JPH11289868A - 閉鎖生態系実験施設 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、自然の生態系の一部を切り取って閉
鎖空間の中に再構築した模擬生態系を、能動的な環境制
御を行い、系の容積の制限に起因する制約を緩和して、
複雑な生態系を安定な状態に保つことが可能で、系の物
質循環のフラックスの状態や変化を測定することが可能
な実験施設を提供することである。 【解決手段】模擬生態系と、その系から発生する不要物
質を必要な物質に変換し外部からの物質の補充すること
なく生態系の維持に必要な物質の循環を制御することが
可能で、生態系の環境条件を調節する維持装置を備え、
かつ、その生態系に悪影響を与える物質を任意に制御し
てその環境影響を発生させる装置を備える閉鎖生態系実
験施設。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は閉鎖生態系実験施設
に係り、特に外部からの物質の授受を遮断した閉鎖空間
の中に模擬生態系を維持し、自然の生態系研究や地球環
境保全研究に関する実験を行う閉鎖生態系実験施設に関
する。

【０００２】

【従来の技術】外部からの物質の授受を遮断した閉鎖空
間の中に構築した模擬生態系を維持し、自然の生態系研
究や地球環境保全研究に関する実験を行う閉鎖生態系実
験施設としては、米国のバイオスフィアII，ロシアのバ
イオス２などがある。

【０００３】第一の公知例としてあげるバイオスフィア
IIは、自然の生態系の一部を切り取って一つの閉鎖空間
の中に再構築したもので、能動的な環境制御を積極的に
行わず、自然の成り行きにまかせたまま複雑な生態系を
安定な状態に保つ大規模な施設である。

【０００４】第二の公知例としてあげるロシアのバイオ
ス３等は、宇宙基地等での人の生命維持システム研究を
主眼とした施設で、植物の栽培は水耕栽培で、人または
実験動物と植物だけの単純な生態系生態系を構築するも
ので、物理的原理，化学的原理，生物学的原理の処理装
置で、その系を維持する施設である。

【０００５】第一の公知例のシステムは、安定な状態を
保ちうる自然の生態系の物質循環の最小単位を構築しよ
うとするものであり、生態系の機構を解明するには複雑
すぎる。第二の公知例のシステムは、自然の生態系の物
質循環を要素別に単純化し、高等な動物の生存を目的と
して人工的な装置類で、系の安定を保とうとするもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】第一の公知例の施設を
用いて、地球の生態系の機構を解明しようとする場合に
は、安定した生態系を維持した状態で観察し、地球の生
態系への環境影響を評価する目的の研究には、施設の運
用条件を変動させて、その結果を観察することになる。
しかし、系が大規模で複雑すぎて可変要素と結果の関係
の解明が難しいという問題や、大規模とはいえ系の容積
は有限であり、施設の運用条件の変動が作用しすぎて系
の変化が暴走し、バランスを保つことができなくなる可
能性があり、生態系の物質循環のフラックスの状態や変
化を直接測定することが難しい等の問題があった。

【０００７】また、第二の公知例の施設を用いて、同様
の研究をしようとする場合には、系の物質循環のフラッ
クスの状態や変化を直接測定することが容易である。し
かし、生態系を単純化して人工的な装置類で系を維持し
ているため、生態系を安定した状態に維持することが難
しいという問題や、可変要素が単純で、充分に環境の変
化を模擬することができない等の問題があった。

【０００８】従って、いずれの形式の施設を用いても、
自然の生態系が持つ容量や、修復力を評価する目的には
不十分であるという問題があった。また、人の生産活動
による影響を模擬した循環系を取り込んだ生態系ではな
いので、人為的な要因による環境影響研究に供すること
が難しいという問題があった。

【０００９】そこで、本発明の第一の目的は、自然の生
態系の一部を切り取って閉鎖空間の中に再構築し、能動
的な環境制御を行い、系の容積の制限に起因する制約を
緩和して、複雑な生態系を安定な状態で制御できる閉鎖
生態系実験施設を提供することにある。

【００１０】また、本発明の第二の目的は、本発明の第
一の目的に加え、系の物質循環のフラックスの状態や変
化を直接測定することが容易な閉鎖生態系実験施設を提
供することにある。

【００１１】また、本発明の第三の目的は、能動的な環
境制御行いつつ、人の生産活動による影響を模擬した諸
装置を循環系に取り込むことにより、人為的な要因によ
る環境影響研究や、自然の生態系の修復力を評価研究が
可能な閉鎖生態系実験施設を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記第一の目的を達成す
るため閉鎖空間の中に再構築する生態系は、そのままで
は安定な状態に保つことはできないが、その系を維持す
るための物理的原理，化学的原理，生物学的原理の処理
装置を備える。生態系を維持するための空気環境の制御
のために備える処理装置は、系内空気の循環装置，成分
の分離，貯蔵，成分調整装置と温湿度の制御装置で、生
態系を維持するための水の環境の制御のために備える処
理装置は、循環，浄化と成分の分離，貯蔵，成分調整装
置である。

【００１３】前記第二の目的を達成するため、閉鎖空間
の中に再構築する生態系と、その系を維持するための各
処理装置の間は、管路で接続して試料の採取，分析，計
測を行う。

【００１４】前記第三の目的を達成するため、生態系を
維持するための能動的な環境制御を行う処理装置の他
に、人の生産活動による影響を模擬した環境影響試験設
備を備え、循環系に接続した系を構築する。

【００１５】このような本発明によれば、自然の生態系
の一部を切り取って閉鎖空間の中に再構築した生態系
を、安定に維持する場合や、環境を変化させた場合の状
態を系のフラックスの状態を測定することにより、生態
系の機構の解明，環境影響の評価を行うことができる。
加えて、環境影響試験設備を取り込んだ循環系により、
人の生産活動による影響を評価することもできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図面を用いて説明する。

【００１７】図１は、閉鎖型環境試験フィールドの設備
構成を示す。閉鎖型環境試験フィールドは、現実の生態
系に放出することに制約がある有害な物質を取り扱う環
境影響実験を、安全に行うことができる模擬フィールド
である。

【００１８】図１に示すように、閉鎖型環境試験フィー
ルドは、生態系を維持できる閉鎖空間を作り、環境を制
御して生態系の機構を解明する実験を行う。図１の実施
例では、複数の条件の異なる閉鎖空間を組み合わせ、相
互に物質のやりとりを行うことで地球の生態系の機構解
明のための実験を行う。ここでは、閉鎖空間を、森林の
模擬環境の閉鎖生態系空間１，水田の模擬環境の閉鎖生
態系空間２，畑の模擬環境の閉鎖生態系空間３，湖沼，
河川模擬環境の閉鎖生態系空間４，河口閉鎖生態系空間
５，海水域の模擬環境の閉鎖生態系空間６及び、高空の
模擬環境の閉鎖空間７から閉鎖型環境試験フィールドを
構成する。さらに、系内温度変化，外気圧変化による系
内空気の体積変動を吸収するエアバッファ８を設ける。

【００１９】個々の閉鎖生態系空間には、系内の温湿度
制御と循環送風を行う空気調和装置１９を設け、任意の
温度湿度に制御するとともに、大気環境としてさらに、
空気組成調整装置１０により空気の組成を構成する成分
を分離または添加して生態系の空気の組成を制御する。
この成分は、ガス成分貯槽１７に蓄える。

【００２０】地上の生態系を模擬する閉鎖生態系空間，
森林の模擬環境の閉鎖生態系空間１，水田の模擬環境の
閉鎖生態系空間２，畑の模擬環境の閉鎖生態系空間３で
は、散水・噴霧装置２０を設けて降雨，霧の気象を再現
できるようにする。水辺の生態系を模擬する閉鎖生態系
空間，湖沼，河川模擬環境の閉鎖生態系空間４，河口閉
鎖生態系空間５，海水域の模擬環境の閉鎖生態系空間６
では、水をそれぞれ、淡水の浄化装置１４，汽水の浄化
装置１５，海水の浄化装置１６により循環浄化するとと
もに、水の組成を構成する成分を分離し貯蔵槽１３に蓄
える。この成分を淡水の組成調整装置１１，汽水・海水
の組成調整装置１２により添加し、生態系の水の組成を
制御する。

【００２１】高空の模擬環境の閉鎖空間７は、減圧環境
に維持する減圧機構９を備え、紫外線を含む光源２１を
設け、空気組成調整装置１０により、空気の組成を構成
する成分を分離または添加して空気の組成を制御し、高
空での化学反応を模擬する。減圧機構９は系内の温湿度
制御や循環送風を行う空気調和の機能も備える。

【００２２】尚、空気組成調整装置１０の除湿により得
られた水は、除湿水貯槽１８に貯留し、散水・噴霧装置
２０などの用水とする。

【００２３】ここで、複数の閉鎖空間に種々の閉鎖生態
系空間を構築しているのは、自然の生態系の一部を切り
取った大規模な模擬生態系を一つ構築するより、その各
部を、さらに切り取って小規模な閉鎖空間の中に再構築
したもので、切り捨てた部分は、制御可能で能動的な処
理装置で置き換えたほうが、大規模な生態系模擬するの
と等価で、生態系のバランスが制御が容易なためであ
る。

【００２４】次に、本発明の全体として、閉鎖型環境試
験フィールドと環境影響試験設備を組み合わせた構成を
図面を用いて説明する。

【００２５】図２に示すように、設備全体としては、図
１における１から３の各閉鎖生態系空間２２，４から６
の各閉鎖生態系空間２３等からなる、閉鎖型環境試験フ
ィールドを試験フィールドとして、各種環境影響試験設
備を組み合わせた実験施設である。

【００２６】ここで、第一の環境影響試験設備は、人の
工業生産活動を模擬するもので、図１における１から３
の各閉鎖生態系空間２２で生育する植物バイオマス３６
を必要に応じて糖転換して発酵しエチレン化するバイオ
マス発酵エチレン化実験装置２６，プラスチック製品４
４を合成する樹脂製品合成実験装置２７，廃プラスチッ
ク３８から燃料３９に変換するプラスチック油化実験装
置２８，発電装置３２から構成する。ここでは、塩化ビ
ニルを想定して、塩素循環実験装置３０により、排気や
原料中の塩素を循環させている。

【００２７】発電装置３２の燃料としては、廃プラスチ
ック３８から得る燃料３９の他に、バイオマス発酵エチ
レン化実験装置２６の発酵段階で得られるアルコールや
発酵方法を変えて得られる水素，メタン等の可燃性ガス
燃料３７として使用する。

【００２８】プラスチック油化実験装置２８から発生す
る残留物４０や、その他可燃物５０は、酸化実験装置２
９により無機化して、得られる灰分４３を閉鎖型環境試
験フィールドに戻す。ラスチック油化実験装置２８，酸
化実験装置２９，発電装置３２から発生する模擬ガス４
１は、排ガス処理装置３１により分離して、図１におい
て空気組成調整装置１０やガス成分貯槽１７で示すガス
の取り扱い系統２４に移送する。酸化実験装置２９，発
電装置３２で必要とする酸素は、閉鎖型環境試験フィー
ルドの空気４２として供給する。

【００２９】第二の環境影響試験設備は、人の農業生産
活動を模擬するもので、図１における１から３の各閉鎖
生態系空間２２で生育する植物の非可食部等の農産廃棄
物４６や生ゴミ４５を堆肥４７に変換するコンポスト処
理実験装置２５である。ここでは、前記のバイオマス発
酵エチレン化実験装置２６の発酵段階で発生する廃棄物
も同様に処理し、閉鎖された循環系として空気の供給，
排ガスの処理がなされることも同様である。

【００３０】第三の環境影響試験設備は、人の生産活動
模擬した実験により地中に浸透した水４８を、地下水浄
化実験装置３３により浄化して模擬地下水４９として循
環させている。

【００３１】第四の環境影響試験設備は、燃焼ガス発生
装置３５により大気汚染物質を含む模擬ガス４１をあえ
て閉鎖型環境試験フィールドに注入し、環境の修復機構
や能力を評価するものである。

【００３２】施設としては、各種の用役設備を有すが、
前記の発電装置３２で得た電力も用役として使用し、冷
温水供給装置３４も各装置の廃熱をヒートポンプにて有
効活用するものとする。

【００３３】また、この発明は、上記の実施例中の設備
構成の態様に限定されることなく、この発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変形を実施しうる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、自然の
生態系の一部を切り取って閉鎖空間の中に再構築した生
態系を、安定に維持する場合や、環境を変化させた場合
の状態を、系のフラックスの状態を測定することによ
り、生態系の機構の解明，環境影響の評価を行うことが
でき、また、さまざまな環境影響試験設備を取り込んだ
循環系により、人の生産活動による影響を評価すること
の可能な実験設備を提供することができる。

【００３５】この実験施設を用いることにより、能動的
に環境を変えてみて生態系の変化を把握することによ
り、環境の影響を評価する実験や、現実の生態系に放出
することに制約がある有害な物質の生態系への影響を確
認する実験，環境修復技術を確認する実験などを定量的
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施例を構成する閉鎖型環境試
験フィールドのシステム構成図である。

【図２】本発明にかかる実施例の閉鎖型環境試験フィー
ルドと環境影響試験設備を組み合わせた構成図である。

【符号の説明】

１…森林の模擬環境の閉鎖生態系空間、２…水田の模擬
環境の閉鎖生態系空間、３…畑の模擬環境の閉鎖生態系
空間、４…湖沼，河川模擬環境の閉鎖生態系空間、５…
河口閉鎖生態系空間、６…海水域の模擬環境の閉鎖生態
系空間、７…高空の模擬環境の閉鎖空間、８…エアバッ
ファ、９…減圧機構、１０…空気組成調整装置、１１…
淡水の組成調整装置、１２…汽水・海水の組成調整装
置、１３…貯蔵槽、１４…淡水の浄化装置、１５…汽水
の浄化装置、１６…海水の浄化装置、１７…ガス成分貯
槽、１８…除湿水貯槽、１９…空気調和装置、２０…散
水・噴霧装置、２１…光源、２２，２３…閉鎖生態系空
間、２４…ガス取り扱い系統、２５…コンポスト処理実
験装置、２６…バイオマス発酵エチレン化実験装置、２
７…樹脂製品合成実験装置、２８…プラスチック油化実
験装置、２９…酸化実験装置、３０…塩素循環実験装
置、３１…排ガス処理装置、３２…発電装置、３３…地
下水浄化実験装置、３４…冷温水供給装置、３５…燃焼
ガス発生装置、３６…植物バイオマス、３７…可燃性ガ
ス燃料、３８…廃プラスチック、３９…燃料、４０…残
留物、４１…模擬ガス、４２…空気、４３…灰分、４４
…プラスチック製品、４５…生ゴミ、４６…農産廃棄
物、４７…堆肥、４８…土壌浸透水、４９…模擬地下
水、５０…その他可燃物。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年５月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】外部からの物質の授受を遮断した閉鎖空
間の中に構築した模擬生態系を維持し、自然の生態系研
究や地球環境保全研究に関する実験を行う閉鎖生態系実
験施設としては、米国のバイオスフィアII，ロシアのバ
イオス３などがある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 勝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 津賀 正一 茨城県日立市助川町一丁目15番16号 泰栄 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小圷 雄二 茨城県日立市助川町一丁目15番16号 泰栄 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 清水 悟史 茨城県日立市助川町一丁目15番16号 泰栄 エンジニアリング株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部からの物質の授受を遮断した閉鎖空間
   の中に模擬生態系を維持し、自然の生態系研究や地球環
   境保全研究に関する実験を行う閉鎖生態系実験施設にお
   いて、模擬生態系と、この生態系から発生する不要物質
   を必要な物質に変換し、生態系の維持に必要な物質の循
   環を制御し生態系の環境条件を調節する維持装置と、こ
   の生態系に悪影響を与える植物バイオマスをアルコール
   発酵させる装置，アルコールをエチレン化する装置，合
   成樹脂原料を合成する装置，プラスチックを油化する装
   置，燃焼ガスを発生する装置，模擬燃焼ガスを発生する
   装置，系内に生育する植物バイオマスから作った燃料を
   使用する発電装置，植物バイオマスや生ゴミを堆肥に変
   換する発酵処理装置，閉鎖空間の中の土壌に浸透した水
   を浄化する装置の少なくともいずれか一つを備えること
   を特徴とする閉鎖生態系実験施設。
2. 【請求項２】請求項１記載の閉鎖生態系実験施設におい
   て、プラスチックの油化，燃焼ガスを発生する際に排気
   や原料中の塩素を化学形態を変えて循環させる管路，プ
   ラスチック油化の際に発生する残留物を焼却装置、また
   は酸化実験装置により無機化して得られる灰分を閉鎖空
   間に戻す管路，プラスチック油化実験装置，酸化実験装
   置，発電装置から発生する排ガスを処理装置により無害
   化処理、または分離，貯蔵して生態系に注入する管路，
   酸化実験装置，発電装置で必要とする酸素を閉鎖空間の
   空気から供給する管路の少なくともいずれか一つを備え
   ることを特徴とする閉鎖生態系実験施設。
3. 【請求項３】請求項２記載の閉鎖生態系実験施設におい
   て、前騎生態系を維持するための能動的な環境制御を行
   う処理装置の他に、人の生活活動による影響を模擬した
   環境影響試験設備を備え、該環境影響試験設備を循環に
   接続したことを特徴とする閉鎖生態系実験施設。