JPH06169783A - 微生物学的エネルギー及び有用物質の生産方法及び装置 - Google Patents
微生物学的エネルギー及び有用物質の生産方法及び装置Info
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- JPH06169783A JPH06169783A JP4351084A JP35108492A JPH06169783A JP H06169783 A JPH06169783 A JP H06169783A JP 4351084 A JP4351084 A JP 4351084A JP 35108492 A JP35108492 A JP 35108492A JP H06169783 A JPH06169783 A JP H06169783A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安定的に水素を供給し、水素資化性メタン生
成菌が要求する炭酸ガスを系内及び系外から供給して、
多目的かつ複合機能をもったエネルギー及び有用物質を
生産する技術を提供する。 【構成】 例えば、太陽エネルギー１を利用して水を電
気分解３して水素４を発生させ、生成した水素４と炭酸
ガス８とを水素資化性メタン生成菌に供給して培養７
し、そこから排出されるメタン９を燃焼１０させてエネ
ルギーを得ると共に、メタンの燃焼により発生した炭酸
ガス８を前記水素資化性メタン生成菌の培養７に供給
し、増殖した該水素資化性メタン生成菌の菌体の少なく
とも一部１３を精製して有用物質、例えばコリノイド１
４を得ることにより微生物学的エネルギー及び有用物質
を生産する。
成菌が要求する炭酸ガスを系内及び系外から供給して、
多目的かつ複合機能をもったエネルギー及び有用物質を
生産する技術を提供する。 【構成】 例えば、太陽エネルギー１を利用して水を電
気分解３して水素４を発生させ、生成した水素４と炭酸
ガス８とを水素資化性メタン生成菌に供給して培養７
し、そこから排出されるメタン９を燃焼１０させてエネ
ルギーを得ると共に、メタンの燃焼により発生した炭酸
ガス８を前記水素資化性メタン生成菌の培養７に供給
し、増殖した該水素資化性メタン生成菌の菌体の少なく
とも一部１３を精製して有用物質、例えばコリノイド１
４を得ることにより微生物学的エネルギー及び有用物質
を生産する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素資化性化学独立栄
養細菌によるエネルギー及び有用物質の生産方法に係
り、特に、水素資化性化学独立栄養細菌が生合成をする
のに必要な水素を、水を電気分解することにより得、ま
た、炭酸ガスの生成により生じる地球環境汚染の解消に
も著しく貢献する微生物学的処理技術に関するものであ
る。
養細菌によるエネルギー及び有用物質の生産方法に係
り、特に、水素資化性化学独立栄養細菌が生合成をする
のに必要な水素を、水を電気分解することにより得、ま
た、炭酸ガスの生成により生じる地球環境汚染の解消に
も著しく貢献する微生物学的処理技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】所謂水素資化性の化学独立栄養細菌は、
水素ガスを唯一の電子供与体、炭酸ガスを唯一の炭素源
として生育し、有用物質を生産することができる。その
ために、各種の有価物質を生産する水素資化性の化学独
立栄養細菌を利用して、安定性の面から、出来うればオ
ン・サイトで安定して水素を供給することにより、地球
温暖化の元凶である炭酸ガスを固定して、大気系に放出
しない、地球環境改善にも寄与できる新しい物質生産技
術の実用化が強く、要望されていた。従来から、水素資
化性の化学独立栄養細菌の機能を有効に利用しての物質
生産は研究的レベルでは行なわれているが、その事例は
比較的少ない。
水素ガスを唯一の電子供与体、炭酸ガスを唯一の炭素源
として生育し、有用物質を生産することができる。その
ために、各種の有価物質を生産する水素資化性の化学独
立栄養細菌を利用して、安定性の面から、出来うればオ
ン・サイトで安定して水素を供給することにより、地球
温暖化の元凶である炭酸ガスを固定して、大気系に放出
しない、地球環境改善にも寄与できる新しい物質生産技
術の実用化が強く、要望されていた。従来から、水素資
化性の化学独立栄養細菌の機能を有効に利用しての物質
生産は研究的レベルでは行なわれているが、その事例は
比較的少ない。
【０００３】該細菌群の産業利用については幾つかの先
駆的な研究があるが、水素の供給が不安定であるだけで
なく、培養エアクタに対する定常的な供給技術にも問題
があり、これらの全てが研究途中のまま放置されている
か或いは研究を中止している。例えば、最近の優れた研
究として、ダイセル化学工業（株）によるアセトバクテ
リウム ウッジイ（Acetobacterium woodii) による水
素と炭酸ガスから酢酸を生産する研究が上げられるが、
この研究も水素の安定供給とコストの面で見通しが立た
ないために、実用化されていない。
駆的な研究があるが、水素の供給が不安定であるだけで
なく、培養エアクタに対する定常的な供給技術にも問題
があり、これらの全てが研究途中のまま放置されている
か或いは研究を中止している。例えば、最近の優れた研
究として、ダイセル化学工業（株）によるアセトバクテ
リウム ウッジイ（Acetobacterium woodii) による水
素と炭酸ガスから酢酸を生産する研究が上げられるが、
この研究も水素の安定供給とコストの面で見通しが立た
ないために、実用化されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上、述べたように、
現時点において、水素資化性化学独立栄養細菌の機能を
有効に利用しての物質生産に関する研究、或いは水素と
炭酸ガスを資化してエネルギー生産と同時に物質生産も
可能な化学独立栄養細菌に関する技術は研究的には行な
われているが、これらの研究は、基質として必要な水素
の供給の安定性、リアクタに対する供給の非定常性から
研究段階で中断されており、工業化の見通しは立ってい
ない。
現時点において、水素資化性化学独立栄養細菌の機能を
有効に利用しての物質生産に関する研究、或いは水素と
炭酸ガスを資化してエネルギー生産と同時に物質生産も
可能な化学独立栄養細菌に関する技術は研究的には行な
われているが、これらの研究は、基質として必要な水素
の供給の安定性、リアクタに対する供給の非定常性から
研究段階で中断されており、工業化の見通しは立ってい
ない。
【０００５】本発明は、このような従来技術の欠点を改
善する全く新規な発想による革新的なエネルギー生産と
物質生産が可能な方法を提供し、多機能、多目的的な物
質生産プロセスを提供することを目的とする。更に詳し
くは、本発明は、安定的に水素を供給し得る技術と、該
菌が要求する炭酸ガスをも系内で自給し、必要に応じて
系外の火力発電所や事業場の燃焼炉から排出される炭酸
ガスを導入して、多目的、かつ複合機能を持ったエネル
ギー及び有用物質の生産方法と生産装置を提供すること
を目的とする。
善する全く新規な発想による革新的なエネルギー生産と
物質生産が可能な方法を提供し、多機能、多目的的な物
質生産プロセスを提供することを目的とする。更に詳し
くは、本発明は、安定的に水素を供給し得る技術と、該
菌が要求する炭酸ガスをも系内で自給し、必要に応じて
系外の火力発電所や事業場の燃焼炉から排出される炭酸
ガスを導入して、多目的、かつ複合機能を持ったエネル
ギー及び有用物質の生産方法と生産装置を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を解決するた
めに、本発明では、電気エネルギーによる水の電気分解
技術と、水素資化性化学独立栄養細菌のそれぞれの機能
を合理的に組合せ、機能を複合化多機能化した新規な発
想による斬新なエネルギー及び有用物質の生産方法及び
生産装置を提供するものである。すなわち、本発明は、
水を電気分解して水素を発生させ、生成した水素と炭酸
ガスとを水素資化性メタン生成菌に供給して培養し、そ
こから排出されるメタンを燃焼させてエネルギーを得る
と共に、メタンの燃焼により発生した炭酸ガスを前記水
素資化性メタン生成菌の培養に供給し、増殖した該水素
資化性メタン生成菌の菌体の少なくとも一部を精製して
有用物質を得ることを特徴とする微生物学的エネルギー
及び有用物質の生産方法としたものである。
めに、本発明では、電気エネルギーによる水の電気分解
技術と、水素資化性化学独立栄養細菌のそれぞれの機能
を合理的に組合せ、機能を複合化多機能化した新規な発
想による斬新なエネルギー及び有用物質の生産方法及び
生産装置を提供するものである。すなわち、本発明は、
水を電気分解して水素を発生させ、生成した水素と炭酸
ガスとを水素資化性メタン生成菌に供給して培養し、そ
こから排出されるメタンを燃焼させてエネルギーを得る
と共に、メタンの燃焼により発生した炭酸ガスを前記水
素資化性メタン生成菌の培養に供給し、増殖した該水素
資化性メタン生成菌の菌体の少なくとも一部を精製して
有用物質を得ることを特徴とする微生物学的エネルギー
及び有用物質の生産方法としたものである。
【０００７】また、本発明では、水を電気分解して水素
を発生させる水素発生装置と、該発生した水素と炭酸ガ
スの導入手段及び生成したメタンの排出手段を備えた内
部に水素資化性メタン生成菌を培養し得るリアクタと、
該リアクタより排出されたメタンを燃焼させる燃焼器
と、燃焼により排出される炭酸ガスをリアクタに循環さ
せる手段とを有することを特徴とする微生物学的生産装
置としたものである。上記の本発明において、水の電気
分解は、クリーンで恒久的エネルギー源である太陽エネ
ルギーを利用した太陽電池を用いることが望ましい。
を発生させる水素発生装置と、該発生した水素と炭酸ガ
スの導入手段及び生成したメタンの排出手段を備えた内
部に水素資化性メタン生成菌を培養し得るリアクタと、
該リアクタより排出されたメタンを燃焼させる燃焼器
と、燃焼により排出される炭酸ガスをリアクタに循環さ
せる手段とを有することを特徴とする微生物学的生産装
置としたものである。上記の本発明において、水の電気
分解は、クリーンで恒久的エネルギー源である太陽エネ
ルギーを利用した太陽電池を用いることが望ましい。
【０００８】即ち、本発明は、水素を電子供与体とし
て、炭酸ガス中の無機性炭素を炭素源として増殖するこ
とが出来るだけでなく、エネルギー物質であるメタンと
生理活性物質であるコリノイド物質を生合成することが
出来る化学独立栄養細菌を培養リアクタに接種し、一
方、該菌が必要とする水素を、太陽エネルギー→太陽電
池→水の電気分解によって確保し、これを化学独立栄養
細菌の培養リアクタに連続的かつ安定的に導入して該菌
を大量培養し、エネルギー物質と有用物質を生産するこ
とを最も好ましい態様とする。しかし、本発明による電
気分解は買電等を含む他の電力供給手段によることを妨
げるものではない。
て、炭酸ガス中の無機性炭素を炭素源として増殖するこ
とが出来るだけでなく、エネルギー物質であるメタンと
生理活性物質であるコリノイド物質を生合成することが
出来る化学独立栄養細菌を培養リアクタに接種し、一
方、該菌が必要とする水素を、太陽エネルギー→太陽電
池→水の電気分解によって確保し、これを化学独立栄養
細菌の培養リアクタに連続的かつ安定的に導入して該菌
を大量培養し、エネルギー物質と有用物質を生産するこ
とを最も好ましい態様とする。しかし、本発明による電
気分解は買電等を含む他の電力供給手段によることを妨
げるものではない。
【０００９】なお、水からの水素の発生技術としては、
水の触媒光分解（例えば、特開平４−２９５００１号公
報）があるが、効率的に未だ実用には遠い状況である。
また、メタノールと水から、 ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋３Ｈ2 ＋エネルギー として発生させたり、水をコークスに作用させる技術は
大規模な施設を要する上、副生物質の問題がある。
水の触媒光分解（例えば、特開平４−２９５００１号公
報）があるが、効率的に未だ実用には遠い状況である。
また、メタノールと水から、 ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋３Ｈ2 ＋エネルギー として発生させたり、水をコークスに作用させる技術は
大規模な施設を要する上、副生物質の問題がある。
【００１０】さらに、本発明においては、水素を電子供
与体、炭酸ガスを炭素源として増殖することができるメ
タンガス生産性の化学独立栄養細菌、即ちメタノバクテ
リウム（Methanobacterium）属、メタノブレビバクター
（Methanobrevibacter）属、メタノマイクロビウム（Me
thanomicrobium) 属、メタノコッカス（Methanococcus
）属などによって代表される水素資化性のメタン生産
性化学独立栄養細菌を用いて、これを培養リアクタに接
種して大量培養し、エネルギー物質、即ちメタンと、有
用物質、即ちコリノイドを生産せしめると共に、該菌が
炭素源として要求する炭酸ガスは、該菌自身が生産する
メタンをエネルギー源として使用した結果として発生す
る炭酸ガスを火力発電所や事業場の燃焼炉から発生する
炭酸ガスと共に供給することができる。このように、系
外には炭酸ガスの放出がない環境にやさしい技術であ
る。
与体、炭酸ガスを炭素源として増殖することができるメ
タンガス生産性の化学独立栄養細菌、即ちメタノバクテ
リウム（Methanobacterium）属、メタノブレビバクター
（Methanobrevibacter）属、メタノマイクロビウム（Me
thanomicrobium) 属、メタノコッカス（Methanococcus
）属などによって代表される水素資化性のメタン生産
性化学独立栄養細菌を用いて、これを培養リアクタに接
種して大量培養し、エネルギー物質、即ちメタンと、有
用物質、即ちコリノイドを生産せしめると共に、該菌が
炭素源として要求する炭酸ガスは、該菌自身が生産する
メタンをエネルギー源として使用した結果として発生す
る炭酸ガスを火力発電所や事業場の燃焼炉から発生する
炭酸ガスと共に供給することができる。このように、系
外には炭酸ガスの放出がない環境にやさしい技術であ
る。
【００１１】次に、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施態様を示す工程図である。図
１において、前記水素資化性のメタン生成菌に属する化
学独立栄養細菌の中から特定の一菌種又は複数種を選定
して別個に培養し、培養液を張り込んだ該菌の培養リア
クタ７（以下リアクタと略記する）に接種する。一方、
太陽エネルギー１を太陽電池２によって電気エネルギー
に変換し、さらに、この電気エネルギーを使用して水を
電気分解３する。
る。図１は本発明の一実施態様を示す工程図である。図
１において、前記水素資化性のメタン生成菌に属する化
学独立栄養細菌の中から特定の一菌種又は複数種を選定
して別個に培養し、培養液を張り込んだ該菌の培養リア
クタ７（以下リアクタと略記する）に接種する。一方、
太陽エネルギー１を太陽電池２によって電気エネルギー
に変換し、さらに、この電気エネルギーを使用して水を
電気分解３する。
【００１２】この工程で得られた酸素と水素のうち、酸
素５は酸化剤、Ｏ3 原料、飼育用酸素、その他として主
に系外において多目的に使用されるが、発生した水素は
送気管４を経由し、その道程で除菌フィルター６を通過
せしめ、雑菌を除去してからリアクタ７に導入され本発
明の化学独立栄養細菌の電子供与体として利用される。
リアクタ７内に接種されたメタン生産性の化学独立栄養
細菌の生合成によって生成したメタン９は燃焼１０さ
せ、その熱等を回収装置により回収し、エネルギー源と
して多目的に使用１０する。なお、このメタン燃焼１０
に際し、前記水の電気分解工程で生じた酸素５を導入し
て作用させてもよい。
素５は酸化剤、Ｏ3 原料、飼育用酸素、その他として主
に系外において多目的に使用されるが、発生した水素は
送気管４を経由し、その道程で除菌フィルター６を通過
せしめ、雑菌を除去してからリアクタ７に導入され本発
明の化学独立栄養細菌の電子供与体として利用される。
リアクタ７内に接種されたメタン生産性の化学独立栄養
細菌の生合成によって生成したメタン９は燃焼１０さ
せ、その熱等を回収装置により回収し、エネルギー源と
して多目的に使用１０する。なお、このメタン燃焼１０
に際し、前記水の電気分解工程で生じた酸素５を導入し
て作用させてもよい。
【００１３】燃焼の結果として生成される炭酸ガス１１
は、リアクタ７内に返送循環８することによって増殖に
必要な炭酸ガスの一部と水素が基質成分として具備され
る。補充されるべき炭酸ガスは系外１２から、また、そ
の他の必須成分は培地１７から供給されることによって
遅滞なく、順調に増殖する。また、メタンの燃焼によっ
て生じるＨ2 Ｏは電気分解工程３に返送して利用するこ
とができる。
は、リアクタ７内に返送循環８することによって増殖に
必要な炭酸ガスの一部と水素が基質成分として具備され
る。補充されるべき炭酸ガスは系外１２から、また、そ
の他の必須成分は培地１７から供給されることによって
遅滞なく、順調に増殖する。また、メタンの燃焼によっ
て生じるＨ2 Ｏは電気分解工程３に返送して利用するこ
とができる。
【００１４】水素資化性のメタン醗酵菌が水素と炭酸ガ
スを基質としてメタンガスを生成する生物反応は、次の
通りである。 ＣＯ2 ＋４Ｈ2 ＝ ＣＨ4 ＋２Ｈ2 Ｏ メタン生産性化学独立栄養細菌が必要とする炭酸ガス
は、メタンの燃焼ガス１１のみでは不足するので、外部
の、例えば火力発電所或いは各事業場の燃焼炉からの排
出ガス１２を、除菌フィルター６を経由せしめてからリ
アクタ７に補完導入する方法も採用しうる。この種の方
法を適用することにより、本発明は地球環境の改善、保
全に著しく貢献することができる。リアクタ７で増殖し
た余剰菌体１３は、定期的、定量的にリアクタ７外に引
抜き、常法により有用物質を分離する。特にコリノイド
１４が抽出・分離され、精製されて医薬用に提供される
ことが最も好ましい態様である。
スを基質としてメタンガスを生成する生物反応は、次の
通りである。 ＣＯ2 ＋４Ｈ2 ＝ ＣＨ4 ＋２Ｈ2 Ｏ メタン生産性化学独立栄養細菌が必要とする炭酸ガス
は、メタンの燃焼ガス１１のみでは不足するので、外部
の、例えば火力発電所或いは各事業場の燃焼炉からの排
出ガス１２を、除菌フィルター６を経由せしめてからリ
アクタ７に補完導入する方法も採用しうる。この種の方
法を適用することにより、本発明は地球環境の改善、保
全に著しく貢献することができる。リアクタ７で増殖し
た余剰菌体１３は、定期的、定量的にリアクタ７外に引
抜き、常法により有用物質を分離する。特にコリノイド
１４が抽出・分離され、精製されて医薬用に提供される
ことが最も好ましい態様である。
【００１５】
【作用】本発明の、水素資化性化学独立栄養細菌による
微生物学的エネルギー及び有用物質の生産方法は、前記
の細菌としてメタン生産性の化学独立栄養細菌を選択す
ることにより、電子供与体として供給される水素及び炭
酸ガスによりエネルギー物質であるメタンを生合成せし
め、さらに該菌体内に、現在、ほぼ１００％を海外から
の輸入に依存している極めて貴重なコリノイド系物質、
その代表的な物質であるビタミンＢ12を高濃度に蓄積せ
しめ、これを菌体から抽出・精製することにより医薬用
として提供することが出来る優れた新規の生物生産プロ
セスである。
微生物学的エネルギー及び有用物質の生産方法は、前記
の細菌としてメタン生産性の化学独立栄養細菌を選択す
ることにより、電子供与体として供給される水素及び炭
酸ガスによりエネルギー物質であるメタンを生合成せし
め、さらに該菌体内に、現在、ほぼ１００％を海外から
の輸入に依存している極めて貴重なコリノイド系物質、
その代表的な物質であるビタミンＢ12を高濃度に蓄積せ
しめ、これを菌体から抽出・精製することにより医薬用
として提供することが出来る優れた新規の生物生産プロ
セスである。
【００１６】本発明方法は、水素を電気分解することに
より水素を極めて安定的に発生せしめ、化学独立栄養細
菌の培養リアクタに量的変動なく、定常的に供給するこ
とを可能ならしめた。電力の供給については、本発明を
実施する際の最適態様である太陽エネルギーによる夜間
或いは雨天時等における不安定性を緩衝するために、適
当容量の蓄電器を設置するのがよい。また、買電による
パスを設けてもよい。更に、補助的電源としては、風
力、波力、温度差、地熱、磁気流体その他あらゆるもの
が適用できることは言うまでもない。
より水素を極めて安定的に発生せしめ、化学独立栄養細
菌の培養リアクタに量的変動なく、定常的に供給するこ
とを可能ならしめた。電力の供給については、本発明を
実施する際の最適態様である太陽エネルギーによる夜間
或いは雨天時等における不安定性を緩衝するために、適
当容量の蓄電器を設置するのがよい。また、買電による
パスを設けてもよい。更に、補助的電源としては、風
力、波力、温度差、地熱、磁気流体その他あらゆるもの
が適用できることは言うまでもない。
【００１７】一方、化学独立栄養細菌の炭素源としての
炭酸ガスは、水素資化性のメタン生成菌が生合成するメ
タンをエネルギー源として燃焼した場合に生成する炭酸
ガスを、除菌してから培養リアクタに定常的に供給する
ことにより、系外への炭酸ガス放出を抑制すると共に該
菌の順調な生育を促進することが出来る。炭酸ガスの発
生・供給ラインは、該菌が発生するＣＨ4 →酸化燃焼→
ＣＯ2 →リアクタ→ＣＨ4 の径路で系外への放出を極力
抑制し、供給量を適正に保つことにより炭酸ガスが放出
されない装置、いわゆるクローズドシステムが構成さ
れ、地球環境保全にも著しく貢献できる。
炭酸ガスは、水素資化性のメタン生成菌が生合成するメ
タンをエネルギー源として燃焼した場合に生成する炭酸
ガスを、除菌してから培養リアクタに定常的に供給する
ことにより、系外への炭酸ガス放出を抑制すると共に該
菌の順調な生育を促進することが出来る。炭酸ガスの発
生・供給ラインは、該菌が発生するＣＨ4 →酸化燃焼→
ＣＯ2 →リアクタ→ＣＨ4 の径路で系外への放出を極力
抑制し、供給量を適正に保つことにより炭酸ガスが放出
されない装置、いわゆるクローズドシステムが構成さ
れ、地球環境保全にも著しく貢献できる。
【００１８】さらに、本発明は、炭酸ガスを多量に含む
各種の事業場の燃焼炉から排出される炭酸ガスを該菌の
炭素源として選択することも可能であり、本発明は地球
温暖化の解消の一助とも成り得る新しい微生物学的生産
技術である。本発明は、トータルシステムとして、太陽
エネルギーを有効利用すると同時にエネルギー物質の生
産、有用物質の生産も可能なプロセスであり、更に、物
質の効率的内部循環を達成し、系外へのＣＯ2 負荷等を
極力抑制した画期的技術である。このため今後、この種
のプロセスが発展していくことは、間違いないところで
ある。また、この物質生産プロセスを採用することによ
り、地球環境の改善、特に地球温暖化の解消に著しく貢
献することは間違いないものと確信する。
各種の事業場の燃焼炉から排出される炭酸ガスを該菌の
炭素源として選択することも可能であり、本発明は地球
温暖化の解消の一助とも成り得る新しい微生物学的生産
技術である。本発明は、トータルシステムとして、太陽
エネルギーを有効利用すると同時にエネルギー物質の生
産、有用物質の生産も可能なプロセスであり、更に、物
質の効率的内部循環を達成し、系外へのＣＯ2 負荷等を
極力抑制した画期的技術である。このため今後、この種
のプロセスが発展していくことは、間違いないところで
ある。また、この物質生産プロセスを採用することによ
り、地球環境の改善、特に地球温暖化の解消に著しく貢
献することは間違いないものと確信する。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ 図１に示される工程図によって次のように試験した。先
ず、コリノイドを菌体内に蓄積する水素資化性のメタン
生成菌としてメタノバクテリウム フォルミクム（Meth
anobacterium formicum、ＡＴＣＣ ３３２７４）を選
定した。該菌を培地ＡＴＣＣ １０４５（培地組成は表
１参照）により別個に増量培養し、これを種菌として培
養リアクタに１００ml接種した。
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ 図１に示される工程図によって次のように試験した。先
ず、コリノイドを菌体内に蓄積する水素資化性のメタン
生成菌としてメタノバクテリウム フォルミクム（Meth
anobacterium formicum、ＡＴＣＣ ３３２７４）を選
定した。該菌を培地ＡＴＣＣ １０４５（培地組成は表
１参照）により別個に増量培養し、これを種菌として培
養リアクタに１００ml接種した。
【００２０】
【表１】
【００２１】培養リアクタの有効物質１リットルに対し
て培地ＡＴＣＣ １０４５を９００ml追加注入して全量
を１リットルとし、最初は培地の供給速度５０ml／日の
低負荷から馴養を開始した。運転を開始してから１週間
目から所定の供給速度１００ml／日（滞留時間 １０
日）に固定し、菌体濃度が１００００mg／ｌ（１０ｇ／
ｌ）に達した時点で余剰菌体を定量的に引抜き、リアク
タ内の菌体濃度を一定値に維持した。また、菌体混合液
はリアクタ外に供給量と等量引抜き、ＵＦ膜により菌体
を分離してリアクタに返送した。
て培地ＡＴＣＣ １０４５を９００ml追加注入して全量
を１リットルとし、最初は培地の供給速度５０ml／日の
低負荷から馴養を開始した。運転を開始してから１週間
目から所定の供給速度１００ml／日（滞留時間 １０
日）に固定し、菌体濃度が１００００mg／ｌ（１０ｇ／
ｌ）に達した時点で余剰菌体を定量的に引抜き、リアク
タ内の菌体濃度を一定値に維持した。また、菌体混合液
はリアクタ外に供給量と等量引抜き、ＵＦ膜により菌体
を分離してリアクタに返送した。
【００２２】一方、培養リアクタに供給すべき水素は、
前記した通り太陽光エネルギーを太陽電池により電気エ
ネルギーに変換し、この電気エネルギーにより水（２０
％水酸化ナトリウム液）を電気分解することにより確保
し、これを培養リアクタ内に存在する約１０ｇのメタン
発酵菌の生命を維持し、かつ増殖に必要な水素量約１２
Mol／日（約２４ｇＨ2 ／日、２７０リットル／日、実
際には太陽電池に余裕が有ったので、必要量の２倍を供
給した）を、別個に炭酸ガスボンベから炭酸ガス約３ M
ol（１４０ｇＣＯ2 ／日・・・６５リットル／日）を供
給した。これはＨ2 ／ＣＯ2 ＝４／１の割合であった。
前記した通り太陽光エネルギーを太陽電池により電気エ
ネルギーに変換し、この電気エネルギーにより水（２０
％水酸化ナトリウム液）を電気分解することにより確保
し、これを培養リアクタ内に存在する約１０ｇのメタン
発酵菌の生命を維持し、かつ増殖に必要な水素量約１２
Mol／日（約２４ｇＨ2 ／日、２７０リットル／日、実
際には太陽電池に余裕が有ったので、必要量の２倍を供
給した）を、別個に炭酸ガスボンベから炭酸ガス約３ M
ol（１４０ｇＣＯ2 ／日・・・６５リットル／日）を供
給した。これはＨ2 ／ＣＯ2 ＝４／１の割合であった。
【００２３】リアクタ内でメタン生成菌に利用されたの
ち排出される水素と炭酸ガスの混合ガス中には、未利用
の水素、炭酸ガスがなお残留しているので、リアクタ外
に設置されたブロワーにより排出ガスを５０リットル／
日槽内循環し、ガスの利用率を高めた。水素資化性のメ
タン生成菌が必要とする水素２３〜２５ｇ／日を発生す
る為には、必要電気量約３Ｆ（ファラデー）、電流強度
約２８Ａ（アンペア）、これを確保する為の動力は約５
６０Ｗ（ワット）となる。
ち排出される水素と炭酸ガスの混合ガス中には、未利用
の水素、炭酸ガスがなお残留しているので、リアクタ外
に設置されたブロワーにより排出ガスを５０リットル／
日槽内循環し、ガスの利用率を高めた。水素資化性のメ
タン生成菌が必要とする水素２３〜２５ｇ／日を発生す
る為には、必要電気量約３Ｆ（ファラデー）、電流強度
約２８Ａ（アンペア）、これを確保する為の動力は約５
６０Ｗ（ワット）となる。
【００２４】この実用化試験で使用して、単結晶シリカ
をモジュールとする太陽電池の能力は、最大出力１００
Ｗ／Ｍ2 ×１０Ｍ2 ＝１ＫＷ、最適動作電圧は約２０Vo
lt，最適動作電流は約３Ａ、太陽エネルギーの変換効率
約１６％であったので、太陽電池のあとに負荷量に対し
て１０倍の蓄電容量を持っている鉛蓄電器を設置し、さ
らに昇圧器を設けて電圧を１００Voltに昇圧してから水
の電気分解を行なった。以上より、本太陽電池の使用に
より水素資化性のメタン生成菌１０ｇが必要とする水素
量２４ｇ／日の２倍量をリアクタに供給したことにな
る。
をモジュールとする太陽電池の能力は、最大出力１００
Ｗ／Ｍ2 ×１０Ｍ2 ＝１ＫＷ、最適動作電圧は約２０Vo
lt，最適動作電流は約３Ａ、太陽エネルギーの変換効率
約１６％であったので、太陽電池のあとに負荷量に対し
て１０倍の蓄電容量を持っている鉛蓄電器を設置し、さ
らに昇圧器を設けて電圧を１００Voltに昇圧してから水
の電気分解を行なった。以上より、本太陽電池の使用に
より水素資化性のメタン生成菌１０ｇが必要とする水素
量２４ｇ／日の２倍量をリアクタに供給したことにな
る。
【００２５】供給すべき炭酸ガスについては、前記した
通り、本発明ではメタン生成菌によって生合成されたメ
タンガスをエネルギー源として使用し、その結果生成さ
れる炭酸ガスを除菌、除害してからリアクタに送気する
ようになっているが、本実施例においては、市販の炭酸
ガス（純度９９．９％）を購入し、ボンベから供給し
た。実証試験が定常状態に達してからのリアクタへの炭
酸ガスの供給量は前記したとおりである。
通り、本発明ではメタン生成菌によって生合成されたメ
タンガスをエネルギー源として使用し、その結果生成さ
れる炭酸ガスを除菌、除害してからリアクタに送気する
ようになっているが、本実施例においては、市販の炭酸
ガス（純度９９．９％）を購入し、ボンベから供給し
た。実証試験が定常状態に達してからのリアクタへの炭
酸ガスの供給量は前記したとおりである。
【００２６】余剰菌体中のコリノイドは常法により抽出
したのち、コリノイド溶液をイオン交換樹脂（Amberlit
e ＸＡＤ−２）のカラムに吸着せしめたのちメタノール
で溶出して精製し、ジシアノ型として吸光光度計により
総コリノイド量を計算により求めた。以上、詳細に述べ
た実験装置及び実験条件で３カ月間運転し、全体の系が
定常状態に達してから１カ月間に得られた各種の実験デ
ータの範囲を表２に総括した。
したのち、コリノイド溶液をイオン交換樹脂（Amberlit
e ＸＡＤ−２）のカラムに吸着せしめたのちメタノール
で溶出して精製し、ジシアノ型として吸光光度計により
総コリノイド量を計算により求めた。以上、詳細に述べ
た実験装置及び実験条件で３カ月間運転し、全体の系が
定常状態に達してから１カ月間に得られた各種の実験デ
ータの範囲を表２に総括した。
【００２７】
【表２】
【００２８】以上の実証実験により、太陽エネルギーを
太陽電池により電気エネルギーに変換し、さらにこのエ
ネルギーにより水を電気分解することにより得られる水
素を水素資化性のメタン生成菌に対して安定的、連続的
に、かつ定常的に供給（同時に、炭酸ガスも）すること
により、エネルギー物質であるメタンと有用物質である
コリノイドを確実に生産することが可能であることが確
認された。なお、本実施例に用いたメタノバクテリウム
フォルミクム（Methanobacterium formicum)以外の水
素資化性メタン生成菌についてもほぼ同等の成果を得て
いる。
太陽電池により電気エネルギーに変換し、さらにこのエ
ネルギーにより水を電気分解することにより得られる水
素を水素資化性のメタン生成菌に対して安定的、連続的
に、かつ定常的に供給（同時に、炭酸ガスも）すること
により、エネルギー物質であるメタンと有用物質である
コリノイドを確実に生産することが可能であることが確
認された。なお、本実施例に用いたメタノバクテリウム
フォルミクム（Methanobacterium formicum)以外の水
素資化性メタン生成菌についてもほぼ同等の成果を得て
いる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、詳述したように従来技
術とは全く別の次元の発想に基づく発明であり、次のよ
うな効果を奏する。 (1) 太陽エネルギー→太陽電池→水の電気分解により水
素を確実に安定して取得することができ、これを水素資
化性のメタン生成菌に連続的、定常的に供給することに
より、エネルギー物質であるメタンと薬理効果の顕著
な、付加価値の高いコリノイドを確実に生産することが
できる。更にメタンを燃焼させることで熱エネルギー等
のエネルギーを生じさせることができる。
術とは全く別の次元の発想に基づく発明であり、次のよ
うな効果を奏する。 (1) 太陽エネルギー→太陽電池→水の電気分解により水
素を確実に安定して取得することができ、これを水素資
化性のメタン生成菌に連続的、定常的に供給することに
より、エネルギー物質であるメタンと薬理効果の顕著
な、付加価値の高いコリノイドを確実に生産することが
できる。更にメタンを燃焼させることで熱エネルギー等
のエネルギーを生じさせることができる。
【００３０】(2) 太陽エネルギー→太陽電池→水の電気
分解によって得られる水素のコストを従来技術によって
得られる水素のコストと純度９９．９９％基準で比較す
ると約１／４の安価となる。地球環境問題、省エネルギ
ー、省資源の観点から、近い将来、太陽電池が広汎に普
及することは否定できない事実であり、本発明によるエ
ネルギー及び有用物質生産技術は極めて経済効果の高い
プロセスであることは言をまたない。
分解によって得られる水素のコストを従来技術によって
得られる水素のコストと純度９９．９９％基準で比較す
ると約１／４の安価となる。地球環境問題、省エネルギ
ー、省資源の観点から、近い将来、太陽電池が広汎に普
及することは否定できない事実であり、本発明によるエ
ネルギー及び有用物質生産技術は極めて経済効果の高い
プロセスであることは言をまたない。
【００３１】(3) 本発明は、メタン生成菌の基質である
炭酸ガスを系内で循環利用し、これを系外に排出しない
ので、地球温暖化の解消に著しく貢献することが出来
る。 (4) 本発明は、従来技術と異なり、処理しにくい余剰汚
泥を発生せず、逆に増殖菌体内に付加価値の高い有用物
質を多量に蓄積する。この有用物質を抽出した残渣は、
さらに飼料、肥料に再資源化出来るので、本発明は顕著
な経済効果を期待することができる。
炭酸ガスを系内で循環利用し、これを系外に排出しない
ので、地球温暖化の解消に著しく貢献することが出来
る。 (4) 本発明は、従来技術と異なり、処理しにくい余剰汚
泥を発生せず、逆に増殖菌体内に付加価値の高い有用物
質を多量に蓄積する。この有用物質を抽出した残渣は、
さらに飼料、肥料に再資源化出来るので、本発明は顕著
な経済効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す工程図
１：太陽エネルギー、２：太陽電池、３：水の電気分
解、４：水素の送気管、５：酸素、６：除菌フィルタ
ー、７：リアクタ、８：返送循環路、９：メタン、１
０：燃焼、１１：ＣＯ2 、１２：外部ＣＯ2 、１３：余
剰菌体、１４：コリノイド、１５：蓄熱器、１６：種
菌、１７：培地、１８：排出、Ｂ：ブロワー
解、４：水素の送気管、５：酸素、６：除菌フィルタ
ー、７：リアクタ、８：返送循環路、９：メタン、１
０：燃焼、１１：ＣＯ2 、１２：外部ＣＯ2 、１３：余
剰菌体、１４：コリノイド、１５：蓄熱器、１６：種
菌、１７：培地、１８：排出、Ｂ：ブロワー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年６月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】この工程で得られた酸素と水素のうち、酸
素５は酸化剤、Ｏ３原料、飼育用酸素、その他として主
に系外において多目的に使用されるが、発生した水素は
送気管４を経由し、その道程で除菌フィルター６を通過
せしめ、雑菌を除去してからリアクタ７に導入され本発
明の化学独立栄養細菌の電子供与体として利用される。
リアクタ７内に接種されたメタン生産性の化学独立栄養
細菌の生合成によって生成したメタン９は燃焼１０さ
せ、その熱等を回収装置により回収し、エネルギー源と
して多目的に使用する。なお、このメタン燃焼１０に際
し、前記水の電気分解工程で生じた酸素５を導入して作
用させてもよい。
素５は酸化剤、Ｏ３原料、飼育用酸素、その他として主
に系外において多目的に使用されるが、発生した水素は
送気管４を経由し、その道程で除菌フィルター６を通過
せしめ、雑菌を除去してからリアクタ７に導入され本発
明の化学独立栄養細菌の電子供与体として利用される。
リアクタ７内に接種されたメタン生産性の化学独立栄養
細菌の生合成によって生成したメタン９は燃焼１０さ
せ、その熱等を回収装置により回収し、エネルギー源と
して多目的に使用する。なお、このメタン燃焼１０に際
し、前記水の電気分解工程で生じた酸素５を導入して作
用させてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】水素資化性のメタン醗酵菌が水素と炭酸ガ
スを基質としてメタンガスを生成する生物反応は、次の
通りである。 ＣＯ２＋４Ｈ２ → ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ メタン生産性化学独立栄養細菌が必要とする炭酸ガス
は、メタンの燃焼ガス１１のみでは不足するので、外部
の、例えば火力発電所或いは各事業場の燃焼炉からの排
出ガス１２を、除菌フィルター６を経由せしめてからリ
アクタ７に補完導入する方法も採用しうる。この種の方
法を適用することにより、本発明は地球環境の改善、保
全に著しく貢献することができる。リアクタ７で増殖し
た余剰菌体１３は、定期的、定量的にリアクタ７外に引
抜き、常法により有用物質を分離する。特にコリノイド
１４が抽出・分離され、精製されて医薬用に提供される
ことが最も好ましい態様である。
スを基質としてメタンガスを生成する生物反応は、次の
通りである。 ＣＯ２＋４Ｈ２ → ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ メタン生産性化学独立栄養細菌が必要とする炭酸ガス
は、メタンの燃焼ガス１１のみでは不足するので、外部
の、例えば火力発電所或いは各事業場の燃焼炉からの排
出ガス１２を、除菌フィルター６を経由せしめてからリ
アクタ７に補完導入する方法も採用しうる。この種の方
法を適用することにより、本発明は地球環境の改善、保
全に著しく貢献することができる。リアクタ７で増殖し
た余剰菌体１３は、定期的、定量的にリアクタ７外に引
抜き、常法により有用物質を分離する。特にコリノイド
１４が抽出・分離され、精製されて医薬用に提供される
ことが最も好ましい態様である。
Claims (2)
- 【請求項１】 水を電気分解して水素を発生させ、生成
した水素と炭酸ガスとを水素資化性メタン生成菌に供給
して培養し、そこから排出されるメタンを燃焼させてエ
ネルギーを得ると共に、メタンの燃焼により発生した炭
酸ガスを前記水素資化性メタン生成菌の培養に供給し、
増殖した該水素資化性メタン生成菌の菌体の少なくとも
一部を精製して有用物質を得ることを特徴とする微生物
学的エネルギー及び有用物質の生産方法。 - 【請求項２】 水を電気分解して水素を発生させる水素
発生装置と、該発生した水素と炭酸ガスの導入手段及び
生成したメタンの排出手段を備えた内部に水素資化性メ
タン生成菌を培養し得るリアクタと、該リアクタより排
出されたメタンを燃焼させる燃焼器と、燃焼により排出
される炭酸ガスをリアクタに循環させる手段とを有する
ことを特徴とする微生物学的生産装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4351084A JP2516154B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 微生物学的エネルギ―及び有用物質の生産方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4351084A JP2516154B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 微生物学的エネルギ―及び有用物質の生産方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06169783A true JPH06169783A (ja) | 1994-06-21 |
| JP2516154B2 JP2516154B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=18414939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4351084A Expired - Lifetime JP2516154B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 微生物学的エネルギ―及び有用物質の生産方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2516154B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-12-07 JP JP4351084A patent/JP2516154B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP2516154B2 (ja) | 1996-07-10 |
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