JP2010108778A - 微生物発電方法及び微生物発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価な手段で微生物発電装置の発電効率を向上させる。
【解決手段】槽体３０内に２枚の板状のカチオン交換膜３１，３１が互いに平行に配置されることにより、該カチオン交換膜３１，３１同士の間に負極室３２が形成され、該負極室３２とそれぞれ該カチオン交換膜３１を隔てて２個の正極室３３，３３が形成されている。正極室３３に酸素含有ガスを流通させ、負極室に負極溶液Ｌを供給し、好ましくは負極溶液を循環させる。正極室３３に供給される酸素含有ガスに酸性ガス（炭酸ガス）を導入する。酸性ガスによるｐＨ中和作用でＮａ^＋，Ｋ^＋イオンの移動を促進し、これにより、発電効率を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微生物の代謝反応を利用する発電方法及び装置に関する。本発明は特に、有機物を微生物に酸化分解させる際に得られる還元力を電気エネルギーとして取り出す微生物発電方法及びその装置に関する。

近年、地球環境に配慮した発電方法へのニーズが高まり、微生物発電の技術開発も進められている。微生物発電は、微生物が有機物を資化する際に得られる電気エネルギーを取り出すことにより発電する方法である。

一般的に、微生物発電では負極が配置された負極室内に、微生物、微生物に資化される有機物、及び電子伝達媒体（電子メディエータ）を共存させる。電子メディエータは微生物体内に入り、微生物が有機物を酸化して発生する電子を受け取って負極に渡す。負極は外部抵抗（負荷）を介して正極と電気的に導通しており、負極に渡された電子は外部抵抗（負荷）を介して正極に移動し、正極と接する電子受容体に渡される。このような電子の移動により正極と負極との間に電流が流れる。

微生物発電では、電子メディエータが微生物体から直接、電子を取り出すため、理論上のエネルギー変換効率は高い。しかし、実際のエネルギー変換効率は低く、発電効率の向上が求められている。そこで、発電効率を高めるため、電極の材料や構造、電子メディエータの種類、及び微生物種の選択等について様々な検討及び開発が行われている（例えば特許文献１、特許文献２）。

特許文献１には、正極室と負極室とを固体電解質よりなるアルカリイオン導電体で隔て、正極室内及び負極室内をリン酸緩衝液（バッファ）でｐＨ７とし、正極室内のリン酸緩衝液（カソード液）に空気を吹き込んで発電を行うことが記載されている。

特許文献２には、正極室と負極室とを区画する電解質膜に接するように、正極板として多孔質体を設置し、正極室に空気を流通させ、多孔質体の空隙中で空気と液とを接触させることが記載されている。（以下、このように正極室内に空気を流通させ、空気中の酸素を電子受容体として利用する正極を「エアーカソード」と称す場合がある。）

エアーカソードを用いる微生物発電装置であれば、カソード液が不要で、また、正極室に単に空気を流通させるのみで良く、カソード液中への曝気の必要がないといった利点がある。

従来、エアーカソードを用いた微生物発電装置における発電効率の向上を目的として、
１）負極のメディエーター（例えば特許文献３）
２）負極室のｐＨ調整
３）正極触媒の種類や触媒活性成分の担持方法
４）正極の形状
などについての検討がなされている。
特開２０００−１３３３２６号公報 特開２００４−３４２４１２号公報 特開２００６−３３１７０６号公報

従来の微生物発電装置では、発電効率が負極１ｍ^３あたり５０〜１５０Ｗ／ｍ^３と小さく、更なる発電効率の向上が望まれている。
本発明は、簡易かつ安価な手段で微生物発電装置の発電効率を向上させることができる微生物発電方法及び微生物発電装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の微生物発電方法は、負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接する正極を有する正極室とを備えた微生物発電装置の該正極室に酸素含有ガスを供給して発電を行う微生物発電方法において、該正極室に供給される酸素含有ガスに酸性ガスを導入することを特徴とする。

本発明（請求項２）の微生物発電方法は、請求項１において、該酸性ガスが炭酸ガスであることを特徴とする。

本発明（請求項３）の微生物発電方法は、請求項１又は２において、前記イオン透過性非導電性膜がカチオン透過膜であることを特徴とする。

本発明（請求項４）の微生物発電方法は、請求項２又は３において、前記酸素含有ガスが空気であり、空気に対して炭酸ガスを空気：炭酸ガス＝１００：０．１〜１００の流量比で導入することを特徴とする。

本発明（請求項５）の微生物発電方法は、請求項２又は３において、前記酸素含有ガスが純酸素であり、純酸素に対して炭酸ガスを純酸素：炭酸ガス＝１００：０．１〜４００の流量比で導入することを特徴とする。

本発明（請求項６）の微生物発電装置は、負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接する正極を有する正極室と、該正極室に酸素含有ガスを供給する手段とを備えた微生物発電装置において、該正極室に供給される酸素含有ガスに酸性ガスを導入する手段を設けたことを特徴とする。

本発明（請求項７）の微生物発電装置は、請求項６において、該イオン透過性非導電性膜が炭酸ガスであることを特徴とする。

本発明（請求項８）の微生物発電装置は、請求項６又は７において、前記イオン透過性非導電性膜がカチオン透過膜であることを特徴とする。

本発明（請求項９）の微生物発電装置は、請求項７又は８において、前記酸素含有ガスが空気であり、空気に対して炭酸ガスを空気：炭酸ガス＝１００：０．１〜１００の流量比で導入することを特徴とする。

本発明（請求項１０）の微生物発電装置は、請求項７又は８において、前記酸素含有ガスが純酸素であり、純酸素に対して炭酸ガスを純酸素：炭酸ガス＝１００：０．１〜４００の流量比で導入することを特徴とする。

本発明においては、正極室に供給する酸素含有ガスに酸性ガスを導入するという簡易かつ安価な手段で、この酸性ガスによるイオン透過性非導電性膜のｐＨ中和作用でＮａ^＋，Ｋ^＋イオンの移動を促進し、これにより、発電効率を向上させることができる。

本発明においては、酸性ガスとしては炭酸ガスを用いることが安価でありかつ安全性が高く、腐食の問題等もないことから好ましい（請求項２，７）。

また、イオン透過性非導電性膜としては特に制限はなく、いずれのイオン透過性非導電性膜に対しても酸素含有ガスに酸性ガスを導入することによる効果を得ることができるが、特にカチオン透過膜である場合に有効である（請求項３，８）。

酸素含有ガスへの酸性ガスの導入量は、酸素含有ガス及び酸性ガスの種類によって適宜決定されるが、酸素含有ガスとして空気を用い、酸性ガスとして炭酸ガスを用いる場合は、空気：炭酸ガス＝１００：０．１〜１００の流量とすることが好ましく（請求項４，９）、酸素含有ガスとして純酸素を用い、酸性ガスとして炭酸ガスを用いる場合は、純酸素：炭酸ガス＝１００：０．１〜４００の流量とすることが好ましい（請求項５，１０）。

以下、図面を参照して本発明の微生物発電方法及び微生物発電装置の実施の形態を詳細に説明する。

第２図は本発明の微生物発電方法及び装置の概略的な構成を示す模式的断面図である。

槽体１内がイオン透過性非導電性膜２によって正極室３と負極室４とに区画されている。正極室３内にあっては、イオン透過性非導電性膜２に接するように正極５が配置されている。

負極室４内には、導電性多孔質材料よりなる負極６が配置されている。この負極６は、イオン透過性非導電性膜２に直に、又は１〜２層程度の微生物の膜を介して接しており、イオン透過性非導電性膜２がカチオン透過膜であれば、負極６からイオン透過性非導電性膜２にプロトン（Ｈ^＋）が受け渡し可能となっている。

正極室３内は、空室であり、ガス流入口７から空気などの酸素含有ガスが導入され、ガス流出口８から排出配管２５を経て排ガスが流出する。この正極室３に酸素含有ガスを供給する配管２３には、酸性ガスの導入配管２４が接続されており、正極室３には、酸性ガスを含む酸素含有ガスが供給される。

正極室３と負極室４とを仕切るイオン透過性非導電性膜２としては、後述する通り、カチオン透過膜が好適であるが、その他のものであっても良い。

多孔質材料よりなる負極６に微生物が担持されている。負極室４には流入口４ａから負極溶液Ｌを導入し、流出口４ｂから廃液を排出させる。なお、負極室４内は嫌気性とされる。

負極室４内の負極溶液Ｌは循環往口９、循環配管１０、循環用ポンプ１１及び循環戻口１２を介して循環される。この循環配管１０には、負極室４から流出してきた液のｐＨを測定するｐＨ計１４が設けられると共に、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ添加用配管１３が接続され、負極溶液ＬのｐＨが７〜９となるように、必要に応じてアルカリが添加される。

正極室３内で生じた凝縮水は、図示しない凝縮水流出口から排水される。

正極５と負極６との間に生じた起電力により、端子２０，２２を介して外部抵抗２１に電流が流れる。

正極室３に酸性ガスを含む酸素含有ガスを通気すると共に、必要に応じポンプ１１を作動させて負極溶液Ｌを循環させることにより、負極室４内では、
（有機物）＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ^＋＋ｅ⁻
なる反応が進行する。この電子ｅ⁻が負極６、端子２２、外部抵抗２１、端子２０を経て正極５へ流れる。

上記反応で生じたプロトンＨ^＋は、イオン透過性非導電性膜５Ａのカチオン透過膜を通って正極５に移動する。正極５では、
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ
なる反応が進行する。この正極反応で生成したＨ_２Ｏは凝縮して凝縮水が生じる。この凝縮水には、イオン透過性非導電性膜２のカチオン透過膜を透過してきたＫ^＋，Ｎａ^＋などが溶け込み、これにより酸素含有ガスのみを通気する従来の微生物発電装置にあっては、凝縮水がｐＨ９．５〜１２．５程度の高アルカリ性となるが、本発明では酸性ガスを添加した酸素含有ガスを通気するため、酸性ガスによる中和作用でこの凝縮水のｐＨは７．５〜９程度となる。

即ち、イオン透過性非導電性膜２として例えばカチオン透過膜を用いた場合、負極６で生成した電子は端子２２、外部抵抗２１、端子２０を経て正極５へ流れる一方で、プロトンとともに負極６に導入される負極溶液Ｌ中のＮａ^＋，Ｋ^＋がイオン透過性非導電性膜２のカチオン透過膜を透過して正極室３に移動する。この場合、正極室３に通気する酸素含有ガスが酸性ガスを含むことによるｐＨ中和作用によって、Ｎａ^＋，Ｋ^＋の移動を促進していると推定され、これにより発電効率の向上が図れる。

負極室４では、微生物による水の分解反応によりＣＯ_２が生成することにより、ｐＨが低下しようとする。そこで、ｐＨ計１４の検出ｐＨが好ましくは７〜９となるようにアルカリが負極溶液Ｌに添加される。このアルカリは、負極室６に直接に添加されてもよいが、循環水に添加することにより、負極室６内の全域を部分的な偏りなしにｐＨ７〜９に保つことができる。

第１図は本発明の特に好ましい形態に係る微生物発電装置の概略的な断面図である。

略直方体形状の槽体３０内に２枚の板状のイオン透過性非導電性膜３１，３１が互いに平行に配置されることにより、該イオン透過性非導電性膜３１，３１同士の間に負極室３２が形成され、該負極室３２とそれぞれ該イオン透過性非導電性膜３１を隔てて２個の正極室３３，３３が形成されている。

負極室３２内には、各イオン透過性非導電性膜３１と直に、又は１層〜２層程度の生物膜を介して接するように、多孔質材料よりなる負極３４が配置されている。負極３４は、イオン透過性非導電性膜３１，３１に対し軽く（例えば０．１ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力で）押し付けられるのが好ましい。

正極室３３内には、イオン透過性非導電性膜３１と接して正極３５が配置されている。この正極３５は、パッキン３６に押圧されてイオン透過性非導電性膜３１に押し付けられている。正極３５とイオン透過性非導電性膜３１との密着性を高めるために、両者を溶着したり、接着剤で接着してもよい。

正極３５と槽体３０の側壁との間は、酸性ガスが添加された酸素含有ガスの流通スペースとなっている。

この正極３５及び負極３４は、端子３７，３９を介して外部抵抗３８に接続されている。

負極室３２には、流入口３２ａから負極溶液Ｌが導入され、流出口３２ｂから廃液が流出する。負極室３２内は嫌気性とされる。

負極室３２内の負極溶液は、循環往口４１、循環配管４２、循環ポンプ４３及び循環戻口４４を介して循環される。各正極室３３には、配管６１からの酸素含有ガスが配管６２からの酸性ガスと共にガス流入口５１から流入し、排ガスがガス流出口５２から配管６３を経て流出する。

負極溶液の循環配管４２に、ｐＨ計４７が設けられると共に、アルカリ添加用配管４５が接続されている。負極室３２から流出する負極溶液のｐＨをｐＨ計４７で検出し、このｐＨが好ましくは７〜９となるように水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリが添加される。

この第１図の微生物発電装置においても、正極室３３に酸性ガスを添加した酸素含有ガスを流通させ、負極室３２に負極溶液を流通させ、好ましくは負極溶液を循環させることにより、正極３５と負極３４との間に電位差が生じ、外部抵抗３８に電流が流れる。

次に、この微生物発電装置の微生物、負極溶液などのほか、酸素含有ガスや酸性ガス、イオン透過性非導電性膜、負極及び正極の好適な材料等について説明する。

負極溶液Ｌ中に含有させることで電気エネルギーを産生させる微生物は、電子供与体としての機能を有するものであれば特に制限されない。例えば、Saccharomyces、Hansenula、Candida、Micrococcus、Staphylococcus、Streptococcus、Leuconostoa、Lactobacillus、Corynebacterium、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Neisseria、Escherichia、Enterobacter、Serratia、Achromobacter、Alcaligenes、Flavobacterium、Acetobacter、Moraxella、Nitrosomonas、Nitorobacter、Thiobacillus、Gluconobacter、Pseudomonas、Xanthomonas、Vibrio、Comamonas及びProteus（Proteus vulgaris）の各属に属する細菌、糸状菌、酵母などを挙げることができる。このような微生物を含む汚泥として下水等の有機物含有水を処理する生物処理槽から得られる活性汚泥、下水の最初沈澱池からの流出水に含まれる微生物、嫌気性消化汚泥等を植種として負極室に供給し、微生物を負極に保持させることができる。発電効率を高くするためには、負極室内に保持される微生物量は高濃度であることが好ましく、例えば微生物濃度は１〜５０ｇ／Ｌであることが好ましい。

負極溶液Ｌとしては、微生物又は細胞を保持し、かつ発電に必要な組成を有する溶液が用いられる。例えば、呼吸系の発電を行う場合は、負極側の溶液としては、ブイヨン培地、Ｍ９培地、Ｌ培地、Malt Extract、ＭＹ培地、硝化菌選択培地などの呼吸系の代謝を行うのに必要なエネルギー源や栄養素などの組成を有する培地が利用できる。また、下水、有機性産業排水、生ごみ等の有機性廃棄物を用いることができる。

負極溶液Ｌ中には、微生物又は細胞からの電子の引き抜きをより容易とするために電子メディエーターを含有させてもよい。この電子メディエーターとしては、例えば、チオニン、ジメチルジスルホン化チオニン、ニューメチレンブルー、トルイジンブルー−Ｏ等のチオニン骨格を有する化合物、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン等の２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン骨格を有する化合物、ブリリアントクレジルブルー、ガロシアニン、レソルフィン、アリザリンブリリアントブルー、フェノチアジノン、フェナジンエソスルフェート、サフラニン−Ｏ、ジクロロフェノールインドフェノール、フェロセン、ベンゾキノン、フタロシアニン、あるいはベンジルビオローゲン及びこれらの誘導体などを挙げることができる。

さらに、微生物の発電機能を増大させるような材料、例えばビタミンＣのような抗酸化剤や、微生物中の特定の電子伝達系や物質伝達系のみを働かせる機能増大材料を溶解すると、さらに効率よく電力を得ることができるので好ましい。

負極溶液Ｌは、必要に応じ、リン酸バッファを含有していてもよい。

負極溶液Ｌは有機物を含むものである。この有機物としては、微生物によって分解されるものであれば特に制限はなく、例えば水溶性の有機物、水中に分散する有機物微粒子などが用いられる。負極溶液は、下水、食品工場排水などの有機性廃水であってもよい。負極溶液Ｌ中の有機物濃度は、発電効率を高くするために１００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度であることが好ましい。

正極室に流通させる酸素含有ガスとしては、空気が好適であるが、純酸素や、酸素を富化させた空気を用いることもできる。
この正極室からの排ガスは、必要に応じ脱酸素処理した後、負極室に通気し、負極溶液Ｌからの溶存酸素のパージに用いてもよい。

酸素含有ガスに添加する酸性ガスとしては、亜硫酸ガス、塩化水素ガス、硫化水素ガス等、水溶液になった場合、酸性を示すガスであれば良く、特に制限はないが、特に、炭酸ガスは、安価かつ安全であり、腐食の問題もなく、また、かつ地球温暖化防止に役立つため好ましい。酸性ガスは１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

酸素含有ガスへの酸性ガスの導入量は、酸素含有ガス及び酸性ガスの種類及び酸素含有ガスの通気量に依存するが、酸素含有ガスとしての空気に酸性ガスとして炭酸ガスを導入する場合は、概ね、流量比として通気ガス量の０．１〜１００％、好ましくは０．１％〜２０％、即ち、空気：炭酸ガス＝１００：０．１〜２０であることが好ましい。この範囲より炭酸ガスが多くても更なる発電活性向上効果はなく、不経済であり、また、この範囲よりも炭酸ガスが少ないと、炭酸ガスを導入することによる発電効率の向上効果が小さい。なお、この範囲内では炭酸ガスの導入量に比例して発電効率は向上するが、さらに増やすと、逆に発電効率は低下する。

また、酸素含有ガスとして純酸素を用い、酸性ガスとして炭酸ガスを導入する場合は、酸素ガスの４００程度まで炭酸ガスを導入することができ、例えば純酸素：炭酸ガス＝１００:０．１〜４００の流量とすることが好ましい。この範囲より炭酸ガスが多くても更なる発電活性向上効果はなく、不経済であり、また、この範囲よりも炭酸ガスが少ないと、炭酸ガスを導入することによる発電効率の向上効果が小さい。なお、この範囲内では炭酸ガスの導入量に比例して発電効率は向上するが、さらに増やすと、逆に発電効率は低下する。

酸素含有ガスの酸性ガスへの導入方法としては、予め酸素含有ガスと酸性ガスとを混合した混合ガスを正極室に供給しても良いし、また、正極室のガス流入口に酸素含有ガスと酸性ガスとを同時に流入させるようにしても良く、第１図，第２図に示すように、酸素含有ガスの供給配管に、酸性ガスの導入配管を接続して導入するようにしても良い。

イオン透過性非導電性膜としては、非導電性でイオン透過性のあるカチオン透過膜又はアニオン透過膜等のイオン透過膜であれば良く、各種イオン交換膜や逆浸透膜等を用いることができる。イオン交換膜としては、プロトン選択性の高いカチオン交換膜、又はアニオン交換膜を好適に使用でき、例えばカチオン交換膜としてはデュポン株式会社製ナフィオン（登録商標）、株式会社アストム製のカチオン交換膜であるＣＭＢ膜等が使用できる。また、アニオン交換膜としては、アストム製アニオン交換膜やトクヤマ製アニオン型電解質膜などが好適である。イオン透過性非導電性膜は、薄くて丈夫であることが好ましく、通常、その膜厚は３０〜３００μｍ、特に３０〜２００μｍ程度であることが好ましい。
イオン透過性非導電性膜としては特にカチオン交換膜を用いることが、本発明による酸性ガスの導入効果が有効に発揮され好ましい。

負極は、多くの微生物を保持できるよう、表面積が大きく空隙が多く形成され通水性を有する多孔体が好ましい。具体的には、少なくとも表面が粗とされた導電性物質のシートや導電性物質をフェルト状その他の多孔性シートにした多孔性導電体（例えばグラファイトフェルト、発泡チタン、発泡ステンレス等）が挙げられる。

このような多孔質の負極を直接に又は微生物層を介してイオン透過性非導電性膜に当接させた場合、電子メディエータを用いることなく、微生物反応で生じた電子が負極に渡るようになり、電子メディエータを不要とすることができる。

複数のシート状導電体を積層して負極としてもよい。この場合、同種の導電体シートを積層してもよく、異なる種類の導電体シート同士（例えばグラファイトフェルトと粗面を有するグラファイトシート）を積層してもよい。

負極は全体の厚さが３ｍｍ以上４０ｍｍ以下、特に５〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。積層シートによって負極を構成した場合、シート同士の合わせ面（積層面）に沿って液が流れるように、積層面を液の流入口と流出口とを結ぶ方向に配向させるのが好ましい。

本発明では、負極室を複数の分室に分割し、各分室を直列接続することで各分室でのｐＨ低下を抑制した上で負極室内の液のｐＨを調整するようにしてもよい。負極室を分割すれば、各分室での有機物分解量が小さくなる結果、炭酸ガスの生成量も小さくなるため、各分室でのｐＨ低下を少なくできる。

正極は、導電性基材と、該導電性基材に担持された酸素還元触媒とを有することが好ましい。

導電性基材としては、導電性が高く、耐食性が高く、厚みが薄くても十分な導電性と耐食性、更には導電性基材としての機械的強度を有するものであれば良く、特に制限はないが、グラファイトペーパー、グラファイトフェルト、グラファイトクロス、ステンレスメッシュ、チタンメッシュ等を用いることができ、これらのうち、特に耐久性と加工のしやすさ等の点から、グラファイトペーパー、グラファイトフェルト、グラファイトクロス等のグラファイト系基材が好ましく、とりわけグラファイトペーパーが好ましい。なお、これらのグラファイト系基材はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂によって疎水化されたものであっても良い。

正極の導電性基材の厚さは、厚過ぎると酸素の透過が悪くなり、薄過ぎると、基材に必要な強度等の要求特性を満たすことができないことから、２０〜３０００μｍ程度であることが好ましい。

酸素還元触媒としては、白金等の貴金属のほか、安価で且つ触媒活性が良好であるところから、二酸化マンガン等の金属酸化物が好適であり、その担持量は、０．０１〜２．０ｍｇ／ｃｍ^２程度とすることが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
説明の便宜上まず比較例を挙げる。

［比較例１］
７ｃｍ×２５ｃｍ×２ｃｍ（厚さ）の負極室に、厚さ１ｃｍのグラファイトフェルトを２枚重ねて充填して負極を形成した。この負極に対して、イオン透過性非導電性膜としてカチオン交換膜（デュポン株式会社製 商品名（登録商標）「ナフィオン１１５」）を介して正極室を形成した。正極室は７ｃｍ×２５ｃｍ×０．５ｃｍ（厚さ）であり、田中貴金属社製Ｐｔ触媒（Ｐｔ担持カーボンブラック，Ｐｔ含有量５０重量％）を、５重量％ナフィオン（登録商標）溶液（デュポン社製）に分散させた液を、ＰＴＦＥで撥水処理した厚さ１６０μｍのカーボンペーパー（東洋カーボン社製）に、Ｐｔ付着量が０．４ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗布し、５０℃で乾燥させて得られたものを正極として、上記カチオン交換膜と密着させた。
負極のグラファイトフェルトと正極のカーボンペーパーには、ステンレス線を導電性ペーストで接着して電気引出し線とし、２Ωの抵抗で接続した。

負極室には、ｐＨを７．５に維持し、酢酸１０００ｍｇ／Ｌと燐酸及びアンモニアを含む負極溶液を通液した。この負極溶液は予め、別水槽で３５℃に加温し、この水槽で加温した液を負極室へ１０ｍＬ／ｍｉｎで通液することにより、負極室の温度を３５℃に加温した。なお、負極溶液の通液に先立って、他の微生物発電装置の流出液を植菌として通液した。
正極室には、常温の空気を１．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通気した。
その結果、負極溶液の通液開始から３日後には発電量はほぼ一定となり、負極１ｍ^３あたりの発電量は１４０Ｗ（発電効率１４０Ｗ／ｍ^３）となった。

［実施例１］
比較例１において、正極室に供給する空気に、炭酸ガスボンベから炭酸ガスを１ｍＬ／ｍｉｎ（空気に対して０．１％）導入したこと以外は同様にして発電を行ったところ、炭酸ガス導入直後より発電効率は向上しはじめ、５分後には発電効率１８０Ｗ／ｍ^３となった。

［実施例２〜７］
実施例１において、炭酸ガスの流量を、表１に示すように変えた以外は同様にして発電を行い、このときの発電効率を調べ、結果を比較例１及び実施例１の結果と共に表１に示した。

［比較例２、実施例８〜１１］
空気の代わりに酸素含有ガスとして純酸素を用い、正極室への通気量を５０ｍＬ／ｍｉｎとし、この純酸素に対して炭酸ガスを表２に示す流量で導入したこと以外は実施例１と同様に発電を行い（ただし、比較例２では炭酸ガスを導入せず純酸素のみ）、このときの発電効率を調べ、結果を表２に示した。

［実施例１２〜１５］
炭酸ガスの代わりに酸性ガスとして亜硫酸ガス（ＳＯ_２）を用い、純酸素に対して亜硫酸ガスを表３に示す流量で導入したこと以外は実施例２と同様に発電を行い、このときの発電効率を調べ、結果を比較例２の結果と共に表３に示した。

以上の結果より、正極室に供給する酸素含有ガスに酸性ガスを導入することにより、発電効率を向上させることができることが分かる。

本発明の一実施形態に係る微生物発電装置の断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る微生物発電装置の断面模式図である。

符号の説明

１，３０ 槽体
２，３１ イオン透過性非導電性膜
３，３３ 正極室
４，３２ 負極室
５，３５ 正極
６，３４ 負極

Claims (10)

1. 負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、
   該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接する正極を有する正極室と
   を備えた微生物発電装置の該正極室に酸素含有ガスを供給して発電を行う微生物発電方法において、
   該正極室に供給される酸素含有ガスに酸性ガスを導入することを特徴とする微生物発電方法。
2. 請求項１において、該酸性ガスが炭酸ガスであることを特徴とする微生物発電方法。
3. 請求項１又は２において、前記イオン透過性非導電性膜がカチオン透過膜であることを特徴とする微生物発電方法。
4. 請求項２又は３において、前記酸素含有ガスが空気であり、空気に対して炭酸ガスを空気：炭酸ガス＝１００：０．１〜１００の流量比で導入することを特徴とする微生物発電方法。
5. 請求項２又は３において、前記酸素含有ガスが純酸素であり、純酸素に対して炭酸ガスを純酸素：炭酸ガス＝１００：０．１〜４００の流量比で導入することを特徴とする微生物発電方法。
6. 負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、
   該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接する正極を有する正極室と、
   該正極室に酸素含有ガスを供給する手段と
   を備えた微生物発電装置において、
   該正極室に供給される酸素含有ガスに酸性ガスを導入する手段を設けたことを特徴とする微生物発電装置。
7. 請求項６において、該酸性ガスが炭酸ガスであることを特徴とする微生物発電装置。
8. 請求項６又は７において、前記イオン透過性非導電性膜がカチオン透過膜であることを特徴とする微生物発電装置。
9. 請求項７又は８において、前記酸素含有ガスが空気であり、空気に対して炭酸ガスを空気：炭酸ガス＝１００：０．１〜１００の流量比で導入することを特徴とする微生物発電装置。
10. 請求項７又は８において、前記酸素含有ガスが純酸素であり、純酸素に対して炭酸ガスを純酸素：炭酸ガス＝１００：０．１〜４００の流量比で導入することを特徴とする微生物発電装置。

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