JPH0797983B2 - 生物有機体の製造方法および光生物反応器 - Google Patents

生物有機体の製造方法および光生物反応器

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JPH0797983B2
JPH0797983B2 JP62065493A JP6549387A JPH0797983B2 JP H0797983 B2 JPH0797983 B2 JP H0797983B2 JP 62065493 A JP62065493 A JP 62065493A JP 6549387 A JP6549387 A JP 6549387A JP H0797983 B2 JPH0797983 B2 JP H0797983B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、生物有機体（biomass）の製造方法およびこ
の方法に使用する光生物反応器に関する。
（従来の技術） 藻類（algae）や海草のような、簡単な植物そのものを
用いて光合成技術により有用な生産物を生産しようとす
る長期間にわたる商業上の潜在的要求が、従来から認識
されてきている。事実、青緑藻（blue green algae）の
ような簡単な単細胞有機物の、太陽光線、二酸化炭素、
および海水の無機成分をより複雑な物を作るのに利用す
る能力が、発展過程で重要な役割を果してきている。単
純な有機物の能力を複雑な材料を作るのに利用しようと
する多くの試みがなされてきた。
藻類の開水路栽培（open channel cultivation）が動物
や人間の消費用に生物有機体を生産するために試みられ
た。それほど驚くことではないが、この比較的未熟な方
法は、純粋の高級品をつくるには、敵対する種（時には
危険な毒素をつくる）による逆位、栄養素比率、温度お
よびpHのような変数の調整の困難さ、二酸化炭素の大気
中への逃散および生物有機体の上部のみを照射する光の
効率的でない利用等のために本質的に低収率であるとい
う問題があるため、実用的ないことがわかっている。
これよりやや進んだ試みとして、水平におかれた大きな
直径の透明な生物有機体生産用プラスチックチューブの
利用を内容に含むものるた（例えばイタリア特許出願N
o.21522 A/78）。このようなシステムの問題点は、チュ
ーブ内の液における生物有機体の低い密度、透明度を減
らすことになる低速の流れによる藻類のパイプへの被
覆、夏期の過熱および高い土地の使用法を含んでいる。
その代わりに、一つの構造物がイギリス特許No.2118572
で提案された。これは、約１平方メートルの面積の実質
的にそのパネル表面に対して水平に巻かれている比較的
小さな径のパイプを持つ平坦な垂直パネルから成ってい
る。これもまた、プラントのそれぞれ１平方メートルを
設置するのに土地面積１平方メートルを必要とし、高い
土地の利用法となっている。さらに、商業生産用の多数
のユニットを十分に操作するプロセス制御も非常に大き
い問題となっている。さらにこのようなパネルの設計
は、悪い気候条件に耐えない本質的に不安定な構造を与
える。
遭遇する他の問題は、特に戸外栽培で操作される時、生
物有機体栽培の中に、バクテリア、アメーバおよびくる
まむし（rotifers）のような好ましからざる微生物が成
長することである。
本発明は、このような従来の問題を解消すべくなされた
もので、土地利用を減らし、運転効率を改良した実質的
に商業的スケールで実施できる生物有機体の製造方法お
よび、これに用いる改良された光生物反応器を提供する
ことを目的とする。
［発明の構成］ したがって、本発明の光生物反応器は、直立したコア構
造体と、使用時にチューブの外面が自然光にさらされる
ように、前記コア構造体上に支持されたほぼ透明なチュ
ーブと、生きている植物物質を含んでいる合成混合物
を、植物物質の成長に必須の栄養素と共に、前記透明チ
ューブの中を乱流状態で流させる手段と、前記混合物か
ら生物有機体合成製品を取り出す手段とからなる光生物
反応器において、前記コア構造体はほぼ円筒形であり、
前記透明チューブは前記コア構造体の外側を螺旋状に巻
かれており、さらに、光は前記チューブと前記コア構造
体の間の接触領域側の前記チューブの中へと進入するよ
うに助長されていることを特徴としいてる。また本発明
の生物有機体の製造方法は、生きている植物物質を含ん
でいる合成混合物を、植物物質の成長に必須の栄養素と
共に、直立したコア構造体上に支持されたほぼ透明なチ
ューブの中を乱流状態で流させ、巻かれた前記チューブ
の外面を自然光にさらさせ、前記混合物から生物有機体
合成製品を取り出す生物有機体の製造方法において、前
記合成混合物は前記コア構造体の外側を螺旋状に巻かれ
た前記チューブに沿って上方へ流され、さらに、光は前
記チューブと前記コア構造体の間の接触領域側の前記チ
ューブの中へと進入するように助長されていることを特
徴としている。
生きている植物物質には、藻類、バクテリオファージ
（bacteriophages）および海草などがある。
光の進入を助長する手段は、チューブとコア構造体の間
の接触領域側に、隣あって光反射手段を持ったチューブ
および／またはコア構造体を用意することを含んでい
る。この光反射手段は、コア構造体と巻かれたチューブ
の間にアルミニウム箔のような材料を挟むことにより構
成することができる。この代わりに、コア構造体を白く
塗ったり、および／または、例えばバロティニィ（balo
tini）として知られる小さなガラス球の反射面を用いる
こともできる。または、さらにこれらの代わりに、コア
構造体を、チューブ体の下側に十分な光を導入させるす
かし細工構造としてもよい。光進入をたすけるため、鏡
のような反射手段をコア構造体の最上点近くに配置する
こともできる。代わりに、コア構造体の中に、その中空
中心に垂直に配置された蛍光管のような任意の形状の人
工光源を配置することにより充分な照明を用意してもよ
い。このような追加の光源は連続的に、または必要な時
だけ、例えば夜間または、非常に暗い条件で使用され
る。このような追加の照明は光の使用を最高にするよう
に点滅照明するように備えつけてもよい。
好ましくは、コア構造体はほぼ円筒状であってチューブ
は円筒上に螺旋状に巻かれている。しかしながら、コア
構造体は必ずしも円筒状である必要はなく、例えば先を
切った円錐の形であってもよい。このような形状は、太
陽の光が真下に垂直にそそぐ熱帯における光利用に対し
て効果的であり、円錐構造は影の形成を最低にすること
ができる。好ましくは本方法と装置は、合成混合物のリ
サイクル用に用意されている手段を備えて、連続生産に
適用される。
合成混合物は乱流状態でコア構造体の最上部へポンプで
押し上げられ、乱流状態で巻かれたチューブを通って下
方に流れるようにされる。
代わりに、また好ましくは、合成混合物は、チューブの
基部で導入された適当なガスでヘッダータンク（header
tank）へチューブ内を押し上げられる。
本方法は好気性（aerobic）または嫌気性（anaerobic）
の条件で実施される。したがって二酸化炭素または空気
がチューブに供給され、または酸素、または空気／酸素
混合体が希望する合成製品により使用される。ある植物
合成反応は嫌気性で行われるが、この場合には何等この
ようなガスの導入を必要としない。
本発明の一つの好ましい実施例では、ある生物有機体合
成反応は好気性的に進み、一方あるものは嫌気性的にす
すむという事実が、直列に運転される２個またはそれ以
上の反応器、すなわち第１の反応器（または反応器のバ
ンク）は二酸化炭素のようなガス発生へと導く嫌気性反
応を実施するのに用いられ、その発生ガスは第１の製品
生物有機体が分離された後に、第２の反応器でこのガス
を用いる好気性反応用に用いられるような反応器、を用
意することにより利用される。
本発明のより好ましい形態は、アンモニアガスが窒素源
として、あるいはその一つとして用いられる。制御され
たアンモニアの注入は、バクテリア、アメーバ、および
わむしのような好ましくない微生物の発生を最少にする
のに役立つことが分った。アンモニア塩およびアンモニ
アイオンの存在はこのような成長を阻止し、一方青緑藻
（Spirulina）のような植物材料の成長に栄養素源とし
て作用する。
代わりに、またはさらに、このような成長はチューブの
内部からまた外部から行われる選択的紫外線照射の使用
により阻止される。
合成のための栄養素は、砂糖プラントまたは石油精製廃
棄物または他の高いBOD（biological oxygen demand）
の炭化水素廃棄物から得られるような廃棄流出物により
少なくとも部分的に用意される。廃棄物は本工程で精製
され、それゆえ生産された生物有機体は流出処理工程の
価値ある副成物である。
特に好ましいチューブ材料は、ポリエチレン、特に低密
度ポリエチレンである。これは光透過性に優れている
し、価格も安い。また生物有機体媒質による攻撃に対す
る抵抗性があるという価値の高い利点を持っている。
（実施例） 本発明を以下に図面に引用しながら実施例により説明す
る。
第１図に示されるように、この光生物反応器は直立して
おり、またほぼ円筒形のコア構造体２（点線で示され
る）から成っている。コア構造体２は、連続的な外表面
を備え、例えば中空コンクリートセクション（hollow c
oncrete setion）からなっている。反応器のサイズによ
り、コンクリートセクションは検査および保守要員が内
部に入ったりコア構造体の最上部に位置する装置に到達
したりできるように内部接近ステップを持つこともでき
る。
代わりに、コア構造体はすかし細工構造体（open work
construction）からなっていてもよい。例えば商標“De
xion"で知られているような金属支持体で構成したり、
またはその代わりにコアが円筒状の形をした金属メッシ
ュ構造であってもよい。
支持構造体は、アルミニウム箔のような光反射材料の層
４に面している。光反射層４の上にほぼ透明な材料から
なるチューブ６が螺旋状に巻かれている。好ましい材料
は、ポリエチレンであり、より好ましくは低密度ポリエ
チレンである。何故ならば、このようなチュービングは
優れた光透過性、低価格、さらに容易に押出し可能で長
尺で巻きとることができるからである。ポリエチレン
は、また良好な耐蝕性を有し、かつ普通に大量醗酵法で
使用されてきたステンレススチールのような材料よりも
大幅に反応混合物の化学的条件に耐えることができる。
しかしながらメチルメタクリレートまたは透明ポリ塩化
ビニルのような他のプラスチック材料、さらにはガラス
のような非プラスチック材料でさえも、使用条件に耐え
られれるならば使用可能である。光反射材料層４は、も
しチューブ６自身が半銀付け（half−silvered）され、
またはコア構造体２に隣あって光反射表面を持つように
他に処理されていれば、ある環境では必ずしも必要では
ない。コア構造体２からチューブを支え、巻回物の滑り
落ちを防ぐために、杭（peg）（図示せず）を突出させ
てもよい。
もしコア構造体が十分に開放された構造であれば、光反
射材料の層は、チユービングの下側にまで十分な光が入
込むであろうから必要とはされない。コア構造体の内部
に十分な光が入込むようにするため、プラスチックチュ
ーブ巻きは少なくともチューブ直径の1/4の間隔を離す
べきである。好ましくは、チュービングは水平に対して
例えば３゜の角度で巻かれる。
もし強度について必要があれば、チュービングは、例え
ば透明樹脂のような強化外部被覆を持つこともできる。
これは特に生物有機体の生産をかなりの圧力のもとで実
施したい場合には有効である。
コア構造体は、例えば反射表面を有し、ときにはチュー
ブ巻きがその上になされているメッシュ構造体を有する
実在のタンクのようにソリッドである。もし必要なら
ば、外側メッシュ支持構造がさらに巻回物の回りに備え
られる。タンクは任意の径のものとすることができ、こ
の例では、２〜5mとされる。
コア構造体２の下端は地上に設置されており、さらにチ
ューブ６の下端10は一般に12で示されているポンピング
装置へ地上で延びている。ダイアフラムポンプまたは他
の適当な型のポンプ等からなるポンピング装置12は、例
えば二酸化炭素および／または空気、栄養素とアンモニ
ア、アンモニウム塩、尿素、化合肥料などのような窒素
源を供給するライン14に接続されている。供給ラインは
好都合にはコンピューター制御される。出口チューブ15
は、合成混合物をコア構造体２の中空中心を上方に伸び
て配置されている中心チューブ16を上昇しヘッダータン
ク18へ運ぶ。ヘッダータンク18はライン20に製品の流れ
をとり込むことができるように何らかの適当なとい手段
（launder means）（図示せず）を含むことができる。
例えば、といの中にある混合物の頂部に向かって立上が
ってくるさらに濃縮された生産品は、堰部によって引込
まれる。代わりに他の分離手段、ハイドロサイクロン
（hydrocyclone）のようなものをヘッダータンク18に変
えることができる。ライン20はヘッダータンク18の側面
から伸びているように示されているが、生産品が構造体
の基礎で引取られるようにコア構造体の下の方に同じよ
うに伸びるようにしてもよい。ヘッダータンクはまた、
過剰な空気を取去り、作られた酸素を回収するパージシ
ステムを含んでいる。
また合成混合物は、ヘッダータンク18へコイルにまかれ
たチューブの基礎に導入された適当なガスによりコイル
巻きされたチューブ内を押し上げられ、タンク18から、
必要であれば流量計および／または、熱交換機またはそ
こに組込まれた類似の装置を持っているポンプへと戻り
ライン16を動かされてもよい。このような構成を第３図
を引用して以下に述べる。
ライン20の生産品の流れは、生物有機体から希望するも
のを処理するおよび／または抽出するため何らか適当な
補助設備を通すようにすることができる。それは、特に
生物有機体を適当な混合しにくい抽出用溶剤の流れに同
方向流または反対方向流で、固体／液体または液体／液
体接触器（contactor）を通過させるのに有用である。
一連の生産品は一連の接触器に、もし必要なら接触器の
間に抽残液（raffinate）相を循環させて接触させるこ
とにより抽出される。適当な抽出機はGraesser contact
orとして知られるバケット型の接触器で英国特許明細書
No.1,145,894および米国特許明細書No.3,649,209に記載
されている。
光生物反応器の大きさは実施される生物有機体生産品に
より変わるであろう。
一つの例は青緑藻（Spirulina）からの生物有機体の生
産である。このような場合コア構造体２の全体の高さ
は、例えば8mでコア径は2mである。巻かれているチュー
ブ６は約30mm径の低密度ポリエチレンで、中央チューブ
16はポンプの制御下にある上昇流を妨げることのないよ
うに大きな寸法（約120mm）を持っている。この寸法
は、全体の表面積が126平方メートル、そのうち100平方
メートルに利用しうる自然光により効果的な照射を与え
るチュービング約1,347mを搭載することのできるコア構
造体として計算されている。この反応器の容量はそれゆ
え約1,269である。反応器の円形断面のために、この
ような反応器の大多数は、第２図に示すように比較的小
さな面積に配置することができる。かくて反応器をきち
んと詰込んで整列させると、たった4mの最低間隔で各反
応器を昼間における最高照射とし、また影の影響を最低
にすることができる。
上記実施例は、青緑藻からのミクロ生物有機体の生産を
説明したものであるが、ミクロ生物有機体生産は同じよ
うに大きな径をもつチュービングにおいても実施される
ことが理解されるであろう。一つの例は海草の光合成を
行った例である。しかしながらチュービング直径は材料
がコイルを下方に通過するよう乱流を助けるように十分
小さくしておかねばならない。乱流はチューブの内側に
好ましくない被膜ができるのを阻止するのに役立ち、し
たがって、プラントの使用寿命を増加する。好ましくは
乱流はレイノルズ数で少なくとも2000、さらに好ましく
は3000以上の数を与えるものである。さらに高い乱流
は、細胞を断続的に光にさらすため、各細胞は光合成の
本質である断続的な性質からの利益を受け、光合成の光
利用を最大限のものとする。
従来から、研究者らにより示されてきたように、連続的
な光よりむしろ断続的な光を用いることにより、即時の
成長速度が増大し、生物有機体生産において光エネルギ
ーの単位当りの収量が増した。第１図に示された生産反
応器の変形例として、高度に研磨された薄く小さなアル
ミニウム形材がそこから間隔をおいたコア構造体２のま
わりに配列され、構造体２の頂部にレールのような適当
な手段で吊下げられる。ごく僅かな風でさえもその形材
を揺り動かしチューブ領域に光を点滅させ成長速度を改
良する。代わりに、またはさらに、類似のカーテンが中
空のコアの中に並べられる。カーテンの形材の代わりに
金属リボンのようなものが同じ効果をあたえるように使
用される。もし蛍光管のように、照射がチューブ構造体
の中で使われるとすれば、同じ原理が成長速度を改善す
るのに使われる。蛍光管はこの場合には光が点滅するよ
うにセットされる。
図示されている光生物反応器は、各生物反応器の間の間
隔を最高に使用するように地面に埋められたポンピング
装置12を有する、勿論ポンピング装置は地上に置くこと
ができるが、第２図に示される例では、ポンピング装置
を埋めることが生物反応器の間にサービスおよび製品収
集車を通すための適当な間隔を与えるであろう。このよ
うなサービスは極端な気候条件についての対処の用意、
例えば回路に含まれている熱交換器や、また例えば凍結
の可能性のある低温夜間条件において必要な時は生物反
応器の上に除去可能な絶縁ジャケットの設備などを含ん
でいる。同様に、非常に熱い条件では、冷却剤を外の補
助装置から反応器にスプレイすることもできる。また生
物反応器自身、必要な時にはチュービング６の上に直接
冷却剤をスプレイする用意ができており、例えば構造体
２の頂部に水スプレイ装置があって中空コア構造体を通
る供給チューブにより供給されるようになっている。
反応器の他の一つのの変形例（図示せず）では、コア構
造体２は、コア構造体の基礎に延びているチューブへ導
かれている中央円形といを経由して製品回収用に用意さ
れている手段を持つ回転するプラットフォームの上に搭
載されている。このような配置は回転速度がチューブに
おける流れ特性に影響を及ぼし、さらに／または藻類が
太陽光にさらされる時間に影響を及ぼすという利益があ
る。
大規模で使われるに適した生物有機体生産のもう一つの
方法は第３図に示されるプラントを用いて行われる。プ
ラントは平行に配置された一組のほぼ透明なコイル巻さ
れたチューブ20と22からなり、それぞれ適当なコア構造
体上に搭載されている（図示せず）。このコイルは例え
ば長さ500m、直径30mmの透明なポリ塩化ビニルのチュー
ビングからなっている。適当なコア構造体は、一般に円
筒状の白塗りの本体で、時には反射ガラス球で塗られて
いる。２個のコイルが示されているが、それ以上のコイ
ルが使用され得ることも理解されよう。合成混合物は、
ポンプ装置（適当なものはダイアフラムポンプ）27によ
り押しあげられた循環反応体とともに流量計26を経由し
て供給される単一ライン25からライン23と24を経由して
コイル20および22に供される。ライン25に到達する前
に、循環反応体は浸漬されたヒーターの備えられた熱交
換器28を通過する。ユニット28は低温気候で必要なら熱
をあたえ、一方熱い周囲条件では熱を取去るのに役立
つ。二酸化炭素および空気は、それぞれライン30および
31上の適当な流量計（図示されず）を経てライン25に供
される。
コイル20および22の頂部において、流れている合成混合
物はオーバーフロー取入れ装置34がついているヘッダー
タンク33に進むためのライン32につながっている。オー
バーフロー取入れ装置34は、生産された生物有機体（例
えば藻類）を収集し、バッグフィルター36へ戻りパイプ
35を通って混合物を周期的に下方へ流すものである。バ
ッグは大きな成熟した藻類を保有し一方より小さな成長
しつつある藻類を通過させるメッシュでできている。バ
ックフィルター36は、ライン38で補給水を、一連の栄養
素供給槽40からライン39で栄養素を、それぞれ供給され
るフィルターユニット37中に置かれている。添加した水
と栄養素によるユニット39のろ液はレベルコントロール
バルブ43に応答するポンプ42の作用によりヘッダータン
ク33へライン41で戻される。
過剰な二酸化炭素（および／または他のガス状生産物）
はライン44でヘッダータンク33から引取られる。必要な
空気は空気パージライン45でヘッダータンク33に供給さ
れる。循環混合体はオーバーフロー34を通過しないでラ
イン46のポンプ27へ戻る。
システムにおける循環および製品の取入れは電子的に操
作される圧力コントロール値47により制御される、この
値はスタートした後に最適合成条件がえられた運転でも
たらされる（例えば光学濃度測定により決定される）。
上述の装置で合成混合物はコイルをポンプで押し上げら
れ、できた生産物はもどりパイプ35を重力により下方に
流れることが理解されよう。このような配置は、二酸化
炭素供給がヘッダータンク33に放される前に変化するよ
うに成長しつつある藻類に比較的長い時間接触するとい
う利点を持っている。もし過剰二酸化炭素が出口ライン
44にとどまっているとすれば、二酸化炭素の供給は減少
する。さらに真直ぐの、また比較的長いフイルターバッ
グ36への下方への戻りパイプ35は詰まるのを阻止する高
速を与える。
上述の図に示されている生物反応器は容易に組立てら
れ、また希望すればユニット形態で組立てることができ
る。したがってチューブ状コイルは容易にバルブや接続
部分で反応生成物を必要時に取除いたりおよび／または
何らかの必要な追加の栄養素を導入したりすることがで
きるように組立てられる。これは特にある醗酵反応のよ
うな急速反応に役立つ。
ポンプの運転は、しばしば希望されているように、チュ
ーブの中で高度の乱流を与えるに必要な誘因力をあたえ
るものと上述したが、ある反応では例えば生成細胞が微
妙な性質からなる場合には、より低い流れの条件を使用
することが望ましい。このような場合には、循環を維持
するよう揚力として空気および／または他のガス状の供
給体を使用すれば十分である。もし必要あれば圧縮ガス
ベンチュリジェットまたはスチームジェットが用いられ
る。スチーム注入は特にある熱量が成長に必要とされる
場合に適している。
チューブ状モジュールを使用する時には、長い流通路に
対してさえもチューブを通る流速を制御するように中間
ポンプ、および／または空気またはスチーム注入に対し
て準備が行われる。これは特に反応媒質が粘性になる傾
向をもつ時、例えばある醗酵工程では有効である。第４
図は圧力低下の問題（およびチューブが暖かい時、例え
ば35℃での伸びの問題）を克服する用意を具体化する変
形された反応器を図示している。コイル50はコア構造体
51上に配置されている。合成混合物はリサイクルポンプ
および熱交換器ユニット52を経てコイルを押しあげられ
る、しかし全てコイルの底に導入されずに、入口ライン
53で連続的にそれに沿って導入される。空気と二酸化炭
素はまた各ライン53へバルブ入口58を持つ主供給部57を
経由してそれぞれのライン53に導入される。同じく出口
ライン54は主立上がり部56を経てヘッダータンク55へ各
コイル部分から導かれる。主立上がり部56は、有利には
チューブの膨張に対する要求を満すようにコイルの側面
で動くことのできるように組立てられる。したがって主
体はフレキシブルであるか、またはリジッドであるがフ
レキシブルな台を備えている。各コイル部分におけるチ
ューブの長さは流れの速度、チューブ孔および塔の高さ
などに従って変わるであろう。しかし約300m長で20mmチ
ューブ孔のほぼ８個のサブユニットが適していることが
分った。
上述の方法と装置は広範囲の生物有機体生産工程に応用
可能である。もし希望すれば、反応器への供給システム
はセレニウム、コバルト、銅、亜鉛、ガリウムおよびゲ
ルマニウムのような１またはそれ以上の微量元素の少量
を、微量元素の量を変えるようにいろいろな条件のもと
で導入するよう制御することができる。この工程は、例
えば純粋で首尾一貫した生産品をあたえるように制御条
件下で、藻類および海草から単一の偏った純粋の生物有
機体を生産させることが見られるだろう。補助の工程の
採用により、生物有機体のある種の価値ある製品の濃度
を増加することができる。藻類や他の単純な有機物は溶
解した複合体、普通は蛋白質を生成できることが分っ
た、これは人間や動物のような存在に有用でまた重要で
ありさえもする。例えば、ガンマーリノレイン酸（GL
A）を含む高濃度の脂質は青緑藻から得ることができ
る。代わりに高級寒天はグラチラリア（Gracilaria）か
ら、またデュナリエラ（Dunaliella）からベーターカロ
チン（carotene）を作ることができよう。もし実施され
た工程で反応器のなかの色密度が結果的に増加する（水
溶性天然色素の量の増加により）とすれば、色素除去手
段（クロマトグラフによる分離、または溶剤抽出、たぶ
ん上述のようにGraesser接触器を使って）が適当に色素
回復手段とともに取入れられる。光の進入に悪い影響を
及ぼす過剰な着色の形成はこのようにして保護される。
このような色素はクロロフィル（chlorophylls）、カロ
チン、フィコシアニン（phycocyanins）、フィコエリシ
ン（phycoerythins）を含んでいる。
生物反応器に供給される栄養素においてまた運転条件で
かなりの変化が可能であることが理解されよう。
窒素源の一つとして、または単独の窒素源としてアンモ
ニアを用いることが有効であることが判明した。アンモ
ニアガスの制御された注入は、一方青緑藻のような有機
物の成長を促進するが、バクテリア、アメーバおよびわ
むしのような希望されない微生物の成長を阻止する。こ
れは、このような微生物の成長が以前に提案された生物
有機体製造法の主な問題であったので、かなり商業的に
重要である。バクテリアの成長を阻止する一酸化炭素の
ような他のガスも用いられる。
代わりに、またはさらに、バクテリア侵入の問題は少な
くとも部分的に、チュービングの部分を紫外線照射する
ことにより軽減することができる。これは例えばチュー
ビングの一つまたはそれ以上の部分のまわりに紫外線発
射コイルを巻くことによって、および／またはチュービ
ング自身のなかに、適宜特に広くなったチュービング部
で、紫外線発射管を中に入れることによって果たすこと
ができる。
上述の反応器は、好気性および嫌気性生物有機体生産工
程のどちらにも使用するのに適している。二酸化炭素ま
たは空気のようなガスは例えば青緑藻およびクロレラの
生産に用いられる、一方空気／酸素混合体あるいは酸素
単独ではイースト成長のようなあるプロセスに使用され
る。嫌気性ブロセスは、栄養素として高いBODの炭水化
物廃棄物を用いるロードプシドモナス パルストリス
（Rhodopseudomonas Palustris）の栽培、二酸化炭素を
生じるような反応に実施される。もう一つのプロセスは
ノルカディア（Norcadia）、カンディダ（Candida）お
よび炭水化物を二酸化炭素に劣化させる他のプシュドモ
ナス（Pseudomonas）有機物を含んでいる。
本発明の有用な他の実施例によれば、二つの生物反応
器、または生物反応器のバンクが直列につながれ、第１
はCO24を生じるロードプシドモナス パルストリスまた
はアシッドフィラ（Acidophila）の成長のように嫌気性
反応用に用いられ、一方第２の反応器はクロレラまたは
青緑藻のようなCO2利用の酸素発生藻類の栽培におい
て、このCO2を利用する。このようなシステムは第５図
に示されている。
第５図のフローダイアグラムにおいて、高いBODの流出
液体は、ロードプシドモナス アシッドフィラのような
二酸化炭素発生有機物の栽培に対する栄養素として反応
器61の第１バンクにライン60を通って入る。反応器61で
作られる二酸化炭素はライン62で引込まれる。反応器61
からの液はライン63でフィルターユニット64へ引取られ
る、ここでは固体状の生物有機体が引取られる。ライン
62の二酸化炭素流はフィルター64からの液とライン65で
一緒になり、青緑藻のような二酸化炭素消費、酸素発生
有機物の栽培用の反応器66の第２バンクへ向かってい
く。酸素は何らか適当な目的用にライン67に引込まれ、
一方ライン68に引込まれた液はユニット69でろ過され固
体状生物有機体製品を与える。残りのライン70への流出
物はかなりBOD値が減っている。
勿論さらに段階を加えることができ、また希望する任意
の数の反応器を各バンクに用いることもできる。第１反
応器で作られるどんな他のガスもつぎの反応器または他
の目的に使用することができる。複数個の反応器の使用
は、第１の反応器が気体生成品として水素および酸素を
生じ、これが分離されて第２反応器で酸素消費物質用と
して使用されるような、例えばチャリダモナス ライン
ハルティ（Chalydamonas Reinhardtii）のような水分離
藻類の成長に用いられる時には有効なものである。
混合物のリサイクルを伴った連続運転可能のプロセスの
用意はガスと栄養素の消費をできるだけ最低の消費に押
えるものである。生成酸素はどんな隣接の化学プラント
でも使うことができる。どんな発生熱も熱交換器で使う
ことができる。本発明によれば、開放チャンネル光合成
プロセスで得られる密度の７倍、時には40倍の高密度の
生物有機体を得ることができる。さらに本発明において
は、放棄された、または平坦でない土地でさえも利用す
ることができ、また設備の規模は成長需要をみたすため
容易に拡張することができる。角度を持ったユニットの
使用は光利用を最大とし、拡散光でさえも有効に利用さ
れる。このようにして生物有機体生産の可能な緯度範囲
は比較的広くなり曇った英国の冬の日でさえも藻類また
は海草の成長に十分であることが分った。ほとんどの場
合、厳しい冬でさえも約10℃の最低温度を保つわずかな
加熱が必要とされるだけである。厳しい天候では、透明
なポリエチレンシートの外、カーテンでチューブを熱絶
縁するのが有利であることが分った。夏季の冷却は最高
温度を約35℃に保持するように行うことが望ましい。乱
流状態を用いることは洗浄を必要とする前に長い運転期
間を可能にし、これによって閉鎖期間を最低に維持する
ことができる。どんな場合でもチュービングの清掃は比
較的真直ぐな操作で、チュービングの中を清掃用ビレッ
ト（bullet）をむりに通すことにより行われる。これは
汚染物を壁から剥ぎとらねばならない通常の醗酵タンク
の清掃における問題点と対称的である。
以上説明した本発明のシステムはそれ自身自動制御に役
立ち、またモジュールの全設備はコンピューター制御す
ることができ、それにより入件費を節約することができ
る。さらに有利なことには、このようなマルチーモジュ
ールシステムの役目はもし、必要があれば、一つのタイ
プの製品を作ることから、主なプラントの修正なしに、
他のタイプの製品の製造に切替えることができることで
ある。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の生物有機体の製造方法お
よび光生物反応器によれば、わずかの設置面積で、高い
運転効率で、実質的に商業的スケールで各種の生物有機
体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による光生物反応器の概略図、第２図は
複数個のこのような反応器の配置を説明する見取り図、
第３図は生物有機体生産の一方法についてのフローダイ
ヤグラム、第４図は修正した生物反応器の見取り図、第
５図は直列で運転されている光生物反応器の２つのバン
クのフローダイヤグラムである。 ２……コア構造体、４……光反射材料の層、６……チュ
ーブ、12……ポンプ制御装置、15……出口チューブ、16
……中心チューブ、18……ヘッダータンク、20、２……
コイル、27……ポンプ装置、28……熱交換器、33……ヘ
ッダータンク、34……オーバーフロー取入れ装置、35…
…戻りパイプ、36……バッグフィルター、39……ユニッ
ト、40……栄養素供給槽、43……レベルコントロールバ
ルブ、45……空気パージライン、50……コイル、51……
コア構造体、61……反応器、64……フィルターユニッ
ト、66……反応器、69……ユニット

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直立したコア構造体（２）と、 使用時にチューブの外面が自然光にさらされるように、
    前記コア構造体上に支持されたほぼ透明なチューブ
    （６）と、 生きている植物物質を含んでいる合成混合物を、植物物
    質の成長に必須の栄養素と共に、前記透明チューブの中
    を乱流状態で流させる手段（12）と、 前記混合物から生物有機体合成製品を取り出す手段（2
    0）とからなる光生物反応器において、 前記コア構造体（２）はほぼ円筒形であり、前記透明チ
    ューブ（６）は前記コア構造体の外側を螺旋状に巻かれ
    ており、さらに、光は前記チューブと前記コア構造体の
    間の接触領域側の前記チューブの中へと進入するように
    助長されていることを特徴とする光生物反応器。
  2. 【請求項２】前記支持構造体は中空であり円筒形の壁か
    らなり、さらに開口部を有して光がこの開口部を通り前
    記チューブの中へ進入する開放構造であることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の光生物反応器。
  3. 【請求項３】前記チューブが水平に対し約３度の角度で
    巻かれており、前記チューブの隣接する回転は前記チュ
    ーブの直径の1/4以上の距離で離れていることを特徴と
    する特許請求の範囲第２項記載の光生物反応器。
  4. 【請求項４】光反射手段（４）が前記チューブと前記支
    持構造体の間に設けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の光生物反応器。
  5. 【請求項５】ヘッダータンク（18）が前記支持構造体の
    上部に取り付けられており、前記透明チューブの上端は
    前記ヘッダータンクに接続されていて、螺旋上に巻かれ
    た前記チューブの断面より大きい断面を有するパイプ
    （16）が、前記ヘッダータンクから前記支持構造体の底
    へ伸びており、前記パイプ（16）は前記支持構造体の底
    で前記透明チューブの下端と接続しており、そして、前
    記ヘッダータンクから生物有機体合成製品を取り出す手
    段が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項ないし第４項記載の光生物反応器。
  6. 【請求項６】前記チューブは前記支持構造体上の上下に
    複数にあるセクションに巻かれており、各セクションは
    人口および出口を有し、これらの入口は一緒に接続され
    ており、さらに、前記合成混合物は前記チューブのこれ
    らのセクションを平行に流れることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の光生物反応器。
  7. 【請求項７】前記チューブがポリエチレンまたはポリ塩
    化ビニルからなることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項ないし第６項記載の光生物反応器。
  8. 【請求項８】生きている植物物質を含んでいる合成混合
    物を、植物物質の成長に必須の栄養素と共に、直立した
    コア構造体上に支持されたほぼ透明なチューブの中を乱
    流状態で流させ、 巻かれた前記チューブの外面を自然光にさらさせ、前記
    混合物から生物有機体合成製品を取り出す生物有機体の
    製造方法において、 前記合成混合物は前記コア構造体の外側を螺旋状に巻か
    れた前記チューブに沿って上方へ流され、さらに、光は
    前記チューブと前記コア構造体の間の接触領域側の前記
    チューブの中へと進入するように助長されていることを
    特徴とする生物有機体の製造方法。
  9. 【請求項９】前記チューブは前記支持構造体上の上下に
    複数にあるセクションに巻かれており、さらに、前記合
    成混合物は前記チューブのこれらのセクションを平行に
    流れることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の生
    物有機体の製造方法。
  10. 【請求項１０】前記植物物質が、藻類であることを特徴
    とする特許請求の範囲第８項または第９項記載の生物有
    機体の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記植物物質の成長に必須の栄養素が、
    二酸化炭素および窒素源からなることを特徴とする特許
    請求の範囲第８項または第９項記載の生物有機体の製造
    方法。
  12. 【請求項１２】前記窒素源がアンモニアガスであること
    を特徴とする特許請求の範囲第11項記載の生物有機体の
    製造方法。
  13. 【請求項１３】嫌気性合成が前記チューブの中で行わ
    れ、第１の生物有機体合成製品が取り出され、その後、
    前記合成混合物が第２のチューブを通されこの第２のチ
    ューブの中で前記嫌気性合成で発生した二酸化炭素を用
    いて好気性反応が行われ、前記第２のチューブを通り抜
    けた後に、第２の生物有機体合成製品が取り出されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第８項ないし第12項記載
    の生物有機体の製造方法。
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