JP2013162762A - Apparatus for culturing photosynthetic microorganism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に二酸化炭素を取り込む光合成微生物を培養するための光合成微生物培養装置に関する。 The present invention relates to a photosynthetic microorganism culture apparatus for culturing photosynthetic microorganisms that absorb light energy and take in carbon dioxide during photosynthesis.
近年、光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に地球温暖化の元凶である二酸化炭素を取り込んで固定化する光合成微生物が注目されている。ここで、光合成微生物による二酸化炭素の吸収を活発化させるためには、光合成微生物を培養するための培養液に対して、二酸化炭素を効率的に溶解させることが求められる。このような要求に応える構成として、例えば以下の特許文献1には、培養液を収容し培養を行うための藻類ポンド(培養部)に対して、微細気泡エアレーションにより二酸化炭素を放出するエアレーション設備を設けることが記載されている。 In recent years, photosynthetic microorganisms that absorb light energy during photosynthesis and take in and fix carbon dioxide, the cause of global warming, have attracted attention. Here, in order to activate the absorption of carbon dioxide by the photosynthetic microorganism, it is required to efficiently dissolve the carbon dioxide in the culture solution for culturing the photosynthetic microorganism. As a configuration that meets such a requirement, for example, Patent Document 1 below includes an aeration facility that releases carbon dioxide by microbubble aeration for an algal pound (culture unit) for containing a culture solution and performing culture. It is described that it is provided.
上述のように、培養部にエアレーション設備を設ける場合、効率的に二酸化炭素を溶解させるためには、例えば、培養部全体に亘ってエアレーション設備を設けることが考えられる。しかし、このような場合、エアレーション設備を稼動するための稼動エネルギーが増大してしまう。 As described above, when an aeration facility is provided in the culture section, in order to efficiently dissolve carbon dioxide, for example, it is conceivable to provide an aeration facility over the entire culture section. However, in such a case, the operating energy for operating the aeration facility increases.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、少ない稼動エネルギーにより、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解できる光合成微生物培養装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a photosynthetic microorganism culturing apparatus capable of efficiently dissolving carbon dioxide in a culture solution with a small amount of operating energy.
本発明に係る光合成微生物培養装置は、光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に二酸化炭素を取り込む光合成微生物を、培養液中で培養する光合成微生物培養装置であって、培養液を収容し、当該培養液中で光合成微生物を培養する培養部と、培養液を収容する溶解槽を有し、当該溶解槽において、培養部における培養液の水圧よりも高い水圧下で、培養部からの培養液に対し二酸化炭素を溶解させ、当該二酸化炭素が溶解された培養液を培養部に供給する二酸化炭素溶解部と、を備える。 A photosynthetic microorganism culturing apparatus according to the present invention is a photosynthetic microorganism culturing apparatus for culturing in a culture solution a photosynthetic microorganism that absorbs light energy and takes in carbon dioxide during photosynthesis. A culture section for culturing photosynthetic microorganisms in the liquid, and a dissolution tank for storing the culture liquid. In the dissolution tank, the culture liquid from the culture section is subjected to a pressure higher than that of the culture liquid in the culture section. A carbon dioxide dissolving part for dissolving carbon dioxide and supplying a culture solution in which the carbon dioxide is dissolved to the culture part.
本発明に係る光合成微生物培養装置では、培養部とは別に二酸化炭素溶解部が設けられ、この二酸化炭素溶解部により、培養部における培養液の水圧よりも高い水圧下で、培養部からの培養液に対し二酸化炭素が溶解され、当該二酸化炭素が溶解された培養液が培養部に供給される。このため、培養部全体に亘ってエアレーション設備を設ける場合に比して、少ない稼動エネルギーにより、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解することが可能となる。 In the photosynthetic microorganism culturing apparatus according to the present invention, a carbon dioxide dissolving part is provided separately from the culture part, and this carbon dioxide dissolving part allows the culture solution from the culture part to be under a water pressure higher than the water pressure of the culture solution in the culture part. In contrast, carbon dioxide is dissolved, and the culture solution in which the carbon dioxide is dissolved is supplied to the culture section. For this reason, compared with the case where aeration equipment is provided over the entire culture unit, carbon dioxide can be efficiently dissolved in the culture solution with less operating energy.
ここで、溶解槽における水深は、培養部における水深よりも深いと、溶解槽における培養液と二酸化炭素との接触時間が、培養部における培養液と二酸化炭素との接触時間に比して長くなるため、培養液に対して二酸化炭素がより溶解しやすくなる。このため、本発明に係る光合成微生物培養装置では、培養部にエアレーション設備を設ける場合に比して、培養液に対して二酸化炭素を一層効率的に溶解できる。 Here, when the water depth in the dissolution tank is deeper than the water depth in the culture section, the contact time between the culture solution and carbon dioxide in the dissolution tank becomes longer than the contact time between the culture solution and carbon dioxide in the culture section. Therefore, carbon dioxide is more easily dissolved in the culture solution. For this reason, in the photosynthetic microorganism culturing apparatus according to the present invention, carbon dioxide can be more efficiently dissolved in the culture solution than when an aeration facility is provided in the culture section.
本発明によれば、稼動エネルギーを増大させることなく、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解できる光合成微生物培養装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the photosynthetic microorganism culture apparatus which can melt | dissolve a carbon dioxide efficiently with respect to a culture solution, without increasing operating energy.
以下、本発明の光合成微生物培養装置に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the photosynthetic microorganism culturing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent element, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第一実施形態]
図1は、本発明の光合成微生物培養装置に係る第一実施形態を示す概略平面構成図である。図1に示すように、光合成微生物培養装置1Aは、培養液C中で光合成微生物を培養し、光合成微生物の光合成により二酸化炭素を吸収して固定化するものである。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment according to the photosynthetic microorganism culturing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the photosynthetic microorganism culturing
光合成微生物培養装置1Aにおいて培養される光合成微生物は、光合成の際に、エネルギー源として光エネルギーを吸収すると共に、炭素源として二酸化炭素を取り込むものである。このような光合成微生物として、例えば、光合成微細藻類の他、ミドリムシや光合成細菌等が挙げられる。このうち、光合成微細藻類としては、例えば、ボツリオコッカス(Botryococcus)属のボツリオコッカス・ブラウニー(Botryococcusbraunii)や、シュードコリシスチス(Pseudochoricystis)属のシュードコリシスチス・エリプソイディア(Pseudochoricystisellipsoidea)等が挙げられる。これらの光合成微細藻類は、光合成を行うことで石油類似の炭化水素(油脂)などの有益物を生成する。
The photosynthetic microorganisms cultured in the photosynthetic
このような光合成微生物を培養する光合成微生物培養装置1Aは、培養槽(培養部)2A、水車3及び二酸化炭素溶解装置(二酸化炭素溶解部)4を備えている。
A photosynthetic microorganism culturing
培養槽2Aは、光合成微生物を培養するための培養液Cを収容し、当該培養液C中で光合成微生物を培養する槽である。この培養槽2Aは、ここでは、レースウェイタイプとされており、長円形状の循環水路をなしている。培養槽2Aは、屋外に設置される場合には、太陽から太陽光が照射され、室内に設置される場合には、室内や槽内に設けられた光源から光が照射される。培養槽2Aにおける水深は、槽の底部まで十分光が届くように、例えば50cm以下程度と浅くされており、これにより、光合成微生物が良好に光合成を行えるようになっている。
The
水車3は、培養槽2A内において培養液Cの滞留を防止して光合成微生物を好適に培養すべく、培養槽2A内に培養液Cの流れを形成するものであり、培養槽2Aを構成する循環水路の途中に設けられている。この水車3は、培養液Cを一方から他方に送り出すことで、培養槽2A中の培養液Cの流れを形成する。なお、流れ形成手段としての水車3に代えて、水中ポンプ等を用いてもよい。
The water turbine 3 forms a flow of the culture solution C in the
二酸化炭素溶解装置4は、培養液Cに対し二酸化炭素を溶解させるものであり、培養槽2Aとは別に設けられている。図2は、図1中の二酸化炭素溶解装置を示す概略断面図である。図2に示すように、二酸化炭素溶解装置4は、二酸化炭素溶解槽41、培養液導入管42、培養液返送管43、ガス導入管44、ガス供給部45、多孔質散気装置46及びガス排出管47を有している。
The carbon dioxide dissolution apparatus 4 is for dissolving carbon dioxide in the culture solution C, and is provided separately from the
二酸化炭素溶解槽41は、培養液Cを収容するための槽であり、ここでは中空球形状を呈している。この二酸化炭素溶解槽41における水深dは、培養槽2Aにおける水深よりも深くなるように設定されており、ここでは100〜300cm程度とされている。
The carbon
培養液導入管42は、培養液Cを培養槽2Aから二酸化炭素溶解槽41に導入するための配管であり、培養槽2Aと二酸化炭素溶解槽41とを連通している(図1参照)。培養液導入管42は、ここでは二酸化炭素溶解槽41の側部に接続されている。培養液導入管42には、培養液Cの導入量を調節するための導入量調節弁42aが設けられている。また、培養液導入管42には、培養液Cの導入を行う際の動力源となるポンプPが設けられている。
The culture
培養液返送管43は、培養液Cを二酸化炭素溶解槽41から培養槽2Aに返送するための配管であり、培養槽2Aと二酸化炭素溶解槽41とを連通している(図1参照)。培養液返送管43は、ここでは二酸化炭素溶解槽41の側部であって培養液導入管42よりも下方に接続されている。培養液返送管43には、培養液Cの返送量を調節するための返送量調節弁43aが設けられている。培養液Cの返送は、上述のポンプPの動力により培養液Cの導入と共に行われる。
The culture
ガス導入管44は、二酸化炭素溶解槽41に二酸化炭素を導入するための配管であり、二酸化炭素溶解槽41と、高濃度高圧力の二酸化炭素の供給が可能なガス供給部45とを接続している。ガス導入管44は、ここでは二酸化炭素溶解槽41の下端部に接続され、二酸化炭素溶解槽41内に進入している。
The
多孔質散気装置46は、培養液Cに対し二酸化炭素を溶解させるための装置であり、溶解槽41の内部に設置されている。この多孔質散気装置46は、多孔質散気板46a、下部フランジ46b、上部フランジ46c及びOリング46dを有している。
The
多孔質散気板46aは、ガス導入管44から導入された二酸化炭素を微細な気泡にするためのものであり、ここでは略円板状を呈している。この多孔質散気板46aは、例えば多孔質のセラミック材、焼結合金、高分子化合物等により形成することが可能である。多孔質散気板46aの孔径は、例えば1〜500μm程度とされており、小さいほど培養液Cに対し二酸化炭素を良好に溶解させることができる。
The
下部フランジ46bは略円板状を呈しており、その略中央部に上述のガス導入管44が貫通され挿入されている。上部フランジ46cは、略円筒状を呈しており、その上端部に内側に突出する鍔部46eが設けられている。そして、多孔質散気板46aを上部フランジ46cの内部に挿入して鍔部46eと下部フランジ46bとにより上下方向から挟み、多孔質散気板46aと下部フランジ46bとの間にOリング46dを介した状態で、例えばボルト締結等により下部フランジ46bと上部フランジ46cとを連結することにより、多孔質散気板46aが固定されている。これにより、多孔質散気板46aと下部フランジ46bとの間に、ガス導入管44からの二酸化炭素が進入する空間が設けられる。
The
ガス排出管47は、二酸化炭素溶解槽41の内部の気体を外部に排出するための配管であり、二酸化炭素溶解槽41の内部と外部とを連通している。このガス排出管47は、ここでは二酸化炭素溶解槽41の上端部に接続されている。ガス排出管47には、気体の排出量を調節するためのガス排出量調整弁47aが設けられている。
The
次に、光合成微生物培養装置1Aの動作について説明する。
Next, the operation of the photosynthetic
光合成微生物培養装置1Aでは、培養槽2Aにおいて、培養液C中の光合成微生物に対して光が照射され、光合成微生物により光合成が行われる。また、水車3により、培養槽2A内に培養液Cの循環流が形成される。
In the photosynthetic
二酸化炭素溶解装置4においては、ポンプPにより、培養液導入管42を介して培養槽2Aから二酸化炭素溶解槽41に培養液Cが導入される。また、ガス導入管44を介してガス供給部45から二酸化炭素が供給され、多孔質散気板46aと下部フランジ46bとの間の空間に進入した二酸化炭素が、多孔質散気板46aを通過して培養液C中を上昇する。多孔質散気板46aを通過する際、二酸化炭素は微細な気泡となり、その一部は培養液C中を上昇する途中で培養液C中に溶解され、溶解されない残りは二酸化炭素溶解槽41の上部に溜まる。二酸化炭素溶解槽41の上部に溜まった二酸化炭素は、ガス排出管47を介して二酸化炭素溶解槽41の外部に排出される。そして、二酸化炭素が溶解された培養液Cは、培養液返送管43を介して二酸化炭素溶解槽41から培養槽2Aに供給される。このように、培養槽2Aと二酸化炭素溶解装置4との間で、培養液Cが循環される。
In the carbon dioxide dissolution apparatus 4, the culture medium C is introduced from the culture tank 2 </ b> A to the carbon
ここで、二酸化炭素溶解槽41においては、導入量調節弁42a、返送量調節弁43a及びガス排出量調整弁47aを調節することにより、培養液Cの水圧が培養槽2Aにおける培養液Cの水圧よりも高く設定され、例えば0.2〜5MPa程度に設定される。一般的に、培養液Cの水圧が高いほど二酸化炭素は培養液Cに溶解しやすいため、二酸化炭素溶解槽41では、少ない稼動エネルギーにより、培養液Cに対し二酸化炭素が良好に溶解される。
Here, in the carbon
以上、本実施形態に係る光合成微生物培養装置1Aでは、培養槽2Aとは別に二酸化炭素溶解装置4が設けられ、この二酸化炭素溶解装置4により、培養槽2Aにおける培養液Cの水圧よりも高い水圧下で、培養槽2Aからの培養液Cに対し二酸化炭素が溶解され、当該二酸化炭素が溶解された培養液Cが培養槽2Aに供給される。このため、例えば培養槽2A全体に亘ってエアレーション設備を設ける場合に比して、少ない稼動エネルギーにより、培養液Cに対して二酸化炭素を効率的に溶解することが可能となる。
As described above, in the photosynthetic
また、光合成微生物培養装置1Aでは、二酸化炭素溶解槽41における水深は、培養槽2Aにおける水深よりも深いため、二酸化炭素溶解槽41における培養液Cと二酸化炭素との接触時間が、培養槽2Aにおける培養液Cと二酸化炭素との接触時間に比して長くなる。このため、培養液Cに対して二酸化炭素がより溶解しやすくなり、培養槽2Aにエアレーション設備を設ける場合に比して、培養液Cに対して二酸化炭素を一層効率的に溶解できる。
In the photosynthetic
ここで、例えば培養槽2Aにエアレーション設備を直接設ける場合、培養液Cは大気下にあるため、培養液Cに対し二酸化炭素が溶解せずに、培養液C中に気泡が発生し、この気泡により光合成微生物が損傷されるおそれがある。これに対し、光合成微生物培養装置1Aでは、培養槽2Aとは別に設けられた二酸化炭素溶解装置4において、培養液Cに対し二酸化炭素が良好に溶解され、二酸化炭素が溶解された状態の培養液Cが培養槽2Aに供給されるため、光合成微生物の損傷を抑制できる。なお、二酸化炭素溶解装置4から培養槽2Aに供給される培養液Cの量に比して、培養槽2A中に存在する培養液Cの量の方が多いため、二酸化炭素が溶解された状態の培養液Cが大気下の培養槽2Aに供給されたとしても、気泡に戻る二酸化炭素の量は少なく、光合成微生物の損傷を抑制できる。また、培養槽2A中の培養液CのpHが高い場合には、気泡に戻る二酸化炭素の量はさらに低減される。
Here, for example, when the aeration equipment is directly provided in the
また、光合成微生物培養装置1Aでは、二酸化炭素溶解槽41は培養槽2Aよりも水深が深いため、例えば培養槽2Aに多孔質散気装置46を設ける場合に比して、多孔質散気装置46を容易に設置できる。
Further, in the photosynthetic
また、光合成微生物培養装置1Aでは、上述のように、培養液Cに対して二酸化炭素を効率的に溶解できるため、光合成微生物を良好に培養でき、光合成微生物として油脂を生成する光合成微細藻類を培養する場合には、油脂の生成効率を向上することが可能となる。
In the photosynthetic
[第二実施形態]
図3は、本発明の光合成微生物培養装置に係る第二実施形態を示す概略平面構成図である。図3に示すように、第二実施形態に係る光合成微生物培養装置1Bが、第一実施形態に係る光合成微生物培養装置1A(図1参照)と異なる点は、レースウェイタイプの培養槽2Aに代えて、オープンポンドタイプの培養槽2Bを用いた点である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic plan view showing a second embodiment according to the photosynthetic microorganism culturing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 3, the photosynthetic
具体的には、培養槽2Bは円形状の槽であり、その中心部から径方向外側に向けて、培養槽2B内に培養液Cの流れを形成する羽根5が延在している。羽根5は、培養槽2Bの中心部に回転可能に固定されており、培養槽2B内を回転移動することにより、培養槽2B内に培養液Cの流れを形成する。
Specifically, the
このような光合成微生物培養装置1Bが第一実施形態に係る光合成微生物培養装置1Aと同様な作用・効果を奏することは、言うまでもない。
It goes without saying that such a photosynthetic
以上、本発明の光合成微生物培養装置に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、二酸化炭素溶解槽41の内部には、多孔質散気装置46が設置されているが、これに代えて、例えば、チューブタイプのエアレーション等が設置されてもよく、要は、培養液C中に二酸化炭素の微細な気泡を発生できるものであればよい。
As mentioned above, although embodiment which concerns on the photosynthetic microorganism culture apparatus of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、培養部として、槽である溶解槽2A,2Bが用いられているが、これに代えて、池である培養池が用いられてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
1A,1B…光合成微生物培養装置、2A,2B…培養槽(培養部)、4…二酸化炭素溶解装置(二酸化炭素溶解部)、41…二酸化炭素溶解槽(溶解槽)。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記培養液を収容し、当該培養液中で前記光合成微生物を培養する培養部と、
前記培養液を収容する溶解槽を有し、当該溶解槽において、前記培養部における前記培養液の水圧よりも高い水圧下で、前記培養部からの前記培養液に対し二酸化炭素を溶解させ、当該二酸化炭素が溶解された培養液を前記培養部に供給する二酸化炭素溶解部と、
を備える光合成微生物培養装置。 A photosynthetic microorganism culturing apparatus for culturing a photosynthetic microorganism that absorbs light energy and takes in carbon dioxide during photosynthesis in a culture solution,
A culture unit for containing the culture solution and culturing the photosynthetic microorganism in the culture solution;
A dissolution tank containing the culture solution, and in the dissolution tank, carbon dioxide is dissolved in the culture solution from the culture unit under a water pressure higher than the water pressure of the culture solution in the culture unit; A carbon dioxide dissolving part for supplying a culture solution in which carbon dioxide is dissolved to the culture part;
A photosynthetic microorganism culture apparatus comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019198238A1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-10-17 | 学校法人 創価大学 | Microalga culture method |
JP2020065992A (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 臼井国際産業株式会社 | Gas dissolution device and algae culturing device |
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2012
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