JPS5860992A - 緑藻による明暗サイクル利用水素生産方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、明暗サイク四ｆニー１用した緑藻による水素
生産方法に関する。

近年、石油や石炭などの化石燃料に替わるクリーンエネ
ルギー源として水素が注目全集めている。

水素エネルギーは、（１）燃料電池を使えば高効率で電
気エネルギーへ変換することが可能である、（２）単位
重量当りの発熱量が石油の３〜４倍に滝し、しかも燃焼
しても水となるだけで環境汚染の恐れがない、（３）原
料である水は無尽蔵に近い、などの特徴を有している。

この様な水素を太陽エネルギー’に利用して生産しよう
とする試みが、半導体を用いた水分解などの非生物学的
方法と光合成生物を利用する生物学的方法３の両面から
進められている。後者の生物学的方法に関しては、水分
解能を有する高等植物および藻類の代謝を制御すること
により、または水素発生能を有する微生物と組み合わせ
ることにより水の生物学的光分解による水素生産を行な
う糸が提案されている。しかし、従来の糸では水分解の
結果生じる酸素は水素発生糸（ヒドロゲナーゼ）に対し
失活ないし阻害作用をもたらし、不安定性の主要因とな
ることに加え、水素の分離、精製が煩雑であり、水素−
酸素混合ガヌの爆発の危険性があるなど、実用的な水素
生産方法とはいえない。

本発明者らは、優れた生産性と持続性を有する生物学的
水素生産方法を開発すべく研究を行なった結果、特定の
糸では酸素の発生と水素の発生を時間的に分離すること
により、効率的に水素を生産できることを見い出し本発
明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、水素発生能を有する緑藻を
、明好気条件下に水中で培養するサイクルと暗像好気条
件下に水中で培養するサイクルを交互に繰り返すことか
ら成り、明好気条件下の培養中に光合成を行わせ、暗像
好気条件下の培養中に光合成により蓄積した物質を分解
して水素を発生させることを特徴どする明暗サイクルを
利用した緑藻による水素生産方法に存する。

本発明で使用する緑藻は、水素発生能を有するものなら
いずれでもよいが、就中クラミドモナヌ・ラインハルデ
ィー（Ｃｈｌｙ１ｍｙｄ＋ｏｍｎａｓ　ｒｅｉｎｈａｒ
ｄｔｉｉ）が好ましい。緑藻は、いずれの増殖相（ｐｈ
ａｓｅ）のものも使用可能であるが、暗像好気条件下で
の水素発生量（以下、暗水素発生量という。）が多くな
ることから、対数増殖期、特に対数増殖期中期のものが
好ましく使用される。

本発明方法では、′明好気条件下の培養中に光合成が行
なわれてすん粉が緑藻内に蓄積され、暗微好気条件下の
培養中に蓄積されたでん粉が分解されて水素が発生する
。

明好気条件下の培養は、適当な無機成分を含んだ培地中
、光照射下、通気しながら行なう。培養温度は１５〜４
０°Ｃ１特（ｒｃｚ５〜３５°Ｃが好ましい。通気する
空気中に、２〜５容量％の二酸化炭素を混合するとでん
粉の蓄積量が増すので好ましい。適当な培地の７例は、
ブリヌトルの改変培地（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｂｒ１ｓｔ
ｌｅ　Ｍｅｄｉｕｍ、以下、ＭＢＭ培地という。）であ
り、これは次の組成を有する：２５ｍｌ１．Ｆｅ溶液０
．１ｍ／／／、微ｉｔｓ属混合物Ａ５１、Ｏｍｚ／ｌ、
Ｎａ２Ｃｏ３５　ａ、ｎｔ／ｚおよびＮＨ４Ｃ／４２６
８■／　１０ 暗像好気条件下の培養は、微量の酸素を含む窒素雰囲気
下、光を遮断して行う。温度は１５〜４゜°Ｃ１特に２
５〜３５°Ｃが好フしい。窒素雰囲気中に含まれる酸素
の量は培養条件により異なるが、あまり多くなると水素
発生系に阻害的に作用して好ましくなく、通常０．１容
量％を越えないことが好ましい。暗条件での培養開始時
に、０．３０容量％を越えない、特に０．２３容量％を
越えない量の酸素を気相中に存在させると暗水紫発生速
度が増すので好ましい。また、暗水素発生量は培地を攪
拌または振盪することにより増加する。

明暗サイクルは、人工的に作り出すこともできるが、麗
夜の明暗サイクルに合わせるのが適当である。

本発明の方法では、太陽エネルギーを利用して非常に経
済的にかつ効率的に水素を生産することができるだけで
なく、明条件で増殖する緑藻全回収してバイオマヌなど
の有用物質生産に用いることも可能である。また、暗条
件下ではデンプンの分解によシ水素が発生すると共に、
培養Ｚ夜中にエタノール、酢酸、グリセロール、乳酸、
ギ酸などの有機物が蓄積されるので、これら全回収して
利用すれば、本発明方法の経済性はさらに向上する。

次に実施例を示し、本発明方法を具体的に説明する。

実施例１ 明条件におけ゛る培養 ＭＢＭ培地７００−を入れた内容積１ｊの培養ビンニ緑
藻（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ　ｒｅｉｎｈａｒｄｔ
ｉｉ　　）３．５μｆ／　−ｄｒｙ　ｗｔ、　／ｍｌと
なる様に加え、１８Ｗ／ｐノｆの光照射下、約３０°Ｃ
において、５容是％の二酸化炭素を含む空気を０．５１
７分の速度で通気（−１空気雰囲気中で培養して増殖さ
せる。

暗水素発生 藻を増殖させた後、培養ビンに窒素を吹込み微好気条件
にし、次いで光を遮断して約３０℃において攪拌しなが
ら培養し、発生した水素量をガスクロマトグラフィによ
り定量する。

上記の明条件における培養および暗水素発生を１２時間
周期で交互に行った。

結果を第１図のグラフに−示す。同グラフ中、○は水素
発生量（−１左縦軸に示す）、・は藻゛体量（ＯＤ６６
ｏ、右縦軸に示す）全表わす。また、グラフ上端のＬは
明条件、Ｄは暗条件を表わす。

この結果から、各暗水素発生期毎にほぼ一定量の水素が
発生するが、藻体量の増加に比例した水素発生量の増加
はないことが理解される。この理由としては、藻齢の問
題、あるいは単位面積当りの受光量が一定であるため単
位苗体当りに蓄積されるでん粉量が減少する可能性があ
ることなどが考えられる。

実施例２ 暗条件で水素を発生させた後、明条件での培養の前に藻
の一部を回収する以外は実施例１と同様の操作を繰り返
した。結１果を第２図のグラフに示す。グラフ中の記号
は第１図のグラフと同様である。

ｍｌ述の様に、緑薬は暗嫌気条件下でギ酸、乳酸などの
有機物を発酵産物として体外１こ放出する性質を有して
いる。これらの有機物を基質として水素を発生するＥ、
　Ｃｏ１１または光合成細菌を本発明の水素生産方法と
組み合わせれば、水素の生産性を向上させることができ
る。

たとえば、Ｅ、Ｃｏ１１は、ｆｏｒｍｉｃ　ｈｙｄｒｏ
ｇｅｎｌｙａｓ（という酵素系１こよってギ酸を分解し
、酵素を発生する。この酵素系は、通常嫌気条件下、グ
ルコース、カザミノ酸存在下で誘導的に合成される。し
かし、誘導量は嫌気度によって著しく変化し、好気条件
下では全く誘導されない。本発明者らは、嫌気度によっ
て誘導量が゛左右されない、すなわち大気下で誘導可能
な方法を検討した結果、インデューサーとしてギ酸塩（
たとえばギ酸ナトリウム）および好気呼吸の電子供与体
としてコノ１り酸ナトリウムを添加すれば、好気的な培
養たより、グルコースを用いた嫌気的誘導法に匹敵する
高い１°′”ｉｃ　ｈｙｄｒｏ貿１ｙａｓｅ　　活性を
有す６菌か得られることを見い出した。

実施例３および比較例１〜２ Ｅ、Ｃｏ１１ｌＦＯ１２７１３（乾ｉ菌体ｉ１ｆｌｔｌ
Ｏ１ｎｇｔコ相当する量ス、第１表＄こ示す誘導に必要
な物質を含む基質溶液に入れ、気相を窒素または空気と
し、３５℃で２時間振とうした。なお、基質溶液は、実
施例ではギ酸ナトリウム５　Ｑ　ｍＭ　、コハク酸す＝
　トリウム１０ｍＭ、０．２％カザミノ酸および２゜（
１１ＭＩＪン酸カリウム緩衝液（ｐＨ７，０）を含み、
比較例では５０ｍＭグルコース、０．２％カザミノ酸お
よび２０　ｍ　Ｍ　リン酸カリウム緩衝液（ｐＨ７，０
）を含んでいた。２時間の誘導後、集菌し、リン酸緩衝
液で２回洗浄した。この菌を５０ｍＭギ酸ナトリウム溶
液Ｉ溶液れ、気相を窒素とし、３５℃で振とうし１発生
する水素量をガスクロマトグラフィにより分析してｆｏ
ｒｍｉｃ　ｈｙｄｒｏｇｅｎｌｙａｓｅ活性を測定した
。結果を第１表に示す。

第　　１　　表 注１）ｌｕｎｉｔ・は、ギ酸を基質として１時間当り１
μｍｏｌｅの水素を発生する酵素量。

タラミドモナス・ラインハルディを暗像好気条件下で１
２時間培養した後、遠心分離して藻体を除き、上清を、
上述の方法によりｆｏｒｍｉｃｈｙｄｒｏｇｅｎｌｙａ
ｓｅを好気的に誘導したＥ、Ｃｏ１１に与えたところ、
０．７μｍｏｌｅのギ酸を含む上清から０．６３μｍｏ
ｌｅの水素を回収することかできた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１における水素発生量および藻体量変
化を示すグラフ、第２図は、実施例２における水素発生
量および藻体量変化を示すグラフである。 特許出願人　三　浦　喜　温 代理人弁理士青山葆（はが２名） 第１図 時間（ｈ「） 第２図 時間（ｈｒ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素発生能を有する緑藻を、明好気条件下に水中で
   培養するサイクルと暗像好気条件下に水中で培養するサ
   イクルを交互に繰り返すこと４から成り、明好気条件、
   下の培養中に光合成を行なわせ、暗像好気条件下の培養
   中に光合成により蓄積した物質を分解して水素を発生さ
   せることを特徴とする明暗サイクルを利用した緑藻によ
   る水素生産方法。 ２、明好気条件下の培養中、水中に空気と二酸化炭素の
   混合ガヌを通気する特許請求の範囲第１項記載の水素生
   産方法。 ３、二酸化炭素と空気の容量比が２：９８〜ｌＯ：９０
   である特許請求の範囲第２項記載の水素生産方法。 ４、暗像好気条件下の培養を、気相中に０．３０谷ｈ１
   ％を越えない酸素を存在させて開始し、微量酸素を含む
   窒素雰囲気下に行なう特許請求の範囲第１項記載の水素
   生産方法。 ５、対数増殖期の緑藻を用いる特許請求の範囲第１項記
   載の水素生産方法。 ６、対数増殖期中期の緑藻を用いる特許請求の範囲第５
   項記載の水素生産方法。 ７、　　緑ｉがクラミドモナス・ラインハルディー（Ｃ
   ｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ　ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ　
   ）　テある特許請求の範囲第１項、第５項または第６項
   記載の水素生産方法。 ８、各サイクルでの培養温度が１５〜４０°Ｃである特
   許請求の範囲第１項記載の水素生産方法。 ９、各サイクルでの培養温度が２５〜３５°Ｃである特
   許請求の範囲第８項記載の水素生産方法。 １０、暗像好気・条件下の培養を、攪拌または振盪しな
   がら行なう特許請求の範囲第１項記載の水素生産方法。 １１、明暗サイクルが居夜サイクルである特許請求の範
   囲第１項記載の水素生産方法。