は、その光合成によって透明容器４や藻培養槽６内で増殖する。このため、本実施形態においては、微細藻類１の量が多くなりすぎた場合に、余剰微細藻類１’を海水２とともに第４配管１６を通じて外部に排出して回収する。回収した余剰微細藻類１’は、光合成の暗反応によって生成され、体内に蓄積されている糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質（藻体内生産物質Ｐ２）を抽出する処理が施される。このように余剰微細藻類１’の体内の有用物質Ｐ２を回収することで、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質Ｐ２が生産されることになる。

したがって、本実施形態の二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置Ａにおいては、海水２に微細藻類１を混入して透明容器４に収容し、さらに透明容器４に排ガス３を収容した状態で、この透明容器４を太陽光Ｓの照射下に設置することによって、排ガス３から海水２に溶け込んだ二酸化炭素を光合成の明反応で微細藻類１に固定することができ、排ガス３から二酸化炭素を除去することが可能になる。

また、このように排ガス３の二酸化炭素を微細藻類１に固定すると同時に、海水２が太陽熱で熱せられて蒸発し、この海水２の水蒸気Ｍを処理後の排ガス３’とともに透明容器４から外部に導出して熱交換器５で冷却し凝縮させることで淡水Ｍ’を得ることができる。このとき、熱交換器５を用いて水蒸気Ｍを冷却して凝縮させることによって、確実に淡水Ｍ’を製造することが可能になる。

これにより、太陽光Ｓ及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を簡便に且つ同時に行うことが可能になる。

また、太陽光Ｓの照射による光合成の明反応によって二酸化炭素を固定した微細藻類１を透明容器４から藻培養槽６に回収し、光合成によって余剰に生成された一部の有用物質Ｐ１を微細藻類１の体外に放出させ、この放出した有用物質（藻体外生産物質Ｐ１）を回収することが可能になる。これにより、二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を行うとともに、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質Ｐ１を生産することも可能になる。

さらに、藻体外生産物質（有用物質）Ｐ１を回収した後の微細藻類１を藻培養槽６から透明容器４に返送することによって、微細藻類１を再度二酸化炭素の固定に利用することができ、このように透明容器４から藻培養槽６、藻培養槽６から透明容器４に微細藻類１を循環させることによって、効率的に二酸化炭素の固定や藻体外生産物質Ｐ１の回収を行うことが可能になる。

また、透明容器４や藻培養槽６で増殖した余剰微細藻類１’を回収し、光合成の暗反応によって生成され、余剰微細藻類１’の体内に蓄積されている糖質、脂質、アミノ酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、色素などの種々の有用物質（藻体内生産物質Ｐ２）を抽出し回収することで、食品産業、医薬品産業、飼料産業など多くの産業で利用可能な有用物質Ｐ２を生産することが可能になる。

また、海水２を透明容器４の外部から連続的に透明容器４内に供給することによって、透明容器４内の海水２の塩分濃度（不純物濃度）が上昇することを抑制でき、確実に微細藻類１の生育に適した水質に維持することが可能になる。さらに、排ガス３を透明容器４の外部から連続的に透明容器４内に供給することによって、透明容器４内に排ガス３を流通させながら二酸化炭素を微細藻類１に固定させることが可能になり、二酸化炭素が除去され且つ海水２の水蒸気Ｍを含む処理後の排ガス３’を順次透明容器４から外部に導出して淡水Ｍ’を製造することが可能になる。これにより、二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を効率的に行うことが可能になる。

さらに、必要に応じて、使用する微細藻類１の生育条件に合わせ海水２のｐHを調整することで、好適に微細藻類１を生育させて二酸化炭素の固定を行うことが可能になる。

よって、本実施形態の二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置Ａによれば、太陽光Ｓ及び太陽熱の自然エネルギーを利用して二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を同時に行うことが可能になる。これにより、簡便に且つ効率的に二酸化炭素の固定と淡水Ｍ’の製造を行うことができ、二酸化炭素の固定及び淡水Ｍ’の製造を低コストで行うことが可能になる。また、微細藻類１の光合成によって生成した有用物質Ｐ１、Ｐ２を回収し利用することも可能になるため、さらなる経済性の向上を図り、有用性を高めることが可能になる。

以上、本発明に係る二酸化炭素固定兼淡水製造方法及び二酸化炭素固定兼淡水製造装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、不純物を含む原水が海水２であるものとし、二酸化炭素を含む気体が例えば化石燃料を燃焼させて工場の煙突などから排出される二酸化炭素を含む排ガス３であるものとして説明を行ったが、本発明に係る不純物を含む原水は、汽水や廃水、排水などを適用してもよく、例えば廃水（排水）を原水として適用した場合には、淡水（真水）Ｍ’を製造することによって廃水中の有害物質などの不純物を分離することが可能になるため、廃水の浄化処理を行うことも可能になる。また、本発明に係る二酸化炭素を含む気体は、大気であってもよく、二酸化炭素を含んでいれば特に限定を必要とするものではない。

また、本実施形態では、透明容器４がガラスや樹脂などを用いて透明の矩形箱状に形成されているものとしたが、透明容器４は、形状を限定する必要はなく、箱状に限らず例えば管状に形成されていてもよい。さらに、透明容器４は、その全体が透明である必要はなく、例えば太陽光Ｓが照射されこの太陽光Ｓを内部に導く部分のみ透明にして形成してもよく、このように透明容器４を形成した場合においても、本実施形態と同様に、太陽光Ｓの照射による微細藻類１の光合成によって二酸化炭素の固定及び淡水Ｍ’の製造を行うことが可能である。

また、本実施形態では、透明容器４の気体流入口８と原水流入口９から（透明容器４の外部から）排ガス３と海水２をそれぞれ、連続的に透明容器４内に供給するものとしたが、所定量の排ガス３と海水２を外部から透明容器４内に供給して収容した段階で排ガス３と海水２の供給を停止して二酸化炭素の固定を行い、確実に排ガス３の二酸化炭素が除去され、海水２の水蒸気Ｍが排ガス３に混入した段階で排ガス３と海水２の供給を再開し、二酸化炭素の固定及び淡水Ｍ’の製造を行うようにしてもよい。すなわち、排ガス３と海水２の外部からの供給をそれぞれ間欠的に行うようにしてもよく、この場合においても、本実施形態と同様に効率的に二酸化炭素の固定及び淡水Ｍ’の製造を行うことが可能である。

さらに、特にこのように間欠的に排ガス３を供給する場合には、透明容器４内の排ガス３を収容している気相部４ａを外部に対して負圧にしてもよい。すなわち、透明容器４に例えば真空ポンプなどの気体吸引手段を設け、所定量の排ガス３と海水２を透明容器４に供給して収容し、排ガス３と海水２の供給を停止した段階で、透明容器４内の気相部４ａを気体吸引手段によって負圧にする。そして、透明容器４内の気相部４ａを負圧にすることによって、太陽熱で加熱される海水温度が低い状態で海水２を蒸発させることが可能になり、効率よく海水２を蒸発させ、効率的に淡水Ｍ’を製造することが可能になる。また、このように海水温度が低い状態で海水２を蒸発させることで、太陽熱による海水２の温度上昇を抑えることが可能になり、微細藻類１の生育可能な温度を超えて海水２が加熱されることを防止し得る。これにより、微細藻類１の選択の自由度を高めることも可能になる。

また、本実施形態では、透明容器４の一側面４ａに設けた気体流入口８を通じて透明容器４の外部から透明容器４の気相部４ａに排ガス３を供給するものとしたが、例えば透明容器４の海水２中に散気装置を設け、この散気装置を通じて透明容器４内の海水２中に排ガス３を供給するようにしてもよい。この場合には、排ガス３を外部から供給するとともにこの排ガス３によって透明容器４内の海水２を曝気することが可能になり、海水２中に確実且つ効率的に排ガス３中の二酸化炭素を溶け込ませることが可能になる。これにより、微細藻類１による二酸化炭素の固定を効率的に行うことが可能になる。

さらに、例えば海水２中に設置した散気装置を用いるなどして透明容器４内の排ガス３を透明容器４内の海水２に吹き込んだり、撹拌翼などを用いて透明容器４内の海水２を撹拌して、透明容器４内の海水２を透明容器４内の排ガス３で曝気するようにしてもよく、この場合には、排ガス３中の二酸化炭素を海水２中に確実且つ効率的に溶け込ませることが可能になり、微細藻類１による二酸化炭素の固定を効率的に行うことが可能になる。また、撹拌翼などを用いて海水２を撹拌する場合には、海水２をその水面が大きく乱れて波立つように撹拌混合することによってより確実且つ効率的に二酸化炭素を海水２中に溶け込ませることが可能になる。

さらに、本実施形態では、海水２の水蒸気Ｍを含んだ処理後の排ガス３’を熱交換器５で冷却して凝縮させ、淡水Ｍ’を製造するものとして説明を行ったが、水蒸気Ｍを凝縮する手段として熱交換器５を適用することに限定する必要はなく、海水２の水蒸気Ｍを含んだ処理後の排ガス３’を圧縮して水蒸気Ｍを凝縮させ、淡水Ｍ’を製造するようにしてもよい。また、海水２の水蒸気Ｍを含んだ処理後の排ガス３’を冷却する場合においても、熱交換器５とは異なる他の冷却手段を用いるようにしてもよい。

また、気体３中の二酸化炭素濃度が非常に高濃度の場合には、供給する気体３の量を少なくすることも考えられる。そして、このような条件では透明容器４中の壁面に水蒸気Ｍの凝縮が起こることが予想される。その場合は透明容器４内で凝縮水（淡水Ｍ’）を回収する機構を設け、この凝縮水Ｍ’を回収するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る二酸化炭素固定兼淡水製造装置を示す図である。

符号の説明

１ 微細藻類
２ 海水（不純物を含む原水）
３ 排ガス（二酸化炭素を含む気体）
３’ 処理後の排ガス
４ 透明容器
４ａ 気相部
４ｂ 液相部
５ 熱交換器
６ 藻培養槽
７ 回収装置
８ 気体流入口
９ 原水流入口
１０ 気体流出口
１１ 原水流出口
１２ 第１配管
１３ 第２配管
１４ 微細藻類返送口
１５ 第３配管
１６ 第４配管
１７ 第５配管
Ａ 二酸化炭素固定兼淡水製造装置
Ｍ 水蒸気
Ｍ’ 淡水
Ｐ１ 有用物質（藻体外生産物質）
Ｐ２ 有用物質（藻体内生産物質）
Ｓ 太陽光

Claims (14)

1. 微細藻類及び該微細藻類の培地となる不純物を含む原水と、二酸化炭素を含む気体とを収容する透明容器を太陽光の照射下に設置し、
   前記太陽光の照射による前記微細藻類の光合成で前記気体の二酸化炭素を前記微細藻類に固定させるとともに、太陽熱によって前記原水を蒸発させ、該原水の水蒸気を前記気体とともに前記透明容器から外部に導出して凝縮させることによって淡水を製造することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
2. 請求項１記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記二酸化炭素を固定した前記微細藻類を前記透明容器から藻培養槽に回収し、該藻培養槽で光合成の暗反応によって生成され、前記微細藻類の体外に放出された藻体外生産物質を回収することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
3. 請求項２記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記藻培養槽で前記藻体外生産物質を回収した後の前記微細藻類を前記透明容器に返送することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   光合成によって増殖した余剰微細藻類を回収し、光合成の暗反応によって生成された前記余剰微細藻類の藻体内生産物質を回収することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記水蒸気を前記気体とともに前記透明容器から熱交換器に導出させ、該熱交換器で冷却して凝縮させることを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記原水及び前記気体をそれぞれ、前記透明容器の外部から連続的あるいは間欠的に前記透明容器内に供給することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
7. 請求項６記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記透明容器の外部から前記気体を前記透明容器内の前記原水中に供給することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記透明容器内の前記気体を前記透明容器内の前記原水に吹き込む、あるいは前記透明容器内の前記原水を撹拌することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
   前記微細藻類の生育条件に合わせるように前記原水のｐHを調整することを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造方法において、
    前記透明容器内の前記気体を収容している気相部を外部に対して負圧にすることを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造方法。
11. 微細藻類及び該微細藻類の培地となる不純物を含む原水と、二酸化炭素を含む気体とを収容する透明容器を備えており、
    該透明容器が太陽光の照射下に設置され、前記太陽光の照射による前記微細藻類の光合成で前記気体の二酸化炭素を前記微細藻類に固定し、太陽熱によって蒸発した前記原水の水蒸気を前記気体とともに前記透明容器から外部に導出して凝縮させることによって淡水を製造するように構成されていることを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造装置。
12. 請求項１１記載の二酸化炭素固定兼淡水製造装置において、
    前記透明容器に繋がる藻培養槽を備えており、
    前記二酸化炭素を固定した前記微細藻類を前記透明容器から前記藻培養槽に回収し、該藻培養槽で光合成の暗反応によって生成されて前記微細藻類の体外に放出された藻体外生産物質を回収するように構成されていることを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造装置。
13. 請求項１２記載の二酸化炭素固定兼淡水製造装置において、
    前記藻培養槽で前記藻体外生産物質を回収した後の前記微細藻類を前記透明容器に返送するように構成されていることを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造装置。
14. 請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の二酸化炭素固定兼淡水製造装置において、
    前記透明容器に繋がる熱交換器を備えており、
    該熱交換器によって前記気体とともに前記透明容器から導出した前記水蒸気を冷却して凝縮させることを特徴とする二酸化炭素固定兼淡水製造装置。
    
    
    

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