JP2016054048A - 微生物燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる微生物燃料電池を提供する。【解決手段】本発明の微生物燃料電池は、電流発生菌及び有機物を含む微生物含有層と、微生物含有層に接触して配置され、電流発生菌による有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、酸素を含む外部環境に対して、外部環境の酸素が接触するように配置され、酸素に電子を供与する正極と、上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備える。【選択図】図１

Description

微生物の代謝を利用した微生物燃料電池に関する。

従来、建築物の屋上や壁面に植物を定着する都市緑化が行われている。都市緑化においては、建築物に土壌層を配置した上で植物を根付かせる方法や、土壌層を用いずに人工的に植物を固定化する方法などがとられている。

都市緑化のメリットとしては、例えば下記が挙げられる。一つは植物（および土壌層）による保水、蒸散の過程において、気化熱によって建築物を冷まし建築物内の温度上昇を抑え、結果的に省エネ効果を得ることができる。これにより都市全体としてはヒートアイランド現象を抑制する効果がある。

また、植物によって建築物の紫外線や風雨に曝されることによる劣化を低減し、建築物の寿命を延ばす効果がある。さらに、植物による光合成の過程で二酸化炭素が固定されるため、空気浄化や地球温暖化防止につながる効果がある。加えて、植物によって建築物および都市の景観を向上することが可能になる。

ここで建築物に関して同様にエコロジー効果がある技術として、太陽光発電などの自然エネルギー利用発電が知られている。

一方で、土や泥中の微生物の働きによって発電する微生物燃料電池が知られている。微生物燃料電池が開示された文献としては、例えば特開２００７−３２４００５号公報（特許文献１）や、特開２０１３−８４５４１号公報（特許文献２）が挙げられる。特許文献１では光合成細菌によるバイオ燃料電池が開示されている。特許文献２では嫌気性微生物による微生物燃料電池が開示されている。

特開２００７−３２４００５号公報 特開２０１３−８４５４１号公報

本発明者らは、緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる発電システムを提供することを検討した。発電システムとしては、クリーンであるという点で優れていることから、上記したような太陽光発電システムや、微生物燃料電池を用いることを検討した。

しかしながら、太陽光発電システムや特許文献１に記載されている微生物燃料電池の場合、発電するために光が必要であり、同じく光が必要な緑化面を有効に利用することは難しかった。また、上記特許文献２に記載されている微生物燃料電池は、ヘドロに電池筒を埋設して使用するものであり、緑化面を構成することは難しく、緑化構造物として使用することができなかった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる微生物燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の微生物燃料電池は、電流発生菌及び有機物を含む微生物含有層と、微生物含有層に接触して配置され、電流発生菌による有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、酸素に電子を供与する正極と、上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備えたものである。

本発明の一実施形態において、上記正極は上記緑化基材層としても機能する。
本発明の一実施形態において、上記緑化基材層は着脱可能に設けられている。

本発明の一実施形態において、上記正極と上記負極と間に配置されたイオン伝導膜を備える。

本発明において、上記微生物含有層は、好ましくは土を含む。
本発明の一実施形態において、上記植物は苔類の植物である。

本発明によると、緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる微生物燃料電池を提供することができる。

第１の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。 第２の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。 第４の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。 第５の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。 微生物燃料電池を用いた第６の実施形態のシステムを模式的に示す断面図である。 第７の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。 第８の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。

本発明の微生物燃料電池は、電流発生菌及び有機物を含む微生物含有層と、当該微生物含有層に接触して配置され、当該電流発生菌による有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、当該酸素に電子を供与する正極と、上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備える構成である。以下、実施形態を例示して、本発明の微生物燃料電池についてより具体的に説明する。以下で詳述する各実施形態の微生物燃料電池においては、微生物含有層として負極側土層が設けられている。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図１に示す微生物燃料電池１１は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に負極部２０と正極部３０とが設けられている。正極部３０内の正極側土層３２は、上方の外部環境に植物６１を生育可能な緑化基材層としても機能する。負極部２０と正極部３０とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。

（負極部）
負極部２０は、負極側土層２２とこれに接するように設けられた負極２１とを備える。図１において、負極２１は、負極側土層２２の上方に設けられ、下方部が負極側土層２２と接するように設けられているが、このような配置に限定されることはなく、負極側土層２２と接する配置であれば、負極側土層２２の内部に設けられても、負極側土層２２の下方に設けられてもよい。

負極側土層２２は、電流発生菌及び当該電流発生菌が代謝可能な有機物を含む土であって、必要に応じて各種の栄養剤を含んでいてもよい。負極側土層２２は、例えば腐葉土である。負極側土層２２の水の含有量は特に限定されることはなく、水の含有量が多い泥状態であってもよい。また、負極側土層２２は必ずしも土であることに限定されず、電流発生菌及び当該電流発生菌が代謝可能な有機物を含む水溶液や、それを含む絶縁材料（例えばロックウール、脱脂綿など）であっても構わない。負極側土層２２においては、電流発生菌が有機物を分解する次の反応（反応Ｒ１）が生じて電子が放出され、負極側土層２２に接する負極２１によって、負極配線２３を介して放出された電子が外部に取り出される。

有機物＋２Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ^＋＋ｅ⁻ （反応Ｒ１）
電流発生菌とは、糖や酢酸などの有機物を分解して電子を放出する菌であり、例えばShewanella菌が挙げられる。本実施形態において、負極２１の近傍では酸素濃度が低いことが好ましく、それゆえ負極側土層２２は正極部３０の下方に配置し、酸素が供給されにくい状態としているため、電流発生菌は嫌気性菌であることが好ましい。

負極２１は、耐腐食性の高いカーボン材料で形成されていることが好ましく、例えばカーボンフェルト、金属基材にカーボンコーティングした材料を用いることができる。金属基材としては、ＳＵＳからなり、表面積が大きなメッシュ状のものを用いることが好ましい。カーボンコーティング方法としては、溶融塩による炭素めっき、不織布吹き付け、炭素含有塗装、スパッタリング等が挙げられる。

負極配線２３は、耐腐食性の高いＳＵＳ等からなるものが好ましく、さらに絶縁樹脂等で被覆されているものであってもよい。

（正極部）
正極部３０は、正極側土層３２とこれに接するように設けられた正極３１とを備える。図１において、正極３１は、正極側土層３２の上方に設けられ、下方部が正極側土層３２と接するように設けられているが、このような配置に限定されることはなく、正極側土層３２と接し、負極２１と通電することなく、かつ正極側土層３２が緑化基材層として機能することを妨げない配置であれば、正極側土層３２の内部に設けられても、正極側土層３２の下方に設けられてもよいが、正極３１は酸素濃度の高い場所への配置が好ましいことから、正極側土層３２の上方、つまり開口部側に設けられることが好ましい。

本実施形態において正極側土層３２は、緑化基材層６２としても機能するため、植物６１を生育可能な緑化基材からなる。正極側土層３２は、植物６１に供給される酸素および水を取り込むことができる。ここで用いられる緑化基材は、例えば土や泥炭等からなり、必要に応じて各種の肥料を含んでいてもよい。また、正極側土層３２は必ずしも土であることに限定されず、酸素や植物６１の養分を含む水溶液や、それを含む絶縁材料（例えばロックウール、脱脂綿など）であっても構わない。正極側土層３２においては、正極側土層３２に接する正極３１から酸素に電子が供与され、酸素の還元反応である次の反応（反応Ｒ２）が生じる。負極側土層２２における反応Ｒ１で生じる水素イオン（Ｈ^＋）が正極側土層３２に移動して、反応Ｒ２における水素イオン（Ｈ^＋）として利用される。

Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ → ２Ｈ_２Ｏ （反応Ｒ２）
正極３１は、酸素還元能力を有す材料もしくはそれらをコーティングした材料であることが好ましい。例えば、白金、金、カーボン等のほか、白金触媒を修飾したカーボン、酸素還元能を有す酵素触媒を修飾したカーボン、微生物を修飾したカーボンなどを用いることができる。コストや製造の簡便さ考慮すると、耐腐食性の高いカーボン材料で形成されていることが好ましく、例えばカーボンフェルト、金属基材にカーボンコーティングした材料を用いることができる。金属基材としては、ＳＵＳからなり、表面積が大きなメッシュ状のものを用いることが好ましい。カーボンコーティング方法としては、溶融塩による炭素めっき、不織布吹き付け、炭素含有塗装、スパッタリング等が挙げられる。

正極３１は、植物６１が上方に生育するのを妨げることがないように、植物６１が貫通可能な複数の貫通孔を有する。また、正極３１が貫通孔を有することにより、正極側土層３２は、上方の外部環境中の酸素や水、植物６１に供給される酸素や水を取り込み易くなる。

正極配線３３は、耐腐食性の高いＳＵＳ等からなるものが好ましく、さらに絶縁樹脂等で被覆されているものであってもよい。

（緑化基材層）
本実施形態において、緑化基材層６２は、上述したように正極側基材層３２がこれを兼ねる。緑化基材層６２は、植物６１が上方の外部環境に生育可能に構成されている。植物６１は、緑化基材層６２に成長した状態で植生されてもよいし、植物６１の種子を含む緑化基材を用いて種子から生育されてもよい。植物６１の種類は限定されることなく、藻類、苔類、イネ科植物、マメ科植物等、種々の植物を用いることができる。なお、苔類は、少ない土で植生可能であるため、緑化基材層６２の土の量を少なくすることができる点から好ましい。

（筐体）
筐体１は、少なくとも負極２１と正極３１の通電を防止する絶縁体あるいは絶縁処理された材料からなる。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の微生物燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができるだけでなく、発生した起電力の大きさをモニタリングすることで緑化基材層６２の状態（例えば、湿潤度、養分）を検出することも可能である。

本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層６２を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。また、緑化基材層６２においては、正極側基材層３２を兼ねるのでイオンの移動が生じる。したがって、緑化基材層６２におけるイオンの移動を制御することにより、植物６１の生育の調整を行うことが可能である。

さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極３１は、外部環境中の酸素または植物６１に供給される酸素を反応Ｒ２に利用することができるので、正極側土層３２のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

［第２の実施形態］
図２は、第２の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図２に示す微生物燃料電池１２は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に負極部２０と正極部３０とが設けられている。正極部３０内の正極側土層３２は、上方の外部環境に植物６１を生育可能な緑化基材層として機能する。負極部２０と正極部３０とはイオン伝導膜４を介して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。

本実施形態の微生物燃料電池は、第１の実施形態の構成とは、負極部２０と正極部３０との間にイオン伝導膜４が設けられている点と、負極部２０内において、負極２１が負極側土層２２の内部に設けられている点のみが異なる。以下、第１の実施形態と違いがある要素についてのみ説明する。

（イオン伝導膜）
イオン伝導膜４は、イオン伝導性を有する膜である。したがって、負極部２０における反応Ｒ１で生じた水素イオン（Ｈ^＋）がイオン伝導膜４を透過して正極部３０に移動し、正極部において反応Ｒ２における水素イオン（Ｈ^＋）として利用される。また、イオン伝導膜４は、正極部３０から負極部２０への酸素の移動を抑制または遮断することができるので、嫌気性菌である電流発生菌を用いた場合の反応Ｒ１をより効率的に進めることができる。

イオン伝導膜４としては、例えば寒天に塩化カリウムや塩化ナトリウムなどの塩を混入させることで形成することができる。またイオン伝導膜４は、市販されているナフィオン（登録商標、デュポン社製）等を使用してもよい。イオン伝導膜４には、さらに酸素吸収材を添加してもよい。酸素吸収材としては、例えば、酸素還元能を有する有機物、酸素吸着性を有する無機物等を用いることができる。イオン伝導膜４は、正極部３０と負極部２０の間に設けられており、図１においては、上面において正極側土層３２と接し、下面において負極側土層２２と接するように設けられている。正極部３０および負極部２０の構成によって、イオン伝導膜４が正極３１または負極２１に直接接触するような構成であってもよい。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができるだけでなく、発生した起電力の大きさをモニタリングすることで緑化基材層６２の状態（例えば、湿潤度、養分）を検出することも可能である。

本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層６２を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。また、緑化基材層６２においては、正極側基材層３２を兼ねるのでイオンの移動が生じる。したがって、緑化基材層６２におけるイオンの移動を制御することにより、植物６１の生育の調整を行うことが可能である。

本実施形態の微生物燃料電池は、イオン伝導膜４を用いることにより、発電量を向上させることができ、また同じ発電量を得る場合には、薄型化することができる。したがって、微生物燃料電池をより軽量に構成することが可能となり、屋上緑化、壁面緑化用途として用いる場合に有用である。

さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極３１は、外部環境中の酸素または植物６１に供給される酸素を反応Ｒ２に利用することができるので、正極側土層３２のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

［第３の実施形態］
図３は、第３の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図３に示す微生物燃料電池１３は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に負極部２０と正極部３０とが設けられている。そして、筐体１の開口部の上方にさらに緑化基材層６２が取り外し可能に設けられている。負極部２０と正極部３０とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部２０と正極部３０の間には、第２の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、第１の実施形態の構成とは、筐体１の開口部の上方に正極部３０とは別に緑化基材層６２が設けられており、正極部３０の正極側土層３２が緑化基材層６２を兼ねるように構成されていない点のみが異なる。なお、正極３１は、第１の実施形態と同様に複数の貫通孔を有するように構成されており、正極側土層３２は、上方の外部環境中の酸素や水、上方の緑化基材層６２に植生される植物６１に供給される酸素や水を取り込み易くなる。以下、第１の実施形態と違いがある要素についてのみ説明する。

（緑化基材層）
緑化基材層６２は、正極側土層３２を兼ねない点、筐体１の開口部の上方に取り外し可能に設けられている点以外は第１の実施形態で説明した通りである。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層６２を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。緑化基材層６２は容易に取り外し可能であることから、植物６１の状態、季節等に合わせて植物６１を容易に交換することができる。

さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極３１は、外部環境中の酸素または植物６１に供給される酸素を反応Ｒ２に利用することができるので、正極側土層３２のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

［第４の実施形態］
図４は、第４の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図４に示す微生物燃料電池１４は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に負極部２０と正極部３０の正極側土層３２とが設けられている。そして、筐体１の開口部の上方にさらに正極部３０の正極３１が取り外し可能に設けられている。正極３１は、上方の外部環境に植物６１を生育可能な緑化基材層としても機能する。負極部２０と正極部３０とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部２０と正極部３０の間には、第２の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、第１の実施形態の構成とは、正極部３０の正極側土層３２ではなく正極３１が緑化基材層６２を兼ねるように構成されている点、正極３１が筐体１の開口部の上方に取り外し可能に設けられている点のみが異なる。以下、第１の実施形態と違いがある要素についてのみ説明する。

（正極）
正極３１は、導電できる材料と、緑化基材を備え、さらに取り外し可能な構成であれば限定されない。例えば、カーボンコーティングしたメッシュ状の金属基材と、金属基材内に緑化基材とを備え、これらが取り外し可能に一体に保持されている構成が挙げられる。緑化基材、植物６１については、第１の実施形態で説明した通りである。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層６２を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。緑化基材層６２を兼ねる正極３１は容易に取り外し可能であることから、植物６１の状態、季節等に合わせて植物６１を容易に交換することができる。

さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極３１は、外部環境中の酸素または植物６１に供給される酸素を反応Ｒ２に利用することができるので、正極側土層３２のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

［第５の実施形態］
図５は、第５の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図５に示す微生物燃料電池１５は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に負極部２０と正極部３０の正極側土層３２とが設けられている。正極部３０内の正極側土層３２は、上方の外部環境に植物６１を生育可能な緑化基材層としても機能する。負極部２０と正極部３０とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部２０と正極部３０の間には、第２の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、第１の実施形態の構成とは、筐体１の底面に複数の貫通孔が設けられている点のみが異なる。本実施形態の微生物燃料電池は、土層７１に埋め込んで使用することが可能であり、このように使用した場合に、外部環境である土層７１から負極側土層２２に電流発生菌や分解対象の有機物が継続的に供給される。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層６２を備え、また土層７１に埋設させて使用することができるので、例えば、農地やグラウンドなどの大規模な土地の緑化に用いることができる。また、外部環境である土層７１から負極側土層２２に電流発生菌や分解対象の有機物が継続的に供給されるので、負極部２０における反応Ｒ１が安定して生じやすく、長期間安定した電力を発生することが可能である。

さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極３１は、外部環境中の酸素または植物６１に供給される酸素を反応Ｒ２に利用することができるので、正極側土層３２のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

［第６の実施形態］
図６は、微生物燃料電池を用いた第６の実施形態のシステムを模式的に示す断面図である。図６に示すシステムは、第１の実施形態の微生物燃料電池１１を用いて構成されている。

本実施形態のシステムにおいては、微生物燃料電池１１に加えて、負極配線２３と正極配線３３との間に得られた起電力により制御を行なう制御回路８１と、予め水が蓄えられた貯水タンク８２と、貯水タンク８２に接続されている注水パイプ８４と、貯水タンク８２と注水パイプ８４との間を開閉する電磁弁８３が設けられている。

負極配線２３と正極配線３３の間に得られた電気エネルギーは、制御回路８１によって所定のタイミングで電磁弁８３の開閉に使用される。電磁弁８３が開けられると、貯水タンク８２内の水は水圧によって注水パイプ８４に流れ込み、注水パイプ８４に設けられた注水口８５から植物６１に対して水が滴下される。電磁弁８３は、所定のタイミングで負極配線２３と正極配線３３の間に得られた電気エネルギーによって再び閉じられる。

本実施形態によれば、植物６１に自動で水を供給できるシステムとすることができるため、植物６１のメンテナンスが容易となる。また、制御回路８１は、電磁弁８３の開閉以外にも電力を使用できるように、電力を蓄える機能を有することが好ましい。貯水タンク８２の水としては、例えば、蓄えた雨水を使用するようにしてもよいし、水道水を使用してもよい。電磁弁８３に代えてポンプを用いてもよい。

図６においては、第１の微生物燃料電池１１を用いてシステムを構成したが、第２〜第５の実施形態の微生物燃料電池を用いても同様にシステムを構成することができる。また、第１〜第５の微生物燃料電池の応用としては、これらに限定されることはなく負荷となるデバイスとしては種々のものとすることができる。例えば、得られた電力でＬＥＤを点灯することにより、緑化箇所の照明や電飾として使用することができる。また、微生物燃料電池により得られる電力を、各種センサ用の電源として使用することもでき、例えば緑化箇所に防犯用途として人感センサを設けることができる。

［第７の実施形態］
図７は、第７の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図７に示す微生物燃料電池１６は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に正極部３０と負極部２０とが設けられている。負極部２０内の負極側土層２２は、上方の外部環境に植物６１を生育可能な緑化基材層として機能する。負極部２０と正極部３０とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部２０と正極部３０の間には、第２の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。また、イオン伝導膜を用いる場合、正極側土層３２は省略することができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、第１の実施形態の構成とは、筐体１の底面に複数の貫通孔が設けられている点と、正極３１が底面に配置されている点、緑化基材層６２が負極側土層２２である点が異なる。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層６２上に正極３１が配置されていないため、一体化している構造にも関わらず、緑化基材層６２のメンテナンスを行ないやすいという特徴がある。また、緑化基材層６２のメンテナンスを行う場合においても、正極３１、負極２１を分解する必要がないため、メンテナンス前後において、安定した発電が可能である。さらに筐体１の底面に複数の貫通孔が設けられていることで、植物に与えた余分な水分を排出することも可能となる。

本実施形態の微生物燃料電池は、一般的な植木鉢と類似した構造とすることができるため、微生物燃料電池により得られる電力を利用して、ＬＥＤの点灯、植物や土の状態のセンシング、また第６の実施例に示すような自動水供給システムの駆動が可能な植木鉢を提供することが可能である。

［第８の実施形態］
図８は、第８の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図８に示す微生物燃料電池１７は、上方に開口を有する筐体１を有し、筐体１の下方から順に正極３１、負極側土層２２を兼ねる正極側土層３２、負極２１、正極側土層３２を兼ねる負負極側土層２２、正極３１が設けられている。再表面にある負極側土層２２は、上方の外部環境に植物６１を生育可能な緑化基材層３２として機能する。ここで植物基材層は、第３の実施形態に示すように正極３１上に独立されていても構わないし、第４の実施形態４に示すように正極３１自体が植物基材層となっていても構わない。負極部２０と正極部３０とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部２０と正極部３０の間には、第２の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、第７の実施形態の構成とは、正極３１が上面にも配置されている点が異なる。

（用途・効果）
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応Ｒ１と反応Ｒ２とにより、負極配線２３と正極配線３３との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。

本実施形態の微生物燃料電池は、正極３１が筺体の底面と上面に配置されていることで、正極の電極面積を増やすことができ、微生物燃料電池の発電量を増やすことが可能である。さらに筐体１の底面に複数の貫通孔が設けられていることで、植物に与えた余分な水分を排出することも可能となる。

本実施形態の微生物燃料電池は、一般的な植木鉢と類似した構造とすることができるため、微生物燃料電池により得られる電力を利用して、ＬＥＤの点灯、植物や土の状態のセンシング、また第６の実施例に示すような自動水供給システムの駆動が可能な植木鉢を提供することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 筐体、４ イオン伝導膜、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７ 微生物燃料電池、２０ 負極部、２１ 負極、２２ 負極側土層、２３ 負極配線、３０ 正極部、３１ 正極、３２ 正極側土層、３３ 正極配線、６１ 植物、６２ 緑化基材層、７１ 土層、８１ 制御回路、８２ 貯水タンク、８３ 電磁弁、８４ 注水パイプ。

Claims (6)

1. 電流発生菌及び有機物を含む微生物含有層と、
   前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、
   酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、酸素に電子を供与する正極と、
   上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備えた、微生物燃料電池。
2. 前記正極は前記緑化基材層でもある、請求項１に記載の微生物燃料電池。
3. 前記緑化基材層は着脱可能に設けられている、請求項１または２に記載の微生物燃料電池。
4. 前記正極と前記負極と間に配置されたイオン伝導膜を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微生物燃料電池。
5. 前記微生物含有層は土を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の微生物燃料電池。
6. 前記植物は苔類の植物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の微生物燃料電池。

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