JPS62236489A - メタンの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタンの製造方法に関し、更に詳細には、固定
化した微生物を用いて、ガス状の原料から直接メタンを
合成する新規な方法に関する。

したがって本発明は、メタン製造の技術分野のみでなく
、微生物工業、発酵工業、酵素工業等バイオテクノロジ
ーの技術分野において重要な役割を果すものであり、更
には、メタノール、シアン化水素、アセチレンその他各
種の有機工業薬品の原料としてメタンが広く用いられる
ことからして、本発明は化学工業の技術分野でも広く重
用されるものである。

〔従来の技術〕

従来、メタンを微生物を用いて工業的に製造するシステ
ムは存在せず、渫尿、下水処理における嫌気的消化法に
より、あるいは堆肥その他の有機性廃棄物の腐敗等によ
って、副生成物として副生ずるメタンを利用していたに
すぎず、しかもそれは、高分子有機物を汚泥等に含まれ
ている微生物によって分解して低分子化合物化し最終的
にメタンとするものであって、ガス状の低分子原料から
メタンを生合成するものではない。

最近になって、第２図に図示したような装置を用いてメ
タンを製造するシステムが開発された。

それは、窒素源、無機塩類などの補助的栄養源を含む液
体培地ｌｌ中にメタン生成菌１２を浮遊させ、炭酸ガス
、水素ガスを発酵槽外部１３から液体培地中に強制的に
通気供給するとともに、攪拌翼１４による機械的攪拌（
通気攪拌型発酵槽＋５）あるいはドラフトチューブ１６
（気泡塔型発酵槽１７）によって１通気孔１８からの気
泡１９を微粒化し、気液界面を大きくさせると同時に、
培養液中に気泡を長く滞留させることにより、培養液中
への炭酸ガス、水素ガスの溶解速度を促進させ、メタン
生成菌により生化学的反応を起させ、生成ガスを得るも
のであって、このシステムもメタンを、原料ガスから、
直接気相反応によって生合成するものではないし、後記
するように、メタンの生成率が低い等の欠点があるため
工業的に使用することはできない。

このように、低分子の原料ガスを用いて、気相反応によ
ってメタンを直接生合成する技術は全く知られていない
し、ましてや、固定化微生物を用いてメタンを生化学的
に合成する技術に至っては。

その技術課題そのものすら知られていないのが現状であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、有機廃棄物の分解処理過程において副次的に
生成するメタンを利用するシステムではなく、工業的に
メタンを大量に且つ純粋な状態で生化学的に合成するシ
ステムを開発する目的でなされたものである。

そこで、上記目的達成のために、前記した先行技術の内
、通気攪拌式又は気泡塔式発酵槽を用いるシステムに着
目した。

しかしながら、この既知のシステムは、具体的には、次
のような欠点を有していることが判った。

１、通気攪拌型発酵槽では１機械的攪拌のために必要な
動力が大きい。

２、大量の液体、大きな液深が必要である。

３、炭酸ガス、水素ガスが難溶性であるために、供給ガ
スのほとんどは気泡となって、液体表面に達することと
なり、メタン生成菌との接触効率が極めて低い。

４、メタン生成菌の基質消費速度に見合った基質ガスの
供給ができないために、連続化が難しい。

５、ガスの溶解速度に応じた供給を必要とするため、一
方のガスを余剰放出せざるを得ない。

〔発明の構成〕

本発明は、上記欠点を解決して、純粋なメタンを大量に
且つ経済的に製造する工業的製法を開発するためになさ
れたものであるに の目的達成のために、広く研究を行った結果、生成メタ
ンガスの収率を上げるためには、原料ガス濃度を上げ、
且つメタン生成菌との接触率も高める必要があるとの知
見を得た。従来システムのように、培養液中に原料ガス
を溶解せしめたり気泡状にして供給していたのではガス
濃度を充分に高めることができない、そこで、原料ガス
濃度を高めるためのシステムについて完全に発想を転換
して検討した結果、原料ガスをガス状のまま直接供給し
て微生物と接触せしめ、生合成を行わしめるという新規
な技術思想を着想するに到った。

以下本発明を、本発明を実施するための装置の１例とし
て図示した第１図の装置を参照しながら詳細に説明する
。

リアクター１内には固定化した微生物を保持しておく。

微生物の固定化は常法によって行い、担体結合法（共有
結合法、イオン結合法、物理的吸着法）、架橋法、包括
法のいずれもが使用できる。

包括法などがいずれも利用でき；また、物理的吸着によ
る担体結合法も有利に利用できる。

微生物は、球形、円筒形、粒状その他適宜の形状に固定
化した後リアクター１内に充填したり。

リアクターの器壁に直接固定化したり、内面及び／又は
外面に微生物を固定化したホローファイバーを多数リア
クター内に充填したり、微生物を固定化した（多孔質）
プレートを１枚又はそれ以上垂直又は水平にリアクター
内に充填したり、上記した成形固定化菌体を小さなカラ
ムに充填した後これを多数リアクター内に充填したりし
て、リアクターを構成する。

微生物としては、メタン生成菌であればすべての菌を使
用することができる。具体的には、広島重下水処理場の
消化汚泥から単離したダラム陰性メタン生成菌ＨＵ株（
広島大学工学部水弁研究室保存菌株、自由分譲可）、　
Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍしｈｏｒｎ＋ｏａｕ
ｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ　　ＡＴＣＣ２９１８３゜・７ Ｍ、ｆｏｒｍｉｃ、ｉｃｕｍｅＭ、ｏｍｅｌｉａｎｓｋ
ｉｉ。

阿、ｐｒｏｐｉｏｎｉｃｕｍ、Ｍ、　　ｓｏｈｎｇｅｎ
ｉｉｗＭ、　５ｕｂｏｘｙｄａｎｓといったメタノバク
テリウム属菌；Ｍｃｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ　ｍａｚｅ
ｉ、　Ｍ、ｖａｎｉｅｌ、ｉｉといったメタノコツカス
属菌；　Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｉｃｉｎａ　ｍｅｔｈａ
ｎｉｃａｌＬｂａｒｋｅｒｉｉ　ＡＴＣＣ２９８９４と
いったメタノモナス属菌；　Ｍｅｔｈａｎｏｍｏｎａｓ
　ｍｅｔｈｙｌｏｖｏｒａ　ＡＴＣＣ２１０６３といっ
たメタノモナス属菌；が弔独で又はこれらを混合して使
用できる。また、このように菌を単離することなく、例
えばメタン消化汚泥といった菌源となるものを直接固定
して本発明に利用することも可能である。

窒素源、無機塩類といった補助的栄養源を含む液体２を
調節弁３によって噴出管４からメタン生成菌を固定した
担体上に噴霧、滴下、ないし流下せしめる。必要がある
場合には、これらの栄養液は予じめ担体に保持せしめて
おいてもよい。

栄養液２の滴下と同時に、リアクター下部バイブ５から
調節弁６を介して適当な組成とした基質ガスを供給し、
担体上に固定したメタン生成菌及び栄養液と接触せしめ
て目的とするメタンガスを生成せしめる。原料となる基
質ガスの種類及びその組成は、使用菌株によって異る場
合があるので。

使用菌株にしたがって最適なものを選択する必要がある
。例えば１１０株の場合は、原料として水素ガスと炭酸
ガスを使用し、１１□／ＣＯ２比は１よりも大きい方が
よく、特に４以上とするとメタンの生成率が大巾に」二
昇し、工業化には特に適している。このために、生成ガ
ス出ロアにガス分析計（図示せず）を設けて生成ガスの
分析を行って、基質ガス入口に設けた調節弁６を作動せ
しめ、基質ガスの混合比及び／又はその供給呈、供給速
度を、メタン生成の最適値に調節するようにするのが好
適である。

リアクター１は、加温ないし保温のためにその周囲をジ
ャケットで囲み、その中に調温水、調温気体を流したり
、電熱線を配設したりして、メタン生成反応を促進する
ようにしてもよい、また、上記とは逆に、基質ガスの供
給を、リアクター上方から行ない、生成ガスをリアクタ
ー下部から取り出すことも可能である。そしてまた、集
液槽８内に落下してきた栄養液は、そのまま廃棄するこ
となく、液出口９よりポンプ及びパイプを介して（図示
せず）栄養液タンク２へ戻してやって循環使用すると、
その経済性が更に高まる。また必要ある場合にはりアク
タ−内を加圧下におくと、ガスの溶解度が高まって反応
速度を増大させることができる。

このようにして生成したメタンガスは、生成ガス出ロア
を通って、ガス貯蔵１０内に集める。

実施例１〜２ 担体としてゼオライト（粒径７．１＝１２．６ｍｍ）を
使用し、これに広島大学工学部水弁研究室で純粋分離し
た保存菌Ｉ−Ｉ　Ｕ株を担体吸着法によって固定せしめ
た。

このようにして担体に固定せしめたメタン生成菌を第１
図のりアクタ−（リアクター容ｊｔ７５ｍ１２）に充填
し、第１図に図示した装置を用いて、下記の条件でメタ
ン発酵を行った。

発酵温度＝３７℃ 栄養液の供給速度：リアクターあたり２５〜３０ｍ　Ｑ
　／日ガス供給速度：１００．８ｍ１２／時間１　　　
　８１．５　　１８．５　　　　／１．４１２　　　　
５０．１　　４９．９　　　　１．００栄養液の組成 Ｎ１１４Ｇ１　　　　　　０．９ｇ／Ｑ　ｌ）　ｔｒａ
ｃｅ　ｍｅｔａｌ　５ｏｌｕＬｉｏｎＮａｌ１２ＰＯ４
・２１１２０　　　　３　　＃　　団ＴＡ　　　　　　
Ｉ　　ＪＱＫＪＩＰＯ＋　　　　　　　　　　　　　　
　７　　　〃　　　　Ｆｅコ（ＰＯ４）２・８１１２０
　　　　１．０２ＭａＣＬｚ・６１１２０　　　　０．
３６’Ｆ　　ＭｎＣ１，２・４１１２０　　　０．ｌＮ
ａ２Ｓ・０１１２０　　　　　　ｏ、ｓ　〃ＣｏＣｌ２
・６１１２０　　　０．１７ｔｒａｃｅ　＋ｎｅｔａｌ
　ｓｏｌ畦ｉｏｎ　１）　　！Ｊ　ｍｌｌ／Ｑ　　　　
ＺｎＣｌ２　　　　　　　　　　０．１ｖｉｔａｍｉｎ
　５ｏｌｕｔｉｏｎ　２）　　５　　ｎ　　ＣａＣｌ２
　　　　０．０２１１３圓３０．０１Ｏ Ｎａ２ＭｏＯ４・２＋＋２０　　０．０１２）　ｖｉｔ
ａｕｉｎ　５ｏｌｕｔｉｏｎｂｉｏｔｉｎ　　　　　２
　ｍｙＪＱ ｐｙｒｉｄｏｘｉｎｅ−ＩＩｃＩ　　１０ｆｏｌｉｃ　
ａｃｉｄ　　　　２ ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ　　　　５ ｔｈｉａ＠ｉｎｅ　　　　５ ｎｉｃｏｔｊｎｉｃ　ａｃｉｄ　　５ Ｃａ−ｐａｎｔｏｔｈｅｎａｔｅ　　５Ｖ１．Ｌｉ３１
１１１ｎ　　ロ、、　　　　　　　　　０．１α−１ｉ
ｐｏｉｃ　ａｃｉｄ　　５ その結果、次のような結果が得られた。

番号　ｍＱ／ＩＩ、ＷＩｔｌ　　　１１２　　ω２　　
Ｃ１（４ｍＱ／時間　供給ω２量１　　３３．７　　４
／１．！１０　５５．１　　　１８．６　　　０．０２
２　　５３．９　　０　７４．８２５．２　　　１３．
６　　　０．２５以上の結果からも明らかなように、本
発明によれば、１１２及びＣ０２からメタンガスが直接
生合成することができ、特に実施例１からも明らかなよ
うに、基質ガスの組成、つまりＩ（２／ＣＯ２比が４以
上の場合に特にメタンの生成率が大［１］に上昇する。

実施例３ 担体として、ゼオライト、発泡レンガ、無機発泡体の３
種類（粒径７．１〜１２．６＋＋＋ａ＋）を使用し、図
示した装置を用いて次の条件より実施例１．・２と同様
の操作をくり返して、炭酸ガスと水素ガスとからメタン
発酵を行った。

リアクター実容Ｊｉニア５ｎ＋Ｑ 発酵温度＝３７℃ 固定化菌体量：リアクターあたりの乾菌体量ゼオライト
　　　０．６７５ｇ−ｄｒｙ　ｃｅ１１発泡煉瓦　　　
　０．６４３ｇ 無機発泡体　　　０．６０４［ 栄養液の供給速度：リアクターあたり２５〜３０ｍＭ／
日基質ガス供給速度：リアクターあたり４７５０ｍＱ／
日基質ガス組成（幻：Ｈ２８１，５，ＣＯ２１８，５そ
して、次のような結果が得られた。

生成ガス組成 担体　１１２ｃｏ２Ｃ１１，（ａ１２／１）　０掌２量
ゼオライト　４５．２　　０　　５４．８　　　７９８
．３　　　　　０．９１発泡煉瓦　　４６．５　　０．
８　５２．７　　　７！１１．８　　　　　０．９０無
機発泡体　４３．５　　０　　５６．５　　　　ｇｌｏ
、９　　　　　０．９２この結果から明らかなように、
担体の種類に関係なく、菌体量が一定であれば、　ＣＩ
＋４への転換率供給Ｃ０２に対する生成ＣＩ＋４もほぼ
一定で、極めて効率的に、メタンが生成された。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、原料基質ガスか
らメタンを直接生合成できるという全く新規にな効果が
奏されるばかりでなく、次のような卓越したメリットが
あるために、大規模な工業的な合成法として大きなスケ
ールで本発明を実現することができ、工業的方法として
特にすぐれている： １、液の攪拌、基質ガスの通気に要する動力は全く不要
である。気液接触面積が大きい。

２、基質ガスとメタン生成菌との接触効率を高めること
ができ、その結果、リアクターを小さくすることができ
る。

リアクター内の基質ガスの流れは、ガス供給速度に従う
ため、ガスが気泡となって液体表面に達することがない
。

３、メタン生成菌の基質消費速度に見合った基質ガスの
供給が可能になり、連続化を図れる。

４、炭酸ガス：水素ガスの比を理論値に沿って供給する
ことができる。

５、リアクター内に適当な空隙率が存在するので。

生成したガスは自由にリアクター内を通過できる。

そのうえ、本発明によれば、基質ガスを下部から供給し
た場合、生成メタンガスは残部の基質ガスとともに上昇
するが、上昇するに従って基質ガスは消費され、メタン
リッチになる。逆に上部から基質ガスを供給した場合は
、生成メタンガスは残部の基質ガスとともに下降するが
、下降するに従って基質ガスは消費され、メタンリッチ
となる。

したがってリアクターの途中の部分からガスを採取する
ことにより、メタンのみでなく原料ガスをも所定量含有
した混合ガスをも得ることもでき。

大変有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の１例を図示した
ものである。 第２図は従来から使用されているメタン発酵装置を図示
したものである。 第１図 第２図 １１、液体箔地 １２、メクレ生へ− １３嘉貧プス入口 ２０．１涙とγスエロ 手続補正帯 昭和６２年　１月　７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定化したメタン生成菌に水素ガスおよび炭酸ガスを４
   ：１以上の割合で直接に供給しつつメタンを生成せしめ
   ることを特徴とするメタンの製造方法。