JP6579534B2 - バイオガスの製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、比較的利用がまだ緒についていない植物バイオマス資源、たとえば、間伐材、建築廃材、稲藁などのリグノセルロース系バイオマス資源は、燃焼させることによる熱源として利用はされている例があるが、リグノセルロース系植物バイオマス資源からバイオエタノールを生成してバイオ燃料を得ることは比較的困難とされている。
第1の工程として、固相のまま、木質に対して物理的・化学的方法で脱リグニン処理を施し、処理しやすいセルロースを得る。第2の工程として、セルロースに対して強酸を加えて加水分解し、グルコースを得る。強酸を添加した加水分解であるのでこの段階で処理状態は液相となる。第3の工程として、液相のグルコースを基材として酵母菌を播種してアルコール発酵させてアルコール含有発酵液を得る。この状態も液相のままである。
第1の工程として、固相のまま、木質に対して物理的・化学的方法で脱リグニン処理を施し、処理しやすいセルロースを得る。第2の工程として、セルロースに対して物理的・化学的処理を加えてより分解が進んだセルロース(β−1,4−グルカン)とする。例えば、オゾン水を作用させる手法、超臨界水を作用させる手法、爆砕する手法など多様なものがあり得る。この段階で液相になる。第3の工程として、処理済みのセルロース(β−1,4−グルカン)を基材として、酵素の一種であるセルラーゼを用いてグルコースを得る。セルラーゼは、セルロース(β−1,4−グルカン)のグリコシド結合を加水分解する酵素であり、グルコースを得ることができる。この段階も液相のままである。第4の工程として、液相のグルコースを基材として酵母菌を播種してアルコール発酵させてアルコール含有発酵液を得る。この状態も液相のままである。
従来の酸加水分解法は、第1の工程として、木質に対して物理的・化学的方法で脱リグニン処理を施す必要があるが、この脱リグニン処理は容易ではなくコストがかかり、また、物理的・化学的処理にエネルギーを必要とするものである。
また、従来の酸加水分解法は、第2の工程として、セルロースに対して強酸を加えて加水分解する必要があるが、この強酸添加による加水分解は、コストがかかり、また、物理的・化学的処理にエネルギーを必要とするものであり、反応後の強酸を処理するための物理的・化学的コストがかかっていた。また、セルロースの分解速度の制御が難しいという問題がある。また、グルコースが強酸で分解されてしまうおそれもある。
また、従来の酸加水分解法は、第3の工程として、液相のグルコースを基材として酵母菌を播種してアルコール発酵させる必要があるが、第1の工程の脱リグニン処理や第2の工程の強酸による加水分解処理において液相中の酵母菌に対して悪影響を与える物質が混在しているため、そのままではアルコール発酵が阻害されるためにグルコースを洗浄する必要があり、コスト向上、エネルギー消費増加を招いていた。
従来の酵素糖化法は、第1の工程として、木質に対して物理的・化学的方法で脱リグニン処理を施す必要があるが、上記に指摘したように、この脱リグニン処理は容易ではなくコストがかかり、また、物理的・化学的処理にエネルギーを必要とするものである。
従来の酵素糖化法は、第2の工程として、セルロースに対して物理的・化学的処理を加えてより分解が進んだセルロースとする必要があるが、オゾン水を作用させる手法、超臨界水を作用させる手法、爆砕する手法などいずれの手段も物理的・化学的コストがかかるものであり、反応釜や処理装置も特殊なものとなり製造設備にもコストがかかっていた。
また、従来の酵素糖化法は、第4の工程として、液相のグルコースを基材として酵母菌を播種してアルコール発酵させる必要があるが、上記したように、第1の工程の脱リグニン処理や第2の工程の強酸による加水分解処理において生じるアルコール発酵が阻害物質の除去のためコスト向上、エネルギー消費増加を招いていた。
Phlebia属に属する担子菌を用いて木質から直接バイオエタノールを得る方法は、従来の酸加水分解法や酵素糖化法には必須の手順であった物理的・化学的処理を伴わないため、その点は注目すべき技術ではある。
しかし、Phlebia属に属する担子菌を用いて木質から直接バイオエタノールを得る方法は、担子菌がバイオエタノールを生産する相が液相であることである。エタノールは親水性が大きく、一度液相になってしまえば、物理的な蒸留工程を経なければエタノールを単離することができない。その蒸留工程のためコスト増、エネルギー増を招いていた。
この液相のバイオエタノールからエタノールを単離する問題は、上記した酸加水分解法や酵素糖化法にも共通の問題点となっている。
キノコは相性の良い樹木に寄生して発生するが、一般には、竹林、スギ林、ヒノキ林にはごく一部のキノコしか育たないとされている。近年、経済林への竹の侵入が問題となっているが、竹は担子菌との相性は良くないとされている。
このように、Phlebia属に属する担子菌を用いる植物バイオマスを原料とするバイオエタノール生産方法は、利用出来る植物バイオマスの種類が限定されるおそれがある。
なお、非特許文献1は、液相での炭素源の加水分解処理が前提となっているため、Wickerhamomyces anomalusの利用段階も液相である。エタノールは親水性が大きく、一度液相になってしまえば、物理的な蒸留工程を経なければエタノールを単離することができない。その蒸留工程のためコスト増、エネルギー増を招く。
また、本発明は、植物バイオマスからバイオガスを発生させて固相から気相にて回収することを目的とし、従来の酸加水分解法や酵素糖化法や非特許文献などのように液相での回収とはせず、固相状態の炭素源から直接気相状態のバイオガスを回収することにより、回収コストを低減することを目的とする。
Wickerhamomyces属に属する不完全菌は、糸状菌担子菌様生活環と、酵母様生活環の異なった生活環を遷移するものである。本発明はこのWickerhamomyces属に属する不完全菌の性質に着目したものである。
炭素源を材料として、前記第1の工程と前記第2の工程を経ればバイオガスが発生するが、さらに、前記第1の工程と前記第2の工程を連続して交互に繰り返す連続処理工程とし、前記固相状態の前記炭素源から液相を介することなく直接気相状態の前記バイオガスを生産することもできる。
例えば、前記酵母菌様生活環活性条件が常温かつ嫌気条件であり、前記糸状菌担子菌様生活環活性条件が常温かつ好気条件とする。
最初の第1の工程の時点で、嫌気条件からスタートすることで好気性の乳酸菌の繁殖を抑えることができ、最初の第1の工程の時点では乳酸菌よりWickerhamomyces属に属する不完全菌が繁殖し優勢になることができる。その後の第2の工程で引き続き、酵母様の生活環に遷移したWickerhamomyces属に属する不完全菌の優勢が大きくなるため、それ以降、第1の工程に遷移する際の糸状菌担子菌様生活環活性条件、つまり、好気的条件が与えられてもWickerhamomyces属に属する不完全菌が十分に優勢となっており、乳酸菌に負けることなく、発酵を継続することができる。
例えば、エタノールはバイオエタノール燃料として既に注目されており、また、酢酸エチルガスも工業用の各種原料としての需要が大きいものである。
固相のまま分解・発酵するので、炭素源を粉体または破砕体などの固相の炭素源とし、バイオガス発生工程がその固相状態の炭素源から直接気相状態のバイオガスを発生させるものであり、液相を介することなく固相状態の炭素源から直接気相状態のバイオガスを発生させることが可能となる。固相発酵であるので、バイオガス生成過程で生じるアルコール成分による発酵サイクルへ与える悪影響を排除でき、また、バイオガスがアルコール成分とエステル成分などが混気状態で生産されても冷却トラップ等の凝集装置の温度設定により簡単に目的とする成分ごとに選択濃縮できる。
なお、以下の実施例は一例であり、本発明の内容は実施例の具体的内容には限定されない。
本発明に用いるWickerhamomyces属に属する不完全菌は、糸状菌担子菌様生活環と、酵母様生活環の異なった生活環を遷移することにより、以下の固相発酵サイクルが可能である。
図1に示すように、炭素源の分解進度において、糸状菌担子菌様生活環は好気条件下でセルロースリッチな状態で発現しやすく、セルロース→グルコース→アルコール類への進度を進め、酵母様生活環は嫌気条件下でグルコースリッチな状態で発現しやすくグルコース→アルコール類→エステル類への進度を進めてゆく。
このように、Wickerhamomyces属に属する不完全菌の2つの生活環の間の遷移を人為的に制御した炭素源からのバイオガスの発生という技術は、今までにない画期的なものである。
図2(a)は、実施例1にかかる本発明で用いるバイオガス製造装置100の構成を簡単に示したものである。
図2(a)に示すように、培養槽110を中心とし、炭素源投入手段120により適宜、固相状態の炭素源を投入できるものとなっている。また、培養条件設定手段130を備え、培養槽110における培養条件を制御できる。この実施例では培養条件の制御は嫌気条件と好気条件の切り替えで行うものとなっており、培養条件設定手段130は窒素供給手段140のバルブ141の制御を行うものとなっている。バイオガス回収手段160は培養槽110により炭素源の分解が進み、セルロースからグルコースを経て、発生した気相状態のメタノール、エタノール、酢酸エチルなどのバイオガスを受け取り、気相のまま回収する装置である。
第1の工程は、Wickerhamomyces属に属する不完全菌を固相状態の炭素源とともに培養し、炭素源のセルロースからグルコースを生成する工程である。
第2の工程は、第1の工程に引き続き、前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌を培養して前記第1の工程で生成された固相状態のグルコースを分解して気相状態のメタノール、エタノール、酢酸エチルのいずれかまたはそれらの混合物であるバイオガスを生成する工程である。
この第1の工程と第2の工程を行うことにより、固相状態の炭素源から液相を介することなく直接気相状態のバイオガスを生産する工程となっている。
[実証実験に用いた器具構成]
図3は、バイオガス製造方法を検証するための実験器具の構成を示す図である。
固相発酵用フラスコは培養槽110を想定したものである。
固相発酵用フラスコは、炭素源となる竹粉を封入し、70℃で1週間窒素乾留し、Wickerhamomyces属に属する不完全菌を播種したものである。
人手で実験器具を操作することにより、培養条件設定手段130を省略した。
酸素ボンベは酸素供給手段150、窒素ボンベは窒素供給手段140を模したものである。なお、実証実験の後段に使用する酸素ボンベは培養槽に見立てた固相発酵用フラスコ内を好気条件にする際に使用するものであるが、滅菌した空気を投入する空気ボンベであっても良い。
嫌気条件は、窒素ボンベからは毎分2mlにて窒素ガスを供給することで維持する。
好気条件は、酸素ボンベまたは空気ボンベから毎分2mlにて酸素ガスまたは空気を供給することで維持する。
バイオガス回収装置160はクールトラップ器具により代替した。クールトラップ器具は、ガストラップ瓶にガラス玉を入れて配管したものを、予め−20℃で予冷しておく。
なお、上記の実験器具の構成により、本発明のバイオガス製造装置の基本的構造を想定した実験となっている。
以下、実証実験に用いるWickerhamomyces属に属する不完全菌を同定して確認した。
菌の分析は、微生物同定試験を受託している株式会社テクノスルガ・ラボに実証実験に用いる菌を持ち込んで微生物同定試験を依頼した。具体的な同定方法は、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法(Denaturing gradient gel electrophoresis:DGGE)法を用いて微生物群集構造解析を行った。DGGE法は、同じ長さの二本鎖DNA断片を塩基配列の違いに基づいて分離する電気泳動法である。切り出したバンドからDNAを抽出し、これを鋳型としてPCR増幅した産物を用いて再度DGGEを行うことによりバンドの純度確認を行いつつDNA型の解析をした。DGGE解析によって得られた7バンドの28SrDNA部分塩基配列および1バンドの16SrDNA部分塩基配列を決定し、それら結果により簡易系統解析を行い、各バンドに由来する細菌群の帰属分類群を決定した。
(Applied Biosystems, CA, USA)
使用プライマー:DGGE band sequencing kit for analysis of the bacterial v3 region
(DS-0001)(TechnoSuruga Laboratory Co., Ltd, Shizuoka)
Lac1, Lac3, Lac2 (Lactobacillales 目増幅用) Lac1, Lac 3は等量混合使用
シーケンス:ABI 3130xl Genetic Analyzer System (Applied Biosystems, CA, USA)
配列決定 :ChromasPro 1.4 (Technelysium Pty Ltd., Tewantin, AUS)
相同性検索及び簡易分子系統解析:ソフトウェアアポロン3.0(テクノスルガ・ラボ、静岡)
データベース:国際塩基配列データベース(GenBank/DDBJ/EMBL)
アポロンDB−BA10.0(テクノスルガ・ラボ静岡)
アポロンDB−FU(D1/D2)8.0(テクノスルガ・ラボ静岡)
以下、本発明のバイオガス製造方法で用いるWickerhamomyces属に属する不完全菌として、実証実験に用いた菌に関する同定結果を示す。
試験サンプルは、試験区分1と試験区分2の2つを用意してダブルチェックした。
試験1 塩基配列と上位15株との相同率
アポロンDB−FU(D1/D2)8.0検索結果
GenBank/DDBJ/EMBL国際塩基配列データベース検索結果
試験1 塩基配列と上位15株との相同率
アポロンDB−FU(D1/D2)8.0検索結果
GenBank/DDBJ/EMBL国際塩基配列データベース検索結果
また、[表2]及び[表4]のGenBank/DDBJ/EMBL国際塩基配列データベース検索の結果において、Wickerhamomyces anomalusなどの28SrDNAに対して高い相同性が示された。
それらを総合して判断すると、バンド由来の塩基配列はWickerhamomyces属の28SrDNAのクラスターに含まれると結論付けられた。
その結果、実証実験に用いられた菌は、Wickerhamomyces属に属する不完全菌であると結論付けられた。
本発明者は、この同定された当該Wickerhamomyces属に属する不完全菌の株と同じ株の菌を用いて実証実験に使用した。
本発明で利用するWickerhamomyces属に属する不完全菌は、糸状菌担子菌様生活環と、酵母様生活環の異なった生活環を遷移することができるため、特に、炭素源は限定されない。
例えば、植物バイオマス資材としてはリグノセルロース系バイオマス等があり、樹木系バイオマス資材であってもよいし、草系バイオマス資材であってもよい。樹木系バイオマス資材としては針葉樹、広葉樹、裸子植物等の樹木に由来する木材(建築廃材、間伐材等を含む)、またはそれらの樹皮、おがくず、葉、きのこ廃菌床等が挙げられる。草系バイオマス資材としては稲、麦、トウモロコシ、サトウキビ、竹、ススキ等に由来する資材、例えば農産物の収穫や加工処理の際に生じる残渣等が挙げられる。
本発明では固相のまま直接炭素源を材料とし、気相のバイオガスを発生するものであるので、従来のリグノセルロース系の炭素源の利用に必要とされていた物理的処理や化学的処理は不要である。
以下の実証実験では、比較的バイオマス利用が難しいとされている竹粉を用いて行った。
図4は実証実験に用いた竹粉のサンプルの拡大写真である。
本発明のバイオガス製造装置および製造方法の実証は、以下の固相発酵工程、培養条件で行った。
まず、本発明の実施例1にかかるバイオガス製造方法における、第1の工程と第2の工程への遷移によるバイオガスの製造を実証する実験を行った。
・固相発酵工程:竹粉を固相のままとし、Wickerhamomyces属に属する不完全菌を播種
・培養条件:常温、嫌気的条件に維持
菌の播種は、固相状態の適当な培地にWickerhamomyces属に属する不完全菌を播種して培養する。ここで、乳酸菌や、他の糸状菌、担子菌、酵母菌などの菌が混入しないようにする。
菌の培養温度は、25℃〜35℃の常温が好ましく、培養時間は24時間〜2000時間程度とすることができる。なお、実施した実証実験では培養温度30℃、培養時間1440時間(60日)とした。
このことを確認する意図も込めて、比較実験として、好気的条件にて培養した結果も示す。ここで、好気的条件とは、具体的には、Wickerhamomyces属に属する不完全菌を播種した培地を、外気と実質的に通気させる状態で培養することを指す。
培養試験及びバイオガス生成実験は、公設の試験研究機関である兵庫県立工業技術センターにおいて行なった。
図5に、実証実験におけるバイオガスの回収結果を示す。
図5は、培養を始めて3日目あたりで放出されているバイオガスのGC−MSの測定結果である。
ガスの種類の特定は、GC−MS(Gas Chromatography Mass Spectrometry:ガスクロマトグラフィー質量分析法)により行った。
図5の中で、明瞭に検出されている2.53分のピークはメタノール、2.92分のピークはエタノールである。これらは、バイオガス生成部110を想定した固相発酵用フラスコ内で発生したバイオガスと考えられる。なお、その他のものはバイオガスではないとみられる。例えば、2分付近の大きなピークと8.5分のピークは、トラップ液の溶媒に使用したアセトン由来ピークと考えられる。18.04分の2つのピークはプラスチックの可塑剤のピークでコンタミネーションした物質由来と推測される。その他の小さなピークの多くは再現性の無いノイズと考えられる。
図6は、培養日数を通じて観察した発生するバイオガスの種類の時系列変化を示す図である。培養日数を横軸にとり、縦軸にバイオガス生成濃度(mg/l)を取ったものである。
図6に示すように、培養日数が浅いうちは、メタノールやエタノールのアルコール類の発生が盛んに見られ、アルコール濃度が高くなっているが、培養日数が経過してゆくにつれ、エステル濃度が上がって来たことが分かる。つまり、培養によって先にアルコール濃度が向上してゆき、遅れるようにエステル濃度が次第に向上していることが読み取れる。つまり最初にエタノール発酵が進み、その後に続いてエステル発酵が起こっていることが分かる。
この実験結果から、本発明のバイオガス生成装置を想定した実験装置で実行した用いた本発明のバイオガス製造方法により、Wickerhamomyces属に属する不完全菌により、嫌気状態等の固相発酵条件下で竹粉の炭素源からバイオガスを得られることが実証できた。
図7(a)は、実験終了直後のバイオガス生成部110を想定した固相発酵用フラスコの底面近くの様子を写したものである。図7(a)に示すように、固相発酵用フラスコ内は固相のままで液溜まりが見られなかった。固相発酵用フラスコ内部の竹粉を直接確認しても液体で濡れたような状態は確認できなかった。クールトラップで捕捉されたメタノールやエタノールは気相状態でバイオガス回収装置130を想定したクールトラップ器具に到達しているので、固相発酵から液相を介することなく気相のバイオガスを発生するサイクルで固相発酵が進んだことが分かる。
生活環の確認は、培地を用いた培養により確認した。
抽出液の調整は、試料25gを滅菌水500mlに分散・静置し、上澄液を回収して抽出した。
培地の種類は、ポテトデキストロース培地とYPD培地を用いた。ポテトデキストロース培地は糸状菌担子菌様生活環にあるWickerhamomyces属に属する不完全菌の繁殖に適しており、ポテトデキストロース培地で繁殖が大きければWickerhamomyces属に属する不完全菌の生活環が糸状菌担子菌様生活環であったと推定できる。YPD培地は酵母様生活環にある菌の繁殖に適しており、YPD培地で繁殖が大きければ菌の生活環が酵母菌様生活環であったと推定できる。
いずれも培養条件は、抽出液200μLを培地表面に播種し、シールテープで密封した後29℃で3日間静置することで培養した。
図7(b)の右図は、YPD培地を用いた培養結果である。播種したWickerhamomyces属に属する不完全菌の増殖が大きく、活発に繁殖していることが分かる。
以上から第2の工程でのバイオガスの製造を終了した時点でのWickerhamomyces属に属する不完全菌の生活環が酵母菌様生活環に遷移していることが確認できた。
上記の実証実験の結果を考察する。
バイオガス発生工程は、固相状態の炭素源から気相状態にてバイオガスが発生し、液相を介することなく炭素源から直接、バイオガスを発生させる固相発酵であることが確認できたことから、本発明のバイオガス製造方法は、Wickerhamomyces属に属する不完全菌は繁殖する過程における固相発酵サイクルでアルコール類や揮発性有機酸やそれらのエステル類が製造されたものと考えられる。
第1の反応が、固相発酵サイクルの当初に起こる反応であり、炭素源が竹粉などセルロースリッチかつグルコース欠乏の状態であり、嫌気条件下におくことでWickerhamomyces属に属する不完全菌の『糸状菌担子菌様生活環』にてセルロースが分解されグルコースが生成される。
このグルコースの生成にあたり、まず『糸状菌担子菌様生活環』にあるWickerhamomyces属に属する不完全菌は、セルロースとリグニンを分解する脱リグニン反応が起こると考えられる。このことは、実証実験において、リグニンの減少を測定することにより検証できる。
次に、脱リグニン反応に続いて、『糸状菌担子菌様生活環』にあるWickerhamomyces属に属する不完全菌は、セルロースをグルコースに分解するグルコース分解反応を起こすものと考えられる。
図8は、実施例2にかかる本発明のバイオガスの製造装置および当該装置の中で行われる本発明のバイオガス製造方法を簡単に示した図である。
図2に比べて、酸素供給手段150およびバルブ151が追加された構成となっている。 なお、酸素供給手段150は、工業用の酸素ボンベなどでも良いが、本発明における好気条件は大気中の空気と同様の酸素濃度でも良いので、大気中の空気を送り出すポンプ、または大気を通気させるベンチレーションでも良い。
実施例2のバイオガス製造方法では、最初の第1の工程から第2の工程を経て、最初のサイクルにおいてバイオガスが回収した後、引き続き、第2の工程から第1の工程へ再遷移させて次のバイオガス生成サイクルを行う。
図8(b)は、第1の工程と第2の工程が繰り返される様子を示したものである。この第1の工程と第2の工程を連続して交互に繰り返すことにより、固相状態の炭素源から液相を介することなく直接気相状態のバイオガスを連続して生産する工程となっている。
なお、この例では、最初の第1の工程における条件と、2回目以降の第1の工程における条件が異なる例となっている。
実施例2の場合、第2の工程から引き続き、第1の工程に再度遷移する。
図9は、最初の第1の工程から第2の工程を経て、次に第1の工程に戻ることを簡単に示したものである。図9に示すように、培養条件設定手段130は、窒素供給手段140のバルブ141を閉じるとともに、酸素供給手段150のバルブ151を開いて培養槽110内に酸素を供給し、培養槽110の内部を好気条件とする。なお、工業的な量産システムでは 酸素供給手段150は、大気中の空気を送り出すポンプ、または大気を通気させるベンチレーション、工業用の酸素ボンベなどでも良い。
空気が置換された固相発酵用フラスコを30℃インキュベータにて1週間培養を続けた。
図9(b)は1週間の培養を経て得られたWickerhamomyces属に属する不完全菌の生活環を調べたものである。生活環の確認は前出の確認と同様、培地を用いた培養により確認した。
抽出液の調整は、試料25gを滅菌水500mlに分散・静置し、上澄液を回収して抽出した。培地の種類は、ポテトデキストロース培地とYPD培地を用いた。いずれも培養条件は、抽出液200μLを培地表面に播種し、シールテープで密封した後29℃で3日間静置することで培養した。
図9(b)の右図は、YPD培地を用いた培養結果である。播種したWickerhamomyces属に属する不完全菌の増殖が大きく、活発に繁殖していることが分かる。
以上から、第2の工程の後、好気条件にすることにより、Wickerhamomyces属に属する不完全菌の一部はその生活環を、酵母様生活環から糸状菌担子菌様生活環へ再遷移したことが確認できた。つまり、第2の工程から第1の工程へ戻ることができたことが確認できた。
以上、第2工程の後、第1の工程に戻ってセルロースのグルコースへの分解工程に再度遷移することができることが確認できた。
図10は、図9のように第1の工程に戻った状態から再度第2の工程に移行することを簡単に示したものである。図10(a)に示すように、培養条件設定手段130は、酸素供給手段150のバルブ151を閉じるとともに、窒素供給手段140のバルブ141を開いて培養槽110内に窒素を供給し、培養槽110の内部を嫌気条件とする。実証実験では、図3に示した実験器具構成において、窒素ボンベより発酵用フラスコ内を窒素で置換した。その他の実験器具構成はそのままで良い。
この実験は、前出したものと同じであり、バイオガスの発生・回収ができることが確認できた。
ここで、第1の工程、第2の工程を交互に繰り返す利点について説明する。
一般に他で行われている炭素源を用いたバイオエタノールを得る発酵技術は、炭素源を加水分解処理など物理的に大量のエネルギーを投入してグルコース化を終えてから、そのグルコースを発酵によりエタノールに変化させるものがほとんどであるため、本発明のように発酵工程を繰り返すという概念がない。しかし、本発明は、炭素源のセルロースからグルコース、グルコースからエタノールという2工程を、Wickerhamomyces属に属する不完全のみで行うものである。
110 培養槽
120 炭素源投入手段
130 培養条件設定手段
140 窒素供給手段
141 バルブ
150 酸素供給手段
151 バルブ
160 バイオガス回収部
Claims (5)
- Wickerhamomyces属に属する不完全菌を炭素源とともに培養することによりバイオガスを生成するバイオガス生成工程を含むバイオガスの製造方法であって、
前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌が、糸状菌担子菌様生活環と、酵母様生活環の異なった生活環を遷移するものであり、
前記バイオガス生成工程が、
前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌を培養条件を常温かつ好気条件の糸状菌担子菌様生活環活性条件として糸状菌担子菌様生活環にて培養して固相状態の前記炭素源のセルロースをグルコースに分解する第1工程と、
前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌を培養条件を常温かつ嫌気条件の酵母菌様生活環活性条件として酵母様生活環にて培養して前記第1の工程において固相状態の前記炭素源から生成された固相状態の前記グルコースを分解して気相状態のメタノール、エタノール、それらのエステル類のいずれかまたはそれらの混合物であるバイオガスを生成する第2工程を備え、
前記第1の工程および前記第2の工程において、前記培養条件を前記糸状菌担子菌様生活環活性条件から前記酵母菌様生活環活性条件へ変更することにより、前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌の前記糸状菌担子菌様生活環と前記酵母様生活環を遷移させつつ、液相を介することなく前記炭素源から直接、気相状態の前記バイオガスを発生させる工程としたものである、バイオガスの製造方法。 - 前記糸状菌担子菌様生活環活性条件と前記酵母菌様生活環活性条件の間で前記培養条件の切り替えを適宜繰り返し、前記第1の工程と前記第2の工程を連続して交互に繰り返すことにより、前記固相状態の前記炭素源から液相を介することなく直接気相状態の前記バイオガスを生産する請求項1に記載のバイオガスの製造方法。
- 前記第1の工程と前記第2の工程の交互の繰り返しにおいて、
最初の前記第1の工程は、培養条件を、前記糸状菌担子菌様生活環活性条件とはせずに、当初から前記酵母菌様生活環活性条件である常温かつ嫌気条件とし、前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌の生活環を前記糸状菌担子菌様生活環にコントロールしたものを播種し、前記炭素源に混入している乳酸菌の増殖を抑制するとともに、前記Wickerhamomyces属に属する不完全菌が前記炭素源のセルロースをグルコースに分解しつつも、前記酵母菌様生活環活性条件下、やがてその生活環が前記糸状菌担子菌様生活環から前記酵母菌様生活環へ自然と遷移してゆき、前記第2の工程に遷移してゆくようコントロールすることを特徴とした請求項2に記載のバイオガス製造方法。 - 前記第1の工程と前記第2の工程の交互の繰り返しにおいて、
最初の前記第1の工程から前記第2の工程への遷移を除き、
前記第1の工程から前記第2の工程への切り替えは、前記炭素源の表面のセルロースからグルコースへの分解速度がピークを過ぎた後の任意のタイミングであり、
前記第2の工程から前記第1の工程への切り替えは、前記グルコースから前記エタノールまたはそれらのエステル類またはそれらの混合物である前記バイオガスへの分解速度がピークを過ぎた後の任意のタイミングであることを特徴とする請求項2または3に記載のバイオガス製造方法。 - 前記炭素源が、植物バイオマス資材である請求項1から4のいずれかに記載のバイオガスの製造方法。
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