WO2007049769A1 - 水素発生能を有するバチルス属の新規菌株、それを用いた水素発生装置、水素発生方法、および電池 - Google Patents

水素発生能を有するバチルス属の新規菌株、それを用いた水素発生装置、水素発生方法、および電池 Download PDF

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hydrogen
gas
reaction solution
hydrogen generation
bacillus subtilis
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PCT/JP2006/321564
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Seiichi Sakane
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Fujimoto, Naoko
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    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/07—Bacillus
    • C12R2001/125—Bacillus subtilis ; Hay bacillus; Grass bacillus

Definitions

  • the present invention relates to a novel strain of the genus Bacillus having hydrogen generation ability, a hydrogen generation apparatus and a hydrogen generation method using the same, and a battery using the novel strain and the hydrogen generation apparatus.
  • fuel cells have attracted attention as a source of energy from the viewpoint of the depletion of energy resources such as petroleum and the impact on the environment.
  • energy resources such as petroleum and the impact on the environment.
  • fuel cells generate electricity while using hydrogen and oxygen to produce water.
  • the method for generating hydrogen described in the patent document has a drawback that a large amount of hydrogen cannot be taken out stably.
  • a new strain of Bacillus subtilis sakane (FERM BP-10715) having the ability to generate hydrogen by stirring.
  • a hydrogen generation reaction solution prepared by adding iron (Fe) to an aqueous solution containing the new strain Bacillus subtilis sakane (FERM BP-10715), and storing the hydrogen generation reaction solution
  • a gas discharge pipe for discharging from an airtight container, wherein the hydrogen generating reaction solution is stirred by the stirring means to generate hydrogen.
  • Such a hydrogen generator mainly includes an airtight container, an agitation means provided in the airtight container, and a gas discharge pipe.
  • hydrogen can be generated by stirring the new strains Bacillus subtilis Sakane, iron and water with a stirring means in an airtight container.
  • [0014] [4] Prepare a hydrogen generation reaction solution by adding iron (Fe) to an aqueous solution containing the new strain Bacillus subtilis sakane (FERM BP-10715) in an airtight container. A second step of stirring the hydrogen generation reaction solution prepared in the first step to generate hydrogen, and a third step of collecting a gas containing the hydrogen generated in the second step And a method for generating hydrogen.
  • Fe iron
  • FERM BP-10715 Bacillus subtilis sakane
  • an aqueous solution containing a new strain Bacillus subtilis sakane and iron are added in an airtight container in the first step, so that the environment necessary for hydrogen generation is obtained.
  • a hydrogen generation reaction solution is prepared, and hydrogen can be generated by stirring the hydrogen generation reaction solution prepared in the first step with the stirring means.
  • the hydrogen separation means in the third step is used. The generated hydrogen can be collected.
  • a novel strain Bacillus subtilis sakane (Bacillus subtilis sakane) which is configured using the hydrogen generator according to [2] or [3] and is stored in an airtight container of the hydrogen generator.
  • a battery comprising: a hydrogen generation reaction solution prepared by adding iron (Fe) to an aqueous solution containing FERM BP-10715); and an anode electrode and a force sword electrode immersed in the hydrogen generation reaction aqueous solution.
  • the hydrogen generator according to [2] or [3] is used, and the hydrogen generator includes a novel strain Bacillus subtilis sakane (F) in an airtight container.
  • ERM BP-Hydrogen generation reaction solution prepared by adding iron (Fe) to an aqueous solution containing 10715) and storing the hydrogen generation reaction solution provided in the hydrogen generation device to discharge hydrogen-containing gas
  • An anode electrode connected to the fuel cell body, a fuel cell body provided with the anode electrode, a force sword electrode provided in the fuel cell, and an air supply for supplying oxygen connected to the force sword electrode And a battery.
  • hydrogen is generated by a hydrogen generator using a new strain of Bacillus subtilis saccharine having hydrogen generation ability, the hydrogen and oxygen supplied from the air supply means, Can be generated by supplying to the fuel cell body.
  • the gas exhaust pipe has a hydrogen separation means, it is possible to supply hydrogen containing almost no impurities, so that it is possible to improve power generation efficiency. Further, since hydrogen containing almost no impurities is used, the battery body is hardly damaged.
  • hydrogen can be generated with a simple structure in which water, iron and a new strain of Bacillus subtilis Sakane are added and stirred in an airtight container. Monkey.
  • hydrogen can be easily generated simply by adding water, iron, and the new strains Bacillus subtilis Sakane to an airtight container and stirring them.
  • the fuel cell of the present invention since hydrogen is generated by a hydrogen generator using a new strain Bacillus subtilis sakane and electric power is generated using the hydrogen, a fuel cell with a low running cost can be obtained. .
  • FIG. 1 (a) is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the hydrogen generator of the present invention, and (b) is a schematic configuration diagram showing a hydrogen separation means.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the hydrogen generator of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a battery of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the battery of the present invention.
  • FIG.5 Gas chromatogram of hydrogen using helium gas as the carrier gas.
  • FIG. 7 Gas chromatogram of air using argon gas as the carrier gas.
  • FIG. 8 is a gas chromatogram showing the results of analysis of gas components, where (a) is the gas chromatogram of Example 1, and (b) is the gas chromatogram of Invention Example 2.
  • FIG. 9 is a gas chromatogram of Comparative Examples 1 to 3 to be compared with Example 1, wherein (a) is a gas chromatogram of Comparative Example 1 and (b) is a gas chromatogram of Comparative Example 2. And (c) is a gas chromatogram of Comparative Example 3.
  • FIG. 10 is a control gas chromatogram of Example 2, wherein (a) is the gas chromatogram of Comparative Example 4, (b) is the gas chromatogram of Comparative Example 5, and (c) is 6 is a gas chromatogram of Comparative Example 6.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the hydrogen generator of the present invention
  • FIG. (b) is a schematic configuration diagram showing a hydrogen separation means
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the hydrogen generator of the present invention.
  • the novel strain Bacillus'Subtilis' sakane of the present invention belongs to Bacillus' Subtilis Microorganism that generates hydrogen (H) by stirring in the presence of water (HO) and iron (Fe)
  • a screening method for isolating a new strain of Bacillus subtilis sakone from this red soil for example, a bacterial solution obtained by dissolving the collected soil in a solution such as water is spread on an agar medium and cultured.
  • the plate dilution method that repeats the grown colonies until they become a single form of colony, or the limiting dilution that uses liquid medium to dilute to a state where the number of cells is stochastically 1 It can be suitably isolated by a method or the like.
  • the new strains Bacillus subtilis sakane isolated by such a screening method and capable of generating hydrogen under predetermined conditions are suitable for the hydrogen generator, hydrogen generation method and fuel cell described below. Can be used.
  • the hydrogen generator according to the first embodiment of the present invention As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 1 (a), the hydrogen generator according to the first embodiment of the present invention
  • 1 is configured to mainly include a hydrogen generation reaction solution 12, a stirring means 13, and a gas discharge pipe 14 in an airtight container 11.
  • the airtight container 11 that can be used in the present invention, a hydrogen generation reaction solution 12 to be described later can be stored, and a container that is not biodegraded by bacteria such as bacteria and has airtightness is preferably used. Can do.
  • a glass airtight container An airtight container made of metal or metal, or an airtight container made of greaves can be suitably exemplified.
  • the shape of the airtight container 11 may be any shape.
  • the gas tight container 11 is provided with a gas exhaust pipe 14 for exhausting the gas containing the generated hydrogen, and the gas exhaust pipe 14 is designed to keep the air tight and airtight. It is preferable to connect a hydrogen separation means 15 (see FIG. 1 (b)) for selectively separating hydrogen.
  • the hydrogen separation means 15 for selectively separating hydrogen a hydrogen separation device using a hollow fiber membrane using aromatic polyimide or a hydrogen separation membrane using a noradium-based amorphous alloy was used.
  • a hydrogen separator and the like can be preferably exemplified.
  • FIG. 1 (b) when a hydrogen separator 15a using a hollow fiber membrane 15e using aromatic polyimide is used as the hydrogen separator 15, the hydrogen according to the first embodiment is used.
  • a high purity purity gas is introduced through an inlet 15b that is airtightly connected to the gas exhaust pipe 14 of the generator 1 and gas that has been generated is introduced through the hollow fiber membrane 15e made of aromatic polyimide.
  • Hydrogen gas can be separated from the permeate gas outlet 15c. It should be noted that the nitrogen gas and oxygen gas that cannot penetrate the hollow fiber membrane 15e made of aromatic polyimide can be discharged from the non-permeate gas discharge port 15d.
  • the hydrogen generator 1 is preferably provided with aeration means 16 for aeration of the hydrogen generation reaction solution 12.
  • the aeration means 16 includes an aeration pipe 16a in which the external force of the hydrogen generator 1 is also extended into the hydrogen generation reaction solution 12, and an aeration pipe connected to the aeration pipe 16a. It is recommended to configure with a pump (not shown). By continuously aeration with this pump, it is possible to improve the activity of the new strains Bacillus subtilis Sakane in the hydrogen generation reaction solution 12 and increase the amount of hydrogen generated.
  • the aeration means 16 is preferably aerated by sending air through a contamination prevention filter (not shown) or the like in order to prevent external contamination of bacteria.
  • the hydrogen generation reaction solution 12 comprises a novel strain Bacillus subtilis It contains an aqueous solution containing and iron 17.
  • a liquid medium containing nutrients for cultivating the new strains Bacillus subtilis Sakane can be used, and hydrogen can also be generated using pure water. Note that it is more preferable to use a liquid culture medium because hydrogen can be continuously generated over a relatively long period of time.
  • the iron (Fe) 17 added to the hydrogen generation reaction solution 12 has a contact area with water (H 2 O).
  • iron powder particles that are as fine as possible.
  • Examples of the stirring means 13 that can be used in the present invention include stirring using a magnetic stirrer, and fixing to a shaft that is rotatably attached so as to maintain the airtightness of the hydrogen generator 1.
  • a preferable example is stirring with a stirring blade (not shown).
  • water (H 2 O) and iron are contained in the airtight container 11.
  • An apparatus for generating hydrogen can be realized with a simple configuration by simply providing the stirring means 13 for stirring (Fe) 17 and the new strain Bacillus subtilis 'Sakane'.
  • the hydrogen generator 1 of the present invention is easy to operate and inexpensive to use hydrogen, unlike the conventional method of generating hydrogen by reacting alkali metal or alkaline earth metal with water. Can be generated. In addition, a large amount of energy is not required for the generation of hydrogen.
  • the hydrogen generation apparatus 2 is mainly composed of a hydrogen generation reaction solution 1 2 in an airtight container 21 as in the first embodiment. And a stirring means 13 and a gas exhaust pipe 14, but in order to maintain a high hydrogen generation capability over a longer period of time and to adjust the amount of hydrogen generation, A circulation pump 28 for circulating the generation reaction solution 12 and a hydrogen generation reaction solution tank 29 for temporarily storing the hydrogen generation reaction solution 12 are provided.
  • the airtight container 21 is filled with the discharge port 21 a for discharging the hydrogen generating reaction solution 12 to the hydrogen generating reaction solution tank 29 and the hydrogen generating reaction solution 12 sent out by the circulation pump 28 into the airtight container 21.
  • An inlet 21b for entering is formed.
  • the hydrogen generation reaction solution 12, the stirring means 13, and the gas discharge pipe 14 will be described in detail in the first embodiment and will not be described.
  • a filter 21c is disposed at the discharge port 21a to prevent the iron 17 from coming out of the airtight container 21. Therefore, the hydrogen generation amount can be adjusted by circulating the hydrogen generation reaction solution 12 with the circulation pump 28 and adjusting the amount of the hydrogen generation reaction solution 12 in the airtight container 21.
  • a new strain Bacillus subtilis in the hydrogen generation reaction solution tank 29, a new strain Bacillus subtilis, a filtration discharge means (not shown) for appropriately filtering and discharging Sacane, or a new strain Bacillus overgrown It is preferable to provide a waste liquid discharging means (not shown) for discharging the subtilis sakane together with the hydrogen generation reaction solution 12.
  • An ultrafiltration filter or the like can be suitably shown as the filtration discharge means, and a cock capable of directly discharging the hydrogen generation reaction solution 12 can be attached as the waste liquid discharge means.
  • Bacillus subtilis Sakane can be maintained in the logarithmic growth phase by moderately reducing the number of cells and supplementing the liquid medium, while maintaining a high hydrogen generation capacity. It is possible.
  • the novel strain Bacillus 'subtilis' sakane in the airtight container 11 (21) is used.
  • a thermostatic device (not shown) for keeping the temperature of the hydrogen generation reaction solution 12 in the hermetic vessel 11 (21) constant.
  • the temperature set by the thermostatic apparatus is preferably a temperature at which a new strain Bacillus subtilis sakone can grow, for example, 10 to 50 ° C, preferably 20 to 40 ° C, and more preferably 25 to 25 ° C. 35 It is preferable to set it at ° c.
  • a hydrogen generation reaction solution 12 is prepared by adding iron to an aqueous solution containing a novel strain Bacillus subtilis sakane contained in an airtight container 11 (21). To do.
  • the hydrogen generation reaction solution 12 prepared in the first step is stirred by the stirring means 13.
  • hydrogen can be generated by the action of the new strain Bacillus subtilis sakane and iron in the hydrogen generation reaction solution 12.
  • the hydrogen generated in the second step is collected. At that time, it is preferable to selectively separate and collect the gas-powered hydrogen containing hydrogen by the hydrogen separating means 15 because the purity of the hydrogen can be increased.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the battery of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the battery of the present invention.
  • the battery 3 according to the first embodiment of the present invention is configured using, for example, the hydrogen generator 1 according to the first embodiment described above.
  • a hydrogen generation reaction solution 12 prepared by adding iron 17 to an aqueous solution containing the new strains Bacillus subtilis sakane stored in the airtight container 11 of the device 1, and an anode electrode 31 immersed in the hydrogen generation reaction aqueous solution 12 and A force sword electrode 32.
  • the anode electrode 31 and the force sword electrode 32 used in the battery 3 can be implemented by metal materials having different electronegativity.
  • the anode electrode 31 can be composed of, for example, a nickel plate, and the force sword electrode 32 can be composed of, for example, one to several carbon rods. wear.
  • the anode electrode 31 and the force sword electrode 32 are immersed in the hydrogen generation reaction solution 12 of the hydrogen generator 1 so as not to contact each other.
  • hydrogen can be generated by the new strains Bacillus subtilis Sakane and iron 17 in the hydrogen generation reaction solution 12, and the generated hydrogen and the hydrogen generation reaction solution 1 Electricity is generated by the action of oxygen in 2.
  • iron powder may be attached to the anode electrode 31 or Z and the force sword electrode 32 by using an adhesive (preferably a conductive adhesive).
  • the anode electrode 31 and the force sword electrode 32 can be connected to a power supply destination device by a copper wire or the like, thereby supplying electricity generated in the battery 3.
  • the hydrogen generator provided in the battery 3 may use the hydrogen generator 2 according to the second embodiment.
  • the battery 4 according to the battery of the present invention is configured using, for example, the hydrogen generator 1 according to the first embodiment described above, and is newly installed in the hermetic container 11.
  • the hydrogen generation reaction solution 12 prepared by adding iron 17 to an aqueous solution containing the strain Bacillus subtilis sakane (FERM BP-10715) is stored, and the hydrogen generation device 1 is equipped with hydrogen.
  • An anode electrode 41 connected to a gas exhaust pipe 14 for discharging gas, a fuel cell main body 43 provided with the anode electrode 41, a force sword electrode 42 provided in the fuel cell 43, and a force sword electrode 42;
  • an air supply means 44 for supplying oxygen connected thereto. That is, the battery 4 according to the second embodiment is a fuel cell type battery.
  • air supply means 44 is connected to the fuel cell main body 43, whereby oxygen is collected from the atmosphere and supplied to the fuel cell 43.
  • the fuel cell main body 43 has, for example, a proton conductive polymer electrolyte membrane (PEM membrane; not shown) sandwiching an anode electrode 41 on one side and a force sword electrode 42 on the other side.
  • a membrane electrode structure (MEA; not shown) is configured to generate electricity by an electrochemical reaction between hydrogen supplied to the anode electrode 41 and oxygen in the air supplied to the force sword electrode 42. is there.
  • Such a fuel cell main body 43 is configured as a stack having a structure in which a large number of single cells (not shown) as power generation units are stacked.
  • hydrogen supplied to the anode electrode 41 of the fuel cell main body 43 is supplied from a gas discharge pipe 14 connected to the hydrogen generator 1. At this time, when hydrogen is separated using the hydrogen separation means 15, the purity of hydrogen can be increased. In this way, it is preferable to increase the purity of hydrogen, because not only the power generation efficiency can be improved, but also the cells are not damaged.
  • New strains of Bacillus, Subtilis, and Sakane were collected from the fall foliage forest zone at the foot of Mt. Oyama in Tottori Prefecture. Place 10 g of soil collected in a place where it is cultivated in a pre-sterilized container, add 300 mL of water, stir well, and let stand at room temperature (about 25 ° C) for 2 hours. 0.5 mL was collected using a pet and spread on LB agar (1.5% agar LB medium (10 g of tripeptone, 5 g of yeast extract, 10 g of NaCl, 1 mL of 1M NaOH, 15 g of agar)). Colonies arbitrarily selected from various forms of colonies obtained by culturing at 25 ° C for 24 hours were collected with a platinum loop, and the isolation process was repeated until a single colony was formed ( Plate culture method).
  • microorganism capable of generating hydrogen (H) in the presence of water (H 2 O) and iron (Fe)
  • Gas Chromatograph Gas Chromatograph GC—3BT (Shimadzu GC-3BT) Column: Molecular sieve 5A
  • Carrier gas Argon gas or helium gas
  • TCD Thermal conductivity detector
  • Fig. 5 shows a gas chromatogram of hydrogen using helium gas as the carrier gas.
  • Figure 6 shows a gas chromatogram of hydrogen using argon gas as the carrier gas.
  • Figure 7 shows an air gas chromatograph using argon gas as the carrier gas.
  • the carrier gas was changed to argon gas, and the same measurement was performed.
  • the injection amount of hydrogen was changed to 0.1 mL, 0.25 mL, 0.5 mL, and 1. OmL.
  • argon gas As a result of changing the carrier gas to argon gas, as shown in FIG. 6, a large and clear peak could be obtained even when the hydrogen injection amount was 0.1 mL. Therefore, we decided to use argon gas as the carrier gas.
  • the retention time was in the range of 0.845 to 1.137 minutes, and the retention time tended to become slower as the hydrogen gas injection amount increased. There was a power to be in.
  • the oxygen retention time was in the range of 1. 459-1. 489 minutes, and it was obvious that the retention time tended to become slower as the injection volume increased.
  • the retention time of nitrogen was in the range of 1. 996-2.123 minutes, and it was clear that the retention time tended to become faster as the injection volume increased.
  • Example 1 a liquid medium (LB medium: 10 g of tripeptone, 5 g of yeast extract, NaCl, which was sterilized at 121 ° C for 20 minutes under the conditions of gas chromatography described above.
  • LB medium 10 g of tripeptone, 5 g of yeast extract, NaCl
  • iron powder corresponding to the hydrogen generation reaction solution of the present invention
  • a magnetic stirrer bar were put in the culture solution in the container, and the mixture was sealed and stirred. And the gas in a container was collected with the syringe and the gas component by a gas chromatography was analyzed. The results are shown in Fig. 8 (a). In addition, 50g of iron powder was added to 10L of liquid medium.
  • Example 2 20 mL of the hydrogen generation reaction solution containing the isolated sample was put into a container that can be sealed, and the same procedure as in Example 1 was performed, and the gas component was stirred while stirring with a magnetic stirrer bar. was analyzed. The results are shown in Fig. 8 (b).
  • FIG. 8 is a gas showing the result of analysis of the gas reacted in Example 1 and Example 2.
  • Example 1 and Example 2 are the same samples, and only the amount of liquid to be cultured is different.
  • Example 2 As a comparison object of Example 1, 4 mL of the hydrogen generation reaction solution containing the isolated sample was used to perform a reaction for generating hydrogen under the following conditions. Analysis was performed (Comparative Examples 1 to 3).
  • Example 2 As a comparison target of Example 2, a reaction for generating hydrogen under the following conditions was performed using 20 mL of the hydrogen generation reaction solution containing the isolated sample, and gas components by gas chromatography were used. (Comparative Examples 4 to 6).
  • FIGS. 10 (a) to 10 (c) show the results of analyzing the gas components of Comparative Examples 4 to 6.
  • FIG. 10 (a) is Comparative Example 4, (b) is Comparative Example 5, and (c) is Comparative Example 6.
  • FIG. 9 shows the gas chromatograms of Comparative Example 1 to Comparative Example 3 that are the comparison of Example 1
  • FIG. 10 shows the gas chromatograms of Comparative Examples 4 to 6 that are the controls of Example 2.
  • Example 1 the component ratio of the gas produced during the analysis of the gas component by gas chromatography was also measured.
  • air was collected as a comparison object, and its component ratio was measured. The results are shown in Table 1.
  • novel strain Bacillus subtilis sakane of the present invention has a high hydrogen generation ability by stirring in the presence of water (H 2 O) and iron (Fe).
  • Sample culture The isolated sample (strain) was inoculated into LB agar (Becton Dickinson, MD, USA) and cultured at 30 ° C for 24 hours. The cultured cells were used as test cells for analysis (hereinafter referred to as “specimen”).
  • the cell morphology, Gram staining, presence of spores, and motility due to flagella were observed with an optical microscope BX50F4 (manufactured by Olympus Corporation) (shooting magnification X 1500, enlargement magnification X 2000). Under these conditions, the mouth-to-face morphology was observed on the LB flagger.
  • FIG. 11 is a Gram-stained image of the specimen (the bar in the figure indicates).
  • Table 2 shows the results of morphological observation and physiological 'biochemical property test'.
  • Table 3 shows the results of a physiological biochemical property test using the API system.
  • Table 4 is a table showing the results of other tests necessary for estimating the attribution taxon.
  • biosafety level of this specimen is one that does not cause human disease or cause veterinary significant disease in animals (Level 1). (The Japanese Society for Bacteriology Biosafety Guidelines (http://wwwsoc.nii.ac.jp/jsp/biosafety/CONTENTS.HTM)).
  • this specimen having hydrogen-producing ability was designated as a new strain of Bacillus subtilis sakane (FERM BP-10715).
  • novel strain Bacillus subtilis' Sakane of the present invention can generate high-purity hydrogen, and thus, for example, a fuel cell using hydrogen. Applicable to batteries.

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Abstract

エネルギー効率が良く、安定かつ安価に水素を発生することができる微生物、それを用いた水素発生方法及び水素発生装置を提供する。スクリーニングによって、バチルス・サブチリス属に属し、水と鉄の存在下で撹拌することで水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（ＦＥＲＭ　ＢＰ－１０７１５）を単離した。水素発生装置１は、当該新規菌株を含有する水素発生反応溶液１２と、水素発生反応溶液１２を貯留するための気密容器１１と、水素発生反応溶液１２を撹拌するための撹拌手段１３と、気密容器１１と気密性を保つように接続され、水素発生反応溶液１２において発生する水素を含有する気体を気密容器１１から排出する気体排出管１４とを備え、撹拌手段１３で水素発生反応溶液１２を撹拌することにより、水素を発生させることができる。

Description

明 細 書
水素発生能を有するバチルス属の新規菌株、それを用いた水素発生装 置、水素発生方法、および電池
技術分野
[0001] 本発明は、水素発生能を有するバチルス属の新規菌株と、それを用いた水素発生 装置および水素発生方法と、その新規菌株および水素発生装置を用いた電池に関 する。
背景技術
[0002] 近年、石油等のエネルギー資源の枯渴化や環境への影響等の観点から、エネル ギ一源として燃料電池が注目されている。一般的に、燃料電池は、水素と酸素を用 Vヽて水を生成しつつ電気を発生するものである。
[0003] このとき、エネノレギ一源としての水素は、水を電気分解（2H 0→2H +0 )すること
2 2 2 で生成することができるが、この方法では、標準状態で 1. 23Vの電位差が必要とさ れている。しかし、水は高い電気抵抗を有するため、それ以上の電位差を水に与え なければならない。
[0004] ここで、水素を発生する方法として、ナトリウムやマグネシウム等のアルカリ金属ゃァ ルカリ土類金属を水と反応させて水素を発生する方法や水蒸気を鉄と接触させて水 素を発生する方法がある。
また、平均粒径 2 m以下のケィ素微粉末と水とを接触させることによって、水素を 発生する方法がある（日本国特開平 4一 59601号公報 (第 1〜2頁)を参照。参照し て説明に代える。）。
[0005] しかし、従来のアルカリ（土類)金属を水と反応させて水素を発生する方法は、反応 が爆発的に進行するという欠点を有するとともに、原料となるアルカリ（土類)金属は 高価なものであるという欠点があった。
そして、前記特許文献に記載されている水素を発生させる方法は、安定して多量の 水素を取り出すことができな 、と 、う欠点があった。
[0006] そのため、従来は低ランニングコストである燃料電池を実現することができな力つた [0007] したがって、エネルギー効率が良ぐ安定かつ安価に水素を発生することができる 微生物と、それを用いた水素発生方法および水素発生装置と、その新規菌株および 水素発生装置を用いた低ランニングコストである電池の提供が望まれて 、る。
発明の開示
[0008] 本発明者は、このような従来技術の実状に鑑みて鋭意研究した結果、水と鉄の存 在下で撹拌すると、水から水素を発生することのできる微生物（菌）をスクリーニング することに成功し、本発明を完成するに至った。
[0009] すなわち、本発明の諸側面として、次のような微生物と、それを用いた水素発生方 法および水素発生装置と、その新規菌株および水素発生装置を用いた電池を提供 する。
[0010] [1] バチルス 'サブチリス（Bacillus subtilis)に属し、水（H O)と鉄（Fe)の存在下に
2
お 、て撹拌することで水素発生能を有する新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ (B acillus subtilis sakane ;FERM BP— 10715)。
[0011] [2] 新規菌株バチルス ·サブチリス'サカネ（Bacillus subtilis sakane ;FERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄 (Fe)を加えて調製した水素発生反応溶液と、前記 水素発生反応溶液を貯留するための気密容器と、前記水素発生反応溶液を撹拌す るための撹拌手段と、前記気密容器と気密性を保つように接続され、前記水素発生 反応溶液において発生した水素を含有する気体を前記気密容器から排出する気体 排出管と、を備え、前記撹拌手段で前記水素発生反応溶液を撹拌することにより、水 素を発生させることを特徴とする水素発生装置。
[0012] このような水素発生装置とすれば、主として気密容器と、この気密容器内に内設さ れた撹拌手段と、気体排出管とで構成される。このような簡易な構成でありながら、気 密容器内で、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネと鉄と水とを撹拌手段で撹拌す ること〖こよって水素を発生することができる。
[0013] [3] 前記気体排出管に気密性を保つように接続され、前記気体から前記水素を選 択的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする [2]に記載の水素 発生装置。 このような水素発生装置とすれば、水素分離手段を設けるによって、気密容器内に 存在する気体から水素を選択的に分離して採集することができ、水素の純度を高め ることがでさる。
[0014] [4] 気密容器に入れられた、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ（Bacillus subtili s sakane ;FERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄（Fe)を加えて水素発生反 応溶液を調製する第一工程と、前記第一工程で調製された前記水素発生反応溶液 を撹拌して水素を発生する第二工程と、前記第二工程で発生した前記水素を含む 気体を採集する第三工程と、を含むことを特徴とする水素発生方法。
[0015] このような水素発生方法とすれば、第一工程で気密容器内に、新規菌株バチルス' サブチリス 'サカネを含有する水溶液と鉄とを加えることで、水素の発生に必要な環 境である水素発生反応溶液を調製して、第一工程で調製された水素発生反応溶液 を撹拌手段により撹拌することで水素を発生させることができ、第三工程の水素分離 手段によって、第二工程で発生した水素を採集することができる。
[0016] [5] 前記第三工程は、前記水素を含む気体から前記水素を選択的に分離して採 集する水素分離手段によって行うことを特徴とする [4]に記載の水素発生方法。 このような水素発生装置とすれば、水素を含む気体から水素を選択的に採集するこ とで水素の純度を高めることができる。
[0017] [6] [2]または [3]に記載の水素発生装置を用いて構成され、前記水素発生装置 の気密容器内に貯留された、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ（Bacillus subtilis sakane ;FERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄（Fe)を加えて調製した水素 発生反応溶液と、前記水素発生反応水溶液に浸漬したアノード電極および力ソード 電極と、を備えることを特徴とする電池。
[0018] このような電池とすれば、水素発生能を有する新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカ ネを用いて水素発生装置で水素を発生させ、その水素と水素発生反応溶液中の酸 素とをそれぞれアノード電極および力ソード電極と接触させることで発電することがで きる。
[0019] [7] [2]または [3]に記載の水素発生装置を用いて構成され、前記水素発生装置 は、気密容器内に新規菌株バチルス 'サブチリス'サカネ（Bacillus subtilis sakane ;F ERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄 (Fe)を加えて調製した水素発生反応 溶液を貯留し、前記水素発生装置に備えられた、水素を含有する気体を排出するた めの気体排出管と接続されたアノード電極と、前記アノード電極を備えた燃料電池本 体と、前記燃料電池に備えられた力ソード電極と、前記力ソード電極と接続された、酸 素を供給するための空気供給手段と、を備えることを特徴とする電池。
[0020] このような電池とすれば、水素発生能を有する新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカ ネを用いて水素発生装置で水素を発生させ、その水素と、空気供給手段から供給さ れる酸素と、を燃料電池本体に供給することで発電することができる。
[0021] [8] 前記気体排出管は、気密性を保つように接続され、前記気体力 前記水素を 選択的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする [7]に記載の電 池。
[0022] このような電池とすれば、気体排出管が水素分離手段を有すれば、不純物をほとん ど含まない水素を供給することができるので、発電効率を向上させることが可能となる 。また、不純物をほとんど含まない水素を用いるので、電池本体が傷みにくい。
[0023] 本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
本発明の新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネによれば、水と鉄の存在下で撹拌 することで水素を発生することができる。
また、本発明の水素発生装置によれば、気密性の容器内に水と鉄と新規菌株バチ ルス ·サブチリス ·サカネとを加えて撹拌するだけの簡単な構成で水素を発生させるこ とがでさる。
さらに、本発明の水素発生方法によれば、気密性の容器内に水と鉄と新規菌株バ チルス ·サブチリス ·サカネとを加えて撹拌するだけで容易に水素を発生させることが できる。
また、本発明の燃料電池によれば、新規菌株バチルス ·サブチリス'サカネを用いた 水素発生装置で水素を発生させ、その水素を用いて発電するので、低ランニングコ ストの燃料電池とすることができる。
[0024] 前記した本発明の諸側面及び効果、並びに、他の効果および更なる特徴は、添付 の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説 明により、一層明ら力となるであろう。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1] (a)は、本発明の水素発生装置の第一実施形態を示す概略構成図であり、 (b) は、水素分離手段を示す概略構成図である。
[図 2]本発明の水素発生装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
[図 3]本発明の電池の第一実施形態を示す概略構成図である。
[図 4]本発明の電池の第二実施形態を示す概略構成図である。
[図 5]キヤリヤーガスとしてヘリウムガスを使用した、水素のガスクロマトグラムである。
[図 6]キヤリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、水素のガスクロマトグラムである。
[図 7]キヤリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、空気のガスクロマトグラムである。
[図 8]気体成分の分析を行った結果を示すガスクロマトグラムであって、 (a)は、実施 例 1のガスクロマトグラムであり、（b)は、発明例 2のガスクロマトグラムである。
[図 9]実施例 1の比較対象となる比較例 1〜3のガスクロマトグラムであって、（a)は、 比較例 1のガスクロマトグラムであり、（b)は、比較例 2のガスクロマトグラムであり、（c) は、比較例 3のガスクロマトグラムである。
[図 10]実施例 2の対照のガスクロマトグラムであって、（a)は、比較例 4のガスクロマト グラムであり、（b)は、比較例 5のガスクロマトグラムであり、（c)は、比較例 6のガスクロ マトグラムである。
[図 11]検体のグラム染色像である（同図中のバーは 10 mを示す)。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下に、本発明の新規菌株バチルス ·サブチリス，サカネ、それを用いた水素発生 装置、水素発生方法および電池について、適宜図面を参照しつつ、詳細に説明する 参照する図面において図 1 (a)は、本発明の水素発生装置の第一実施形態を示す 概略構成図であり、同図 (b)は、水素分離手段を示す概略構成図である。図 2は、本 発明の水素発生装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
[0027] [ 1.新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ]
本発明の新規菌株バチルス 'サブチリス'サカネは、バチルス 'サブチリスに属する 微生物であり、水 (H O)と鉄 (Fe)の存在下で撹拌することによって水素 (H )を発生
2 2 することができる。この新規菌株バチルス ·サブチリス'サカネは、 2004年 3月 29日付 けで日本国の独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに、 Bac illus subtilis sakane；受託番号 FERM P— 19758として寄託され、 2006年 10月 25 日付けで同特許生物寄託センターに、 Bacillus subtilis sakane；受託番号 FERM B P— 10715として移管されている。
[0028] 新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネは、鳥取県大山山麓の紅葉榭林帯の中から 採取されたものである。
この赤土から新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを単離するスクリーニング方法 としては、例えば、寒天培地の上に、採取した土壌を水などの溶液に溶力して得た菌 液を塗り広げて培養し、生育したコロニーを単一の形態のコロニーとなるまで繰り返し 行う平板培養法や、液体培地を用いて、確率的に細胞数が 1個となるような状態まで 希釈して単離を行う限界希釈法などにより好適に単離することができる。
[0029] そして、単離した微生物（菌）について、後記するガスクロマトグラフィーなどにより、 水素発生能を有する力否かを確認することで水素発生能を有する微生物のみをスク リー-ングすることができる。
[0030] このようなスクリーニング方法により単離され、所定の条件下で水素発生能を有する 新規菌株バチルス，サブチリス'サカネは、次に説明する水素発生装置、水素発生方 法および燃料電池に好適に用いることができる。
[0031] [2.水素発生装置]
[水素発生装置の第一実施形態]
図 1 (a)の概略構成図に示すように、本発明の第一実施形態に係る水素発生装置
1としては、気密容器 11内に、主として水素発生反応溶液 12と、撹拌手段 13と、気 体排出管 14とを含んで構成される。
[0032] (気密容器）
本発明で用いることのできる気密容器 11は、後記する水素発生反応溶液 12を貯 留することができ、細菌などのバクテリアによって生分解されず、さらに、気密性を有 する容器を好適に用いることができる。このような容器としては、ガラス製の気密容器 や金属製の気密容器、榭脂製の気密容器を好適に例示することができる。なお、気 密容器 11の形状はどのようなものであっても構わない。また、この気密容器 11には、 発生した水素を含有する気体を排出するための気体排出管 14が設けられており、こ の気体排出管 14には、さら〖こ、気密性を保つように水素を選択的に分離する水素分 離手段 15 (図 1 (b)参照)を接続するのが好ましい。
[0033] 水素を選択的に分離するための水素分離手段 15としては、芳香族ポリイミドを用い た中空糸状の膜を用いた水素分離装置や、ノラジウム系アモルファス合金を用いた 水素分離膜を用いた水素分離装置などを好適に例示することができる。例えば、図 1 (b)に示すように、水素分離手段 15として芳香族ポリイミドを用いた中空糸状の膜 15 eを用 Vヽた水素分離装置 15aを使用した場合、第一実施形態に係る水素発生装置 1 の気体排出管 14と気密的に接続された導入口 15bから、発生した水素を含む気体 を導入し、内設された芳香族ポリイミド製の中空糸状の膜 15eを透過した純度の高い 水素ガスを、透過ガス排出口 15cから分離することができる。なお、芳香族ポリイミド 製の中空糸状の膜 15eを透過できな力つた窒素ガスや酸素ガスは、非透過ガス排出 口 15dから排出することができる。
このように、水素分離手段 15を用いることで、本発明の水素発生装置 1によって発 生した水素を、より純度の高 、水素として得ることが可能である。
[0034] また、本発明の第一実施形態に係る水素発生装置 1には、水素発生反応溶液 12 を曝気するための曝気手段 16を設けるのがよい。曝気手段 16としては、図 1 (a)に示 すように、水素発生装置 1の外部力も水素発生反応溶液 12中まで延設された曝気管 16aと、この曝気管 16aに接続された送気用のポンプ (不図示）とで構成するのがよい 。このポンプによって継続的に曝気を行うことで水素発生反応溶液 12中の新規菌株 バチルス ·サブチリス ·サカネの活性を向上させ、水素の発生量を高めることが可能で ある。なお、この曝気手段 16には、外部からの細菌のコンタミネーシヨンを防止するた め、コンタミネーシヨン防止用のフィルター（不図示)などを介して空気を送り、曝気す るのがよい。
[0035] (水素発生反応溶液）
本発明における水素発生反応溶液 12は、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを 含有する水溶液と鉄 17とを含んで構成されている。なお、この水溶液としては、新規 菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを培養するための栄養素を含んだ液体培地を用い ることができるほか、純水を用いて水素を発生させることも可能である。なお、液体培 地を用いると、比較的長期間に渡って連続して水素を発生させることが可能となるた め、より好ましい。
[0036] そして、この水素発生反応溶液 12に加える鉄 (Fe) 17は、水 (H O)との接触面積
2
を大きくする観点から、できるだけ細か 、粒子の鉄粉を用いるのがよ 、。
[0037] (撹拌手段）
本発明で用いることのできる撹拌手段 13としては、例えば、マグネットスターラーを 用いて撹拌することや、水素発生装置 1の気密性を保つように回転自在に取り付けら れた軸に固定されて ヽる撹拌翼 (不図示)で撹拌することを好適に例示することがで きる。
[0038] このように、本発明の水素発生装置 1によれば、気密容器 11内に、水 (H O)と、鉄
2
(Fe) 17と、新規菌株バチルス ·サブチリス 'サカネとを撹拌するための撹拌手段 13を 設けるだけの簡単な構成で水素を発生させる装置を具現することができる。また、本 発明の水素発生装置 1は、従来用いられてきたアルカリ金属やアルカリ土類金属と水 とを反応させて水素を発生させる方法とは異なり、操作が容易であり、かつ安価に水 素を発生させることが可能である。また、水素の発生のために多大なエネルギーを必 要とすることがない。
[0039] [水素発生装置の第二実施形態]
また、図 2の概略構成図に示すように、本発明の第二実施形態に係る水素発生装 置 2としては、第一実施形態と同様、気密容器 21内に、主として水素発生反応溶液 1 2と、撹拌手段 13と、気体排出管 14とを含んで構成されているが、より長期間に渡つ て水素発生能を高く維持するため、および、水素発生量の調節を行うために、水素 発生反応溶液 12を循環するための循環ポンプ 28と、水素発生反応溶液 12を一時 的に貯留しておくための水素発生反応溶液槽 29とを備えている。また、気密容器 21 には、水素発生反応溶液 12を水素発生反応溶液槽 29に排出するための排出口 21 aと、循環ポンプ 28によって送出される水素発生反応溶液 12を気密容器 21内に注 入するための注入口 21bとが形成されている。
なお、水素発生反応溶液 12、撹拌手段 13、および気体排出管 14については第一 実施形態で詳述して!/ヽるので説明を省略する。
[0040] すなわち、第二実施形態の水素発生装置 2は、水素発生反応溶液 12の流れに沿 つて、気密容器 21→排出口 21a→水素発生反応溶液槽 29→注入口 21b→気密容 器 21と ヽぅ循環系を構成して!/ヽる。
また、この循環系では、排出口 21aにフィルター 21cを配設しており、鉄 17が気密 容器 21外に出るのを防止している。したがって、循環ポンプ 28により水素発生反応 溶液 12の循環を行い、気密容器 21内の水素発生反応溶液 12の量を調節すること により、水素発生量の調節を行うことができる。
[0041] また、水素発生反応溶液槽 29には、新規菌株バチルス ·サブチリス，サカネを適度 に濾過して排出するための濾過排出手段 (不図示）、或いは、増殖し過ぎた新規菌 株バチルス ·サブチリス ·サカネを、当該水素発生反応溶液 12とともに排出するため の廃液排出手段 (不図示)を設けるのが好ましい。濾過排出手段としては、限外濾過 フィルタ一等を好適に示すことができ、廃液排出手段としては、この水素発生反応溶 液 12を直接排出することのできるコックを取り付けることができる。
そして、液体培地を補充するための補充手段 (不図示)を設けるのが望ましい。液 体培地を補充することによって、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを常に活性の 高 ヽ状態に維持するためである。
このように、適度に菌体数を減らし、さらに、液体培地を補充することによって新規 菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを対数増殖期に維持することができるとともに、水 素発生能を高い状態に維持することが可能である。
[0042] なお、前記で説明した第一実施形態に係る水素発生装置 1および第二実施形態に 係る水素発生装置 2においては、気密容器 11 (21)内の新規菌株バチルス 'サブチ リス'サカネを好適に培養するために、この気密容器 11 (21)内の水素発生反応溶液 12の温度を一定に保っための恒温装置 (不図示）を備えるのが好ましい。恒温装置 で設定する温度としては、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネが生育し得る温度と するのがよぐ例えば、 10〜50°C、好ましくは 20〜40°C、さら〖こ好ましくは 25〜35 °cに設定するのが好ましい。
[0043] [3.水素発生方法]
次に、本発明の水素発生方法について説明する。
本発明に係る水素発生方法は、まず、第一工程において、気密容器 11 (21)に入 れられた新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを含有する水溶液に鉄を加えて水素 発生反応溶液 12を調製する。
次に、第二工程において、第一工程で調製された水素発生反応溶液 12を、撹拌 手段 13によって撹拌する。このようにすれば、水素発生反応溶液 12中の新規菌株 バチルス ·サブチリス ·サカネと鉄との作用によって水素を発生させることができる。 そして、第三工程において、第二工程で発生した水素を採集する。その際、水素分 離手段 15によって水素を含む気体力 水素を選択的に分離して採集すると、水素の 純度を高めることができるので好まし 、。
[0044] [4.電池]
次に、適宜図面を参照して、前記で説明した新規菌株バチルス ·サブチリス'サカネ を用いた水素発生装置を備えて構成される本発明の電池について説明する。参照 する図面において、図 3は、本発明の電池の第一実施形態を示す概略構成図であり 、図 4は、本発明の電池の第二実施形態を示す概略構成図である。
[0045] [電池の第一実施形態]
図 3に示すように、本発明の第一実施形態に係る電池 3は、例えば、前記で説明し た第 1実施形態に係る水素発生装置 1を用いて構成されるものであり、水素発生装 置 1の気密容器 11内に貯留された新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネを含有する 水溶液に鉄 17を加えて調製した水素発生反応溶液 12と、この水素発生反応水溶液 12に浸漬したアノード電極 31および力ソード電極 32と、を備えている。
なお、水素発生装置 1、気密容器 11および水素発生反応溶液 12については既に 詳述しているのでその説明を省略する。
[0046] この電池 3に用いるアノード電極 31および力ソード電極 32は、電気陰性度の異なる 金属材などで具現できる。アノード電極 31としては、例えば、ニッケル板で構成する ことができ、力ソード電極 32としては、例えば、 1〜数本の炭素棒で構成することがで きる。
[0047] そして、図 3に示すように、アノード電極 31と力ソード電極 32は、お互いに接触しな いように水素発生装置 1の水素発生反応溶液 12に浸漬する。このようにすれば、水 素発生反応溶液 12中で新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネと鉄 17によって水素 を発生することができ、さらに、このようにして発生させた水素と、水素発生反応溶液 1 2中の酸素とを作用させて電気を発生する。
[0048] なお、アノード電極 31または Zおよび力ソード電極 32には、接着剤（望ましくは導 電性の接着剤)を用いて鉄粉を付着させてぉ 、てもよ 、。
[0049] そして、これらアノード電極 31と力ソード電極 32は、それぞれ銅線などによって電 力の供給先の機材と連結することによって、当該電池 3で発生した電気を供給するこ とがでさる。
なお、電池 3に備える水素発生装置は、第二実施形態にかかる水素発生装置 2を 用いてもょ 、ことは 、うまでもな!/、。
[0050] [電池の第二実施形態]
次に、本発明の電池の第二実施形態について説明する。
図 4に示すように、本発明の電池に係る電池 4は、例えば、前記で説明した第 1実 施形態に係る水素発生装置 1を用いて構成されるものであり、気密容器 11内に新規 菌株バチルス 'サブチリス'サカネ（Bacillus subtilis sakane ;FERM BP— 10715)を 含有する水溶液に鉄 17を加えて調製した水素発生反応溶液 12を貯留し、水素発生 装置 1に備えられた、水素を含有する気体を排出するための気体排出管 14と接続さ れたアノード電極 41と、アノード電極 41を備えた燃料電池本体 43と、燃料電池 43に 備えられた力ソード電極 42と、力ソード電極 42と接続された、酸素を供給するための 空気供給手段 44と、を備えている。つまり、第二実施形態に係る電池 4は、燃料電池 型の電池である。
なお、水素発生装置 1、気密容器 11、水素発生反応溶液 12および気体排出管 14 につ 、ては、すでに詳述して 、るのでその説明を省略する。
[0051] 力かる構成の第二実施形態に係る電池 4では、水素発生装置 1において、新規菌 株バチルス ·サブチリス ·サカネと鉄 17とによって水素を発生させ、その水素を気体排 出管 14を介して燃料電池本体 43に供給する。
他方、この燃料電池本体 43には空気供給手段 44が接続されており、これにより酸 素を大気中から採取して当該燃料電池 43に供給する。
[0052] 燃料電池本体 43は、例えば、プロトン導電性の高分子電解質膜 (PEM膜;不図示 )を挟んで、一側にアノード極 41を区画し、他側に力ソード極 42を区画して膜電極構 造体 (MEA;不図示）が構成されており、アノード極 41に供給される水素と、力ソード 極 42に供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電するものである。そ して、このような燃料電池本体 43は、発電単位である単セル (不図示）を多数積層し た構造のスタックとして構成されている。なお、燃料電池本体 43のアノード電極 41に 供給される水素は、水素発生装置 1と接続された気体排出管 14から供給される。 このとき、水素分離手段 15を用いて水素を分離すると水素の純度を高くすることが できる。このように水素の純度を高くすると、発電効率が向上し得るだけでなぐセル が傷まな ヽので好適である。
実施例
[0053] 以下、本発明の実施例について説明する。
[ 1.新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネのスクリーニング]
(1 - 1.菌の単離）
新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネは、鳥取県大山山麓の紅葉榭林帯の中から 採集した。カゝかる場所カゝら採集した土壌 10gを予め滅菌した容器に入れ、水を 300m Lカロえてよく撹拌し、室温 (約 25°C)で 2時間静置して形成された水相からマイクロピ ペットを用いて 0. 5mL採集し、 LBァガー（1. 5%寒天濃度の LB培地（トリペプトン 1 0g、イーストェクスラクト 5g、 NaCl 10g、 1M NaOH lmL、ァガー 15g) )上に塗り 広げた。 25°Cの温度条件下で 24時間培養して得られた種々の形態のコロニーの中 から任意に選択したコロニーを白金耳で採集し、単一のコロニーとなるまで単離作業 を繰り返した (平板培養法)。
[0054] (1 - 2.水素発生能）
水 (H O)と鉄 (Fe)の存在下に水素 (H )を発生させることができる微生物を提供す
2 2
ることが本発明の課題の一つであるので、前記の 1— 1.菌の単離の項目の操作によ つて単離されたサンプルについて、水素を発生する力否かを指標としてスクリーニン グを行ったところ、特定のサンプルが水素発生能を有することがわ力つた。
[0055] 次に、単離した特定のサンプルを用いて水素の発生を確認するために、ガスクロマ トグラフィ一による水素発生能確認試験を行った。試験の操作手順は以下の通りであ る。なお、ガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析は鳥取県産業技術センター 応用技術部に依頼した。
[0056] ガスクロマトグラフィーの条件は以下のとおりである。
<ガスクロマトグラフィーの条件 >
ガスクロマトグラフ：ガスクロマトグラフ GC— 3BT (島津製作所社製 GC - 3BT) カラム：モレキュラーシーブ 5A
カラムサイズ： 2. 6mm X I. 7mm
キヤリヤーガス：アルゴンガスまたはヘリウムガス
カラム温度： 60°C
検出器:熱伝導度型検出器 (TCD)
[0057] はじめに、かかる条件の下、水素の分析を行うための前実験を行った。
前実験では、水素の注入量を種々変更するなどしてガスクロマトグラフにて水素の 保持時間およびピークの大きさを確認した。前実験の結果を図 5から図 7に示す。な お、図 5は、キヤリヤーガスとしてヘリウムガスを使用した、水素のガスクロマトグラムで ある。図 6は、キヤリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、水素のガスクロマトグラム である。図 7は、キヤリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、空気のガスクロマトダラ ムである。
[0058] キヤリヤーガスとしてヘリウムガスを用いて水素を測定すると、図 5に示すように、水 素は、酸素（O )や窒素 (N )と逆向きのピークとして検出された。ピークは極めて小さ
2 2
いものであった。なお、わずかに検出されている酸素および窒素は、空気が混入した ためと考えられる。
[0059] ヘリウムガスでは水素ガスのピークが小さ力つたために、キヤリヤーガスをアルゴン ガスに変更して同様の測定を行った。なお、水素の注入量を 0. lmL、 0. 25mL、 0 . 5mL、 1. OmLに変更して行った。 キヤリヤーガスをアルゴンガスに変更した結果、図 6に示すように、水素の注入量が 0. lmLであっても大きく明瞭なピークを得ることができた。そのため、キヤリヤーガス としてアルゴンガスを用いることにした。また、水素を 0. 1〜1. OmLに変更して測定 したところ、保持時間は 0. 845〜1. 137分の範囲にあり、水素ガスの注入量が多く なるに従って保持時間が遅くなる傾向にあることがわ力つた。
[0060] また、前記と同様に、注入量を種々変更した空気を注入してガスクロマトグラフによ る測定を行った。保持時間が 1. 4分前後のピークは空気中の酸素であり、保持時間 が 2. 0分前後のピークは空気中の窒素である。
酸素の保持時間は 1. 459-1. 489分の範囲〖こあり、注入量が多くなるに従って保 持時間が遅くなる傾向にあることがわ力つた。
他方、窒素の保持時間は 1. 996-2. 123分の範囲にあり、注入量が多くなるに従 つて保持時間が早くなる傾向にあることがわ力つた。
前実験の結果、水素ガスは空気中の酸素および窒素と保持時間が異なり、十分に 分離が可能であることがわ力つた。
[0061] このような結果を踏まえ、単離した特定のサンプルを用いて培養して水素発生の有 無を確認した。その内容を以下に説明する。
実施例 1として、前記したガスクロマトグラフィーの条件の下、 121°C、 20分間の滅 菌処理を行った液体培地（LB培地：トリペプトン 10g、イーストェクスラクト 5g、 NaCl
10g、 1M NaOH lmL、ァガー 15g)を滅菌処理した密閉できる容器に 4mL入れ 、単離されたサンプルを植えて 25°C、 2日間静置して培養した。
サンプルの培養後、この容器内の培養液中に鉄粉 (本発明の水素発生反応溶液 に相当する）と、マグネットスターラーバーと、を入れて密閉し撹拌した。そして、容器 内の気体をシリンジで採集して、ガスクロマトグラフィーによる気体成分を分析した。 結果を図 8 (a)に示す。なお、鉄粉は、液体培地 10Lに対し 50gを加えた。
[0062] また、実施例 2として、単離したサンプルを含む水素発生反応溶液 20mLを密閉で きる容器に入れ、実施例 1の手順と同様の操作を行い、マグネットスターラーバーで 撹拌しつつ気体成分の分析を行った。結果を図 8 (b)に示す。
[0063] 図 8は、実施例 1および実施例 2で反応させた気体の分析を行った結果を示すガス クロマトグラムであって、（a)は、実施例 1 (液量 4mL)で発生させた気体を分析した結 果を示すガスクロマトグラムであり、（b)は、実施例 2 (液量 20mL)で発生させた気体 を分析した結果を示すガスクロマトグラムである。なお、実施例 1と実施例 2は同じサ ンプルであり、培養する液量が異なるだけである。
[0064] また、実施例 1の比較対象として、単離したサンプルを含む水素発生反応溶液 4m Lを用いて、以下の条件で水素を発生させるための反応を行い、ガスクロマトグラフィ 一による気体成分の分析を行った (比較例 1〜3)。
比較例 1では、鉄を添加せず、撹拌も行わなかった。比較例 2では、鉄を添加せず に撹拌のみを行った。また、比較例 3では、鉄を添加するものの、撹拌を行わなかつ た。これら比較例 1から比較例 3の気体成分の分析を行った結果を図 9 (a)〜（c)のガ スクロマトグラムに示す。なお、図 9の（a)が比較例 1であり、（b)が比較例 2であり、（c )が比較例 3である。
[0065] また、さらに、実施例 2の比較対象として、単離したサンプルを含む水素発生反応 溶液 20mLを用いて、以下の条件で水素を発生させるための反応を行い、ガスクロマ トグラフィ一による気体成分の分析を行った (比較例 4〜6)。
すなわち、比較例 4では、鉄を添加せず、撹拌も行わなかった。比較例 5では、鉄を 添加せずに撹拌のみを行った。また、比較例 6では、鉄は添加するものの、撹拌は行 わなカゝつた。これら比較例 4から比較例 6の気体成分の分析を行った結果を図 10 (a) 〜（c)のガスクロマトグラムに示す。なお、図 10の（a)が比較例 4であり、（b)が比較例 5であり、（c)が比較例 6である。
[0066] 前記の条件の下で水素を発生させるための反応を行い、気密容器中の気体を採 集してガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析を行った。図 9に、実施例 1の対 照である比較例 1から比較例 3のガスクロマトグラムを示し、図 10に実施例 2の対照で ある比較例 4から比較例 6のガスクロマトグラムを示す。
[0067] 図 8から図 10に示すガスクロマトグラムを参照して分力るように、図 9 (a)〜（c)およ び図 10 (a)〜（b)に示す比較例 1から比較例 6のガスクロマトグラムでは、いずれも保 持時間 1. 4分付近と保持時間 1. 9分付近の 2つのピークを確認することができるが、 図 8 (a)に示す実施例 1のガスクロマトグラムで確認することのできる 3つのピークのう ち保持時間 0. 854分のピークと、図 9 (b)に示す実施例 2のガスクロマトグラムで確認 することのできる 3つのピークのうち保持時間 0. 858分のピークは、比較例 1から比 較例 6のガスクロマトグラムからは確認することができなかった。
なお、保持時間 0. 85分付近のピークに表される気体を分析したところ、この気体 は水素であることが分力つた。
[0068] (1 - 3.水素濃度の測定）
また、実施例 1および実施例 2について、ガスクロマトグラフィーによる気体成分の 分析の際に、カゝかる気体の成分比率も測定した。なお、比較対象として空気を採集し 、その成分比率を測定した。結果を表 1に示す。
[0069] [表 1]
Figure imgf000018_0001
[0070] 表 1に示すように、実施例 1および実施例 2の水素濃度は、空気中に含まれる水素 濃度と比較して著しく高いことがわかる。
以上詳しく説明したように、本発明の新規菌株バチルス ·サブチリス'サカネは、水（ H O)と鉄 (Fe)の存在下で撹拌することにより、高い水素発生能を有することが分か
2
つた o
[0071] [2.菌学的性質]
前記のスクリーニングによって単離された水素発生能を有するサンプルに係る菌株 の菌学的性質を明らかにするため、株式会社ェヌシーアイエムビー.ジャパンに依頼 し、形態観察および生理 '生化学性状試験を行った。その結果を以下に示す。なお、 一般的なバチルス 'サブチリスの菌学的性質は、 BARROW, (G. I.) and FELTHAM, ( R. K. A.;： Cowan and Steel s Manual for the Identification of Medical Bacteria. 3 e dition. 1993, Cambridge University Press.「医学細菌同定の手引きく第 3版 >；坂崎 利一 監訳， p95〜99」に示されている。
[0072] (1)検体の培養 単離したサンプル（菌株）を LBァガー（Becton Dickinson, MD, U.S.A)に植菌し、 3 0°Cで 24時間培養した。そして、培養した菌体を分析の供試菌体 (以下、「検体」とい う）とした。
[0073] (2)形態観察および生理 '生化学性状試験
単離したサンプルの性状を調べるため、光学顕微鏡 BX50F4 (ォリンパス株式会社 製）による細胞形態、グラム染色性、胞子の有無、鞭毛による運動性の有無を観察し た (撮影倍率 X 1500、引き伸ばし倍率 X 2000)。かかる条件で LBァガー上でのコ 口-一形態を観察した。
また、カタラーゼ反応、ォキシダーゼ反応、グルコースからの酸 Zガス産生、ダルコ ースの酸化 Z発酵（OZF)について試験を行った（BARROW, (G. I.) and FELTHA M, (R. K. A.)： Cowan and Steel' s Manual for the Identification of Medical Bacteria. 3rd edition. 1993, Cambridge University Press 。
さらに、分類学的比較性状を調べるため、 APIシステム（bioMerieux, Lyon, France, http：〃 www. Biomerieux.fr/home_en.htm)を使い、検体の生理'生化学的性状を調 ベた。各操作は APIシステムの測定方法 (API 50CHBの測定方法（50430) )に従 つた o
また、 APIシステムに含まれず、検体の帰属分類群の推定に必要な試験について も行った。かかる試験は、英国 NCIMB Ltd. (http://www.ncimb.co.uk/)による分 類 ·同定の関連文献に従って行った。
[0074] (3)結果
前記各試験の結果を図 11、表 2〜表 4に示す。なお、図 11は、検体のグラム染色 像である（同図中のバーは を示す)。表 2は、形態観察および生理'生化学性 状試験の結果を示す表である。表 3は、 APIシステムを用いた生理 '生化学性状試験 の結果を示す表である。表 4は、帰属分類群の推定に必要なその他の試験について の結果を示す表である。
[0075] [表 2] 試験項目 SIID2689 培養温度 c) 30 桿菌
細胞形態
(0.7-O.8 X 2.0 μιη) グラム染色生 不定 胞子の有無 + 運動性 + コロニー性状 培地： LB agar
培養時間： 24 h 円形
全緣滑らか 低凸状
光沢あり
クリーム色 生育温度試験 37 +
CO 45 + 力タラ—ゼ反応 + ォキシダ一ゼ反応 - グルコースからの酸/ガス産生
十 (酸産生/ガス産生）
0 Fテスト (酸化/発酵） -/-
+ :陽性、 -:陰性、 反応弱い
Q - GLY ERY - DARA - し ARA + RIB DXYし ― し XYし - ADO ― MDX 一
GAし - Gし U FRU + MNE SBE ― RHA - ひ し - INO + MAN + BOR
MDM - MDG NAG - AMY +· ARB + ESC + SAし + CEし MAし + し AC ―
MEし + SAC T E INU Mし Z ― RAF + AMD + Gし + Xし T - GEM
TUR - し YX - TAG DFUC -し FUC 一 DARし 一 LARL 一 GNT 2 G 一 5 G -
DNPG + ADH -し DC - QDC 一 CIT ― H2S - U E 一 TDA ― IND ― v
し + NIT 一
Figure imgf000021_0001
0=contro *発^性試験、 **生化学試験 [表 4] 試験項目 試験結果
50ででの生育性 +
嫌気での生育性 -
10%NaClでの生育性 - 馬尿酸塩加水分解性 - カゼイン加水分解性 + 図 11および表 2に示すように、形態観察および生理 '生化学性状試験の結果、検 体はグラム染色不定、桿菌、有芽胞 (胞子の有無（ + ))、カタラーゼ反応陽性（ + )、 グルコースからの酸 Zガス産生（-Z—)、グルコースの酸ィ匕 Z発酵 (OZF) (-/ -)などの性状を示した。
また、表 3に示すように、 APIシステムを用いた生理 '生化学性状試験の結果、 RIB 、 GLU、 SOR、 ESC、 MALの試験項目で陽性（ + )、 ERY、 DARA、 LYX、 DFU C、 LFUC、 DARL、 GNT、 2KG、 5KGの試験項目で陰性（―）などの性状を示し た。
さらに、表 4に示すように、帰属分類群の推定に必要なその他の試験の結果、 50°C での生育性（+ )、嫌気条件下での非生育性（一）、カゼインの加水分解（+ )などを 示した。
以上の結果から、本検体はバチルス ·サブチリス属に属する菌の一種であることが 示唆され、
また、これらの試験の結果から、本検体のバイオセーフティレベルは、ヒトに疾病を 起こし、或いは動物に獣医学的に重要な疾患を起こす可能性のないもの（レベル 1) であることもわかった（日本細菌学会バイオセーフティ指針 (http://wwwsoc.nii.ac.jp/ jsp/biosafety/CONTENTS.HTM) )。
[0079] 以上より、水素発生能を有する本検体を、新規菌株バチルス ·サブチリス，サカネ (B acillus subtilis sakane;FERM BP— 10715)とした。
産業上の利用可能性
[0080] 本発明の新規菌株バチルス ·サブチリス 'サカネ、それを用いた水素発生装置およ び水素発生方法は、高純度の水素を発生することができるので、例えば水素を利用 した燃料電池などの電池に適用し得る。

Claims

請求の範囲
[1] バチルス 'サブチリス（Bacillus subtilis)に属し、水（H O)と鉄（Fe)の存在下におい
2
て撹拌することで水素発生能を有する新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ (Badllu s subtilis sakane ;FERM BP— 10715)。
[2] 新規菌株バチノレス ·サブチリス ·サカネ（Bacillus subtilis sakane； FERM BP— 10
715)を含有する水溶液に鉄 (Fe)を加えて調製した水素発生反応溶液と、
前記水素発生反応溶液を貯留するための気密容器と、
前記水素発生反応溶液を撹拌するための撹拌手段と、
前記気密容器と気密性を保つように接続され、前記水素発生反応溶液にお！ヽて発 生した水素を含有する気体を前記気密容器から排出する気体排出管と、を備え、 前記撹拌手段で前記水素発生反応溶液を撹拌することにより、水素を発生させるこ とを特徴とする水素発生装置。
[3] 前記気体排出管に気密性を保つように接続され、前記気体力も前記水素を選択的 に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする請求の範囲第 2項に記 載の水素発生装置。
[4] 気密容器に入れられた、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ（Bacillus subtilis sa kane ;FERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄 (Fe)を加えて水素発生反応溶 液を調製する第一工程と、
前記第一工程で調製された前記水素発生反応溶液を撹拌して水素を発生する第 二工程と、
前記第二工程で発生した前記水素を含む気体を採集する第三工程と、 を含むことを特徴とする水素発生方法。
[5] 前記第三工程は、前記水素を含む気体から前記水素を選択的に分離して採集す る水素分離手段によって行うことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の水素発生 方法。
[6] 請求の範囲第 2項または第 3項に記載の水素発生装置を用いて構成され、
前記水素発生装置の気密容器内に貯留された、新規菌株バチルス ·サブチリス ·サ カネ（Bacillus subtilis sakane ; FERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄（Fe)を 加えて調製した水素発生反応溶液と、
前記水素発生反応水溶液に浸漬したアノード電極および力ソード電極と、 を備えることを特徴とする電池。
[7] 請求の範囲第 2項または第 3項に記載の水素発生装置を用いて構成され、
前記水素発生装置は、気密容器内に新規菌株バチルス ·サブチリス ·サカネ (Badll us subtilis sakane ;FERM BP— 10715)を含有する水溶液に鉄（Fe)をカ卩えて調 製した水素発生反応溶液を貯留し、
前記水素発生装置に備えられた、水素を含有する気体を排出するための気体排出 管と接続されたアノード電極と、
前記アノード電極を備えた燃料電池本体と、
前記燃料電池に備えられた力ソード電極と、
前記力ソード電極と接続された、酸素を供給するための空気供給手段と、 を備えることを特徴とする電池。
[8] 前記気体排出管は、気密性を保つように接続され、前記気体から前記水素を選択 的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする請求の範囲第 7項に 記載の電池。
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