WO2025239046A1 - 海洋構造物に接続された藻類養殖システムおよびそれを用いた藻類の養殖方法 - Google Patents

海洋構造物に接続された藻類養殖システムおよびそれを用いた藻類の養殖方法

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WO2025239046A1
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WO
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algae
sargassum
algae cultivation
cultivation system
substrate
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PCT/JP2025/013487
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充美 植田
晴幸 跡見
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Kyoto University
Original Assignee
Kyoto University
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G33/00—Cultivation of seaweed or algae

Definitions

  • the present invention relates to an algae cultivation system connected to a marine structure and a method for cultivating algae using the same.
  • carbon neutrality which means reducing greenhouse gas emissions to zero
  • Possible strategies for achieving carbon neutrality can be broadly divided into two categories: (i) technological development and behavioral change to reduce anthropogenic CO2 emissions, and (ii) the development of negative emission technologies that capture and absorb CO2 emitted into the environment.
  • algal (3G) biomass which includes macroalgae and microalgae, has higher productivity per year than starch-based (1G) and woody (2G) biomass.
  • macroalgae are known to have a significantly higher CO2 fixation ratio than other biomass, and the biomass energy production process and production conditions are relatively simple (Non-Patent Document 1).
  • Japan is an island nation surrounded by the sea, and has an exclusive economic zone (the sixth largest in the world) that is approximately 12 times the size of its land area. As a result, there are many seaweed beds suitable for cultivating large algae.
  • the present invention aims to solve the above problems, and its purpose is to provide an algae cultivation system connected to a marine structure that can more efficiently cultivate various types of algae, including large algae, and that can accommodate a variety of production scales, as well as an algae cultivation method using the system.
  • the present invention provides an algae farming system, comprising: an algae cultivation means immersed in seawater and having the algae fixed thereon; a settlement substrate provided below the algae cultivation means at a distance; Equipped with the algae cultivation means is connected to an offshore structure; In this algae cultivation system, the shortest distance between the sea surface and the adhesion substrate is 3.0 m to 14.5 m.
  • the algae is at least one macroalga selected from the group consisting of brown algae of the Sargassaceae family and brown algae of the Laminariaceae family.
  • the algae cultivation means is connected to the marine structure in a suspended state.
  • the adhesion substrate is located underwater away from the seabed.
  • the marine structure is a floating offshore wind power generation device.
  • the marine structure is a fixed offshore wind power generation device.
  • the marine structure is an underwater observation tower.
  • the present invention also provides a method for cultivating algae, comprising the steps of: Fixing algae in the algae cultivation means of the algae cultivation system underwater; conjugated propagation of the algae on a substrate in the algae cultivation system via zoospores or fertilized eggs released by the algae; recovering the algae from both the algae cultivation means and the growth substrate;
  • the method includes:
  • the algae is at least one macroalga selected from the group consisting of Sargassum serrata, Sargassum tamahahakiensis, Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum endodonticum, Sargassum yatsumatamoku, kelp, Wakame, Antokume, Eisenia bicolor, Eisenia bicolor, Ecklonia cava, and Sagarame.
  • the algae are cultivated continuously throughout the year under conditions in which the algae species are changed according to the time of maturity.
  • the present invention also provides a method for producing a bioethanol raw material, Fixing algae in the algae cultivation means of the algae cultivation system underwater; conjugated propagation of the algae on a substrate in the algae cultivation system via zoospores or fertilized eggs released by the algae; recovering the algae from both the algae cultivation means and the growth substrate as the bioethanol feedstock;
  • the method includes:
  • algae such as macroalgae can be efficiently cultivated by utilizing the installation space of marine structures. Furthermore, no special machinery is required for this cultivation. Furthermore, algae can be cultivated almost continuously throughout the year, and the resulting algae can be more stably supplied as a raw material for bioethanol, for example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an algae cultivation system of the present invention, in which a fixed offshore wind turbine is used as the marine structure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing another example of an algae cultivation system of the present invention, which uses a floating offshore wind power generating device as the marine structure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing another example of an algae cultivation system of the present invention, in which a fixed offshore wind power generation device is used as the marine structure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a new living environment for marine organisms is provided around the marine structure by cultivating algae using the system shown in FIG. 3.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which a new living environment for marine organisms is provided around the marine structure by cultivating algae using the system shown in FIG. 3.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing yet another example of an algae cultivation system of the present invention, which uses a fixed offshore wind power generation device as the marine structure, the outer periphery of whose support pillars is protected by a covering material.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a fixed offshore wind turbine with a fixing rod attached at a distance from the support, which can be used in place of the fixed offshore wind turbine connected to the algae cultivation system shown in FIG. 5; and
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a fixed offshore wind turbine with a fixing rod partially buried, which can be used in place of the fixed offshore wind turbine connected to the algae cultivation system shown in FIG. 5.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a fixed offshore wind turbine with a fixing rod attached at a distance from the support, which can be used in place of the fixed offshore wind turbine connected to the algae cultivation system shown in FIG. 5
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a fixed offshore wind turbine with a fixing rod partially buried, which can be used in place of
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing yet another example of an algae cultivation system of the present invention, in which an underwater observation tower is used as the marine structure.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the types of macroalgae that can be cultivated using the algae cultivation system of the present invention and their maturation times (times of maximum biomass) in Japan.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an algae cultivation system of the present invention.
  • the algae cultivation system (hereinafter sometimes simply referred to as the "system") 100 comprises an algae cultivation means 110 and an algae attachment substrate 120.
  • the algae cultivation means 110 is immersed in seawater and has algae fixed in it beforehand.
  • the algae cultivation means 110 may have, for example, a net-like, rope-like, or wire-like form, and is made of materials such as chemical fibers (e.g., nylon and polyester and combinations thereof), natural fibers (e.g., hemp, cotton, silk, and straw and combinations thereof), biodegradable plastics (e.g., polylactic acid (PLA), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBH), polyglycolic acid (PGA), polybutylene adipate/terephthalate (PBAT), polyethylene terephthalate succinate (PETS), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), and polyvinyl alcohol (PVA), and combinations thereof), cellulose-based polymers, and metals (e.g., stainless steel, tungsten, aluminum, and copper and combinations thereof).
  • PVA polyvinyl alcohol
  • a preferred example of the algae cultivation means 110 is a fishing net.
  • the algae cultivation means 110 is a fishing net, there are no restrictions on the thickness (number), mesh size (mesh size), number of vertical meshes (number of loops), or horizontal size (space) that make up the fishing net, and a person skilled in the art can select a fishing net of any number or size.
  • Algae 106 to be cultivated are fixed to the algae cultivation means 110.
  • the algae 106 may be of the same species, or two or more species may be fixed.
  • the algae 106 are attached to thread (e.g., Cremona thread) known to those skilled in the art, and are fixed by winding the thread around the algae cultivation means 110.
  • thread e.g., Cremona thread
  • the algae 106 grows in seawater.
  • the algae 106 is preferably a large algae because it has a high CO2 fixation ratio as described above.
  • Algae 106 belonging to the macroalgae family are not particularly limited, but examples include brown algae belonging to the Sargassaceae family and brown algae belonging to the Laminaria family.
  • Algae 106 belonging to the macroalgae are not particularly limited, but include, for example, Sargassum horneri, Sargassum muticum, Sargassum micracanthum, Sargassum thunbergii, Sargassum siliguastrum, Sargassum piluliferum, Sargassum autumnale, Sargassum macrocarpum, Sargassum ringgoldianum ssp. coreanum, and pea moth.
  • Examples include Sargassum yendoi, Sargassum patens, Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Ecklonia radicosa, Eisenia bicyclis, Ecklonia cava, Ecklonia cava ssp. kurome, Eisenia nipponica, Heribaudiella fluviatilis, and Sargassum thunbergii, as well as combinations thereof.
  • the macroalgae 106 that can be fixed to the algae cultivation means 110 may be one species or a combination of two or more species depending on their maturity period.
  • Akamoku and Tamahahakimoku may be used alone or in combination as algae 106.
  • Akamoku, Tamahahakimoku, and Togemoku may be used alone or in combination as algae 106.
  • the algae 106 may be Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis, Scutellaria japonica, Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis, and Scutellaria baicalensis, either alone or in combination.
  • algae 106 may be selected from Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum antokume, Eisenia bicolor, Sargassum kuromensis, Sargassum cava, and Sargassum serrata, either alone or in combination.
  • algae 106 may be selected from Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum serrata, Sargassum antokume, Eisenia bicolor, Sargassum kuromensis, Sargassum cava, and Sargassum serrata, either alone or in combination.
  • Akiyoremoku may be used as algae 106.
  • the algae cultivation means 110 is connected to an offshore structure protruding from the sea surface 140.
  • the offshore structure is a fixed offshore wind turbine 170 whose bottom is fixed to the seabed 150
  • the algae cultivation means 110 is connected to the fixed offshore wind turbine 170 via a plurality of beam-like members 174 arranged in seawater around the support columns 172 of the fixed offshore wind turbine 170 in the same horizontal direction and at approximately constant angles.
  • multiple beam-like members 174 are provided around the support columns 172 of the fixed offshore wind turbine 170, and a plurality of algae cultivation means 110 are arranged vertically relative to the support columns 172.
  • a plurality of algae cultivation means 110 may be arranged on a plurality of beam-like members 174 arranged in the same horizontal plane around the support columns 172, surrounding the support columns 172 at the center.
  • the algae cultivation means 110 can be positioned either vertically or horizontally relative to the support columns 172 of the fixed offshore wind power generation device 170, thereby increasing the efficiency (density) of the algae 106 cultivated on the algae cultivation means 110 in one system 100.
  • the adhesion substrate 120 is an artificial object placed above the seabed 150 in the ocean 142, and is composed of relatively thin members with a predetermined plane, such as fabrics, sheets, or plates of a predetermined thickness.
  • the adhesion substrate 120 is made of woven, knitted, or nonwoven fabrics composed of: chemical fibers such as nylon and polyester; natural fibers such as hemp, cotton, silk, and straw; metal filaments such as stainless steel, tungsten, aluminum, and copper; fibers made from biodegradable plastics such as polylactic acid (PLA), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBH), polyglycolic acid (PGA), polybutylene adipate/terephthalate (PBAT), polyethylene terephthalate succinate (PETS), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), and polyvinyl alcohol (PVA); fibers made from cellulosic polymers; and combinations thereof.
  • PLA polylactic acid
  • thermoplastic resins e.g., nylon and polyester, and combinations thereof
  • biodegradable plastics e.g., polylactic acid (PLA), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBH), polyglycolic acid (PGA), polybutylene adipate/terephthalate (PBAT), polyethylene terephthalate succinate (PETS), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), and polyvinyl alcohol (PVA), and combinations thereof
  • cellulosic polymers elastomers, rubber, and combinations thereof.
  • the settlement substrate 120 is provided below the algae cultivation means 110 at a distance.
  • the settlement substrate 120 is also arranged, for example, suspended via wires 132 from the plurality of beam-like members 174 extending horizontally from the support columns 172 of the fixed offshore wind power generation device 170.
  • the settlement substrate 120 may be arranged in direct contact with the seabed 150.
  • the thickness of the adhesion substrate 120 is not particularly limited, but is preferably 30 cm to 100 cm, and more preferably 50 cm to 70 cm. If the thickness of the adhesion substrate 120 is less than 30 cm, it may not have sufficient strength and may be easily washed away by water currents such as tidal currents. If the thickness of the adhesion substrate 120 exceeds 100 cm, it will be heavy overall, which may increase the difficulty of placing it on the seabed 150 and/or removing and recovering it from the seabed 142.
  • the adhesion substrate 120 may be, for example, any of the above-mentioned fabrics, sheets, and/or a combination of multiple plates cut to an appropriate size.
  • the size of the settlement substrate 120 is not particularly limited, but it is designed to be larger than the algae cultivation means 110 suspended above.
  • the settlement substrate 120 is arranged around the support 172 of the fixed offshore wind power generation device 170 and has a circular shape, but is not necessarily limited to this shape.
  • the settlement substrate 120 may have a rectangular or polygonal shape and be arranged around the support 172.
  • algae 106' are fixed (attached) to the settlement substrate 120 via temporary roots (appressorium).
  • This algae 106' is not artificially placed, but has grown naturally on the settlement substrate 120 due to zoospores or fertilized eggs 160 released from algae 106 suspended from the algae cultivation means 110.
  • the algae 106' may be of the same species as the algae 106 suspended from the algae cultivation means 110, or may have grown naturally due to other zoospores or fertilized eggs provided from outside while floating in the seawater 142.
  • the algae 106 fixed to the algae cultivation means 110 grow, they release reproductive cells or fertilized eggs 160 into the seawater 142.
  • the algae 106 is a brown algae of the Laminariaceae family
  • the sporophyte will release zoospores and gametophytes, which are reproductive cells.
  • the algae 106 is a brown algae of the Sargassaceae family, the adult will release fertilized eggs.
  • the zoospores (reproductive cells) and fertilized eggs released from such algae 106 can be used to reach the settlement substrate 120.
  • algae 106' are grown "conjugatively" together with the algae 106 through the reproductive cells or fertilized eggs 160 that have reached the settlement substrate 120, and as a result, algae 106, 106' can be cultivated both in the algae cultivation means 110 and in the settlement substrate 120 located below it.
  • the minimum distance D between the sea surface 140 and the settlement substrate 120 is not necessarily limited, as it varies depending on factors such as the type of seaweed being cultivated and the degree of seawater movement, such as tidal currents, at the cultivation site. However, it is, for example, 3.0 m to 14.5 m, and preferably 4.0 m to 10 m, in a stationary state. If the minimum distance D between the sea surface 140 and the settlement substrate 120 is less than 3.0 m, the tidal currents may affect the zoospores (reproductive cells) or fertilized eggs 160 released from the algae 106, which may be excessively swept away by the current before reaching the settlement substrate 120 below.
  • the minimum distance D between the sea surface 140 and the settlement substrate 120 exceeds 14.5 m, the amount of sunlight necessary for cultivating the algae 106' may not reach the settlement substrate 120 at such a depth.
  • multiple light-emitting means 180 such as blue light-emitting diodes, may be provided at any location on the algae cultivation means 110, the beam-shaped members 174, and the attachment members 120.
  • the light emitted from the light-emitting means 180 (e.g., short-wavelength light emitted from blue diodes, etc.) is useful in that it can promote the growth of the algae 106, 106'.
  • the light emitted from the light-emitting means 180 can be supplied directly from, for example, a fixed offshore wind power generation device, which is the marine structure 170.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of an algae cultivation system of the present invention.
  • two floating offshore wind turbines 270, 270' are used as marine structures, and the algae cultivation means 210 and the adhesion substrate 220 are respectively installed between the floating offshore wind turbines 270, 270', which are previously fixed with fixing means 236, 238 such as wires.
  • the ends 212, 214 of the algae cultivation means 210 are connected to floating offshore wind turbines 270, 270', with multiple floats 230 fixed midway between them.
  • the algae cultivation means 210 as a whole has multiple gentle U-shaped bends, and is arranged in a suspended state in the seawater 142.
  • a settlement substrate 220 is provided below the algae cultivation means 210 at a distance from the algae cultivation means 210.
  • the settlement substrate 220 is also suspended in the seawater 142 via wires 232, 234 and floating offshore wind power generation devices 270, 270'.
  • Algae 106 are fixed to the algae cultivation means 210 in the same manner as described above, and the zoospores (reproductive cells) and fertilized eggs released from the algae 106 can be used to reach the settlement substrate 220 below. After that, algae 106' are grown "conjugated" with the algae 106 through the reproductive cells or fertilized eggs 160 that have reached the settlement substrate 220, resulting in the cultivation of algae 106, 106' on both the algae cultivation means 210 and the settlement substrate 220 located below.
  • the algae cultivation system 200 shown in Figure 2 is used to grow algae 106, 106' conjugately in locations where the distance from the sea surface 140 to the seabed 150 is long and it is difficult to install a fixed offshore wind power generation device such as that shown in Figure 1, but where floating offshore wind power generation devices 270, 270' are installed as marine structures.
  • Figure 3 shows another example of an algae cultivation system of the present invention.
  • multiple fixed offshore wind power generation devices 370, 370' may be pre-placed as marine structures.
  • the algae cultivation system 300 of the present invention can be placed in the area between these multiple fixed offshore wind power generation devices 370, 370'.
  • Figure 3 an example is described in which the algae cultivation means 310 and the adhesion substrate 320 are placed between two fixed offshore wind power generation devices 370, 370' as marine structures, but the present invention is not limited to this form.
  • the algae cultivation system 400 of the present invention can be placed between more marine structures (fixed offshore wind power generation devices) 470.
  • the algae cultivation means 410 and the adhesion substrate 420 will occupy a larger area, and the types and quantities of algae 106, 106' that can be cultivated in a coordinated manner can also be expanded.
  • the surrounding area will become an environment in which various marine organisms useful for fishing, such as fish, shellfish, shrimp, crabs, squid, and octopus, can thrive.
  • various marine organisms useful for fishing such as fish, shellfish, shrimp, crabs, squid, and octopus.
  • the algae cultivation system of the present invention can be placed without being directly attached to the offshore wind power generation device, for example, as shown in Figure 5.
  • the algae cultivation system 500 of the present invention has a covering material 575 provided around the outer periphery of the fixed offshore wind turbine 570, more specifically, around the outer periphery of the support columns 572 that make up the fixed offshore wind turbine 570.
  • the covering material 575 allows the algae cultivation means 410 in the algae cultivation system 500 of the present invention to be indirectly fixed to the fixed offshore wind turbine 570 without direct contact between them, and is made of, for example, any water-resistant material.
  • the thickness of the covering material 575 is not particularly limited and can be set as appropriate by a person skilled in the art.
  • fixed offshore wind power generation devices 670a and 670b as shown in Figures 6(a) and 6(b) may be used instead of the fixed offshore wind power generation device 570 shown in Figure 5.
  • the fixed offshore wind power generation device 670a shown in Figure 6(a) is equipped with a fixed rod 674a attached at a distance from a support 672a.
  • a fixed rod 674a By attaching the algae cultivation means 410 in the aquaculture system of the present invention to this fixed rod 674a, direct contact between the algae cultivation means 410 and the fixed offshore wind power generation device 670a can be avoided.
  • the fixed offshore wind turbine 670b shown in Figure 6(b) is equipped with a fixing rod 674b that is arranged around the support column 672b, spaced from the support column 672b, with part of it buried.
  • a fixing rod 674b that is arranged around the support column 672b, spaced from the support column 672b, with part of it buried.
  • FIG. 7 shows yet another example of an algae cultivation system of the present invention, an algae cultivation system 700 of the present invention in which the marine structure is an underwater observation tower 770.
  • the underwater observation tower 770 includes a cylindrical tower section 772 that is located underwater and allows observation of underwater conditions through an observation window 776, and an observation room 773 that is connected to the cylindrical tower section 772 and is located above the sea surface 140.
  • the algae cultivation means 710 to which the algae 106 are fixed, is connected to the underwater observation tower 770 via a plurality of beam members 774 extending from the cylindrical tower portion 772 of the underwater observation tower 770.
  • the beam members 774 and the algae cultivation means 710 are preferably located above the observation window 776 provided in the cylindrical tower portion 772 so as not to obstruct the view through the observation window 776.
  • a settlement substrate 720 is arranged around the cylindrical tower section 772 of the underwater observation tower 770.
  • This settlement substrate 720 is also preferably arranged below the observation window 776 provided in the cylindrical tower section 772 so as not to obstruct the view through said observation window 776.
  • algae 106' which grow through zoospores (reproductive cells) or fertilized eggs 160 released from the algae 106 fixed to the algae cultivation means 710, and the algae 106, 106' can be cultivated conjugatively.
  • the algae cultivation system 700 shown in Figure 7 has this configuration, which creates an environment between the algae 106 fixed to the algae cultivation means 710 and the algae 106' grown on the attachment substrate 720 that is conducive to attracting many marine organisms such as fish.
  • the algae cultivation system 700 of the present invention is able to cultivate the desired algae 106, 106', and also improves the value of the underwater observation tower 770 as a tourist facility.
  • underwater structures other than those mentioned above may also be aquaculture rafts (fish pens), offshore bridges, breakwaters, offshore breakwaters, breakwaters, offshore buoys (including navigational markers), artificial islands, and offshore airport islands.
  • underwater structures may be constructed near the coast or offshore (for example, about 2 km from the coast).
  • algae are first immobilized in seawater on the algae cultivation means in the algae cultivation system.
  • the algae immobilized in the algae cultivation means are preferably juveniles that have been grown in advance using methods known to those skilled in the art.
  • algae such as macroalgae secrete bromophenols such as 2,4-dibromophenol and 2,4,6-tribromophenol from the outside of the algae.
  • bromophenols function as chemical defense substances (repellents) against marine herbivorous animals such as fish and shellfish, thereby preventing the above-mentioned seaweed erosion.
  • the algae are then conjugated and cultivated on the substrate in the algae cultivation system through the reproductive cells or fertilized eggs released by the algae.
  • the release of reproductive cells or fertilized eggs from the algae is achieved by releasing the algae (juveniles) fixed to the algae cultivation means into the ocean (when cultivating in the ocean), and then waiting a predetermined period of time for the algae to naturally initiate maturation.
  • This predetermined period of time varies depending on the type of algae being cultivated, the time of year, and the cultivation environment (e.g., water temperature, cultivation density), and is not necessarily limited; for example, it is preferably 150 to 360 days after fixation (or release) to the algae cultivation means.
  • the period until the released reproductive cells or fertilized eggs are accepted by the settlement substrate and conjugate breeding is carried out also varies depending on the type of algae being cultivated, the time of year, and the cultivation environment (e.g., water temperature, cultivation density), and is not necessarily limited; for example, it is preferably 30 to 60 days after the release of the reproductive cells or fertilized eggs from the algae.
  • the cultivation environment e.g., water temperature, cultivation density
  • the algae are then harvested from both the algae cultivation means and the adhesion substrate.
  • the target algae can be recovered not only from the algae cultivation means but also from the adhesion substrate, so the amount of algae recovered is reliably greater than when the algae cultivation means is used alone.
  • Algae cultivated using the above method can be used as a raw material for bioethanol, which can be obtained, for example, using the method described below.
  • a raw material for bioethanol which can be obtained, for example, using the method described below.
  • Figure 8 shows the relationship between the types of macroalgae that can be cultivated using the algae cultivation system of the present invention and their maturation times (times of maximum biomass) in the Tohoku region and south of Japan.
  • the macroalgae that can be cultivated in the waters off Japan mature at different times depending on the species, but overall, all types of algae can be harvested between January and December.
  • January to May in Japan corresponds to the maturation period for Akamoku and Tamahahakimoku. Furthermore, March to May in Japan corresponds to the maturation period for Akamoku, Tamahahakimoku, and Togemoku. Furthermore, June to August in Japan corresponds to the maturation period for Umitorano, Yoremoku, Mametawara, Endo-Seki, and Yatsumatamoku. Furthermore, July to September in Japan corresponds to the maturation period for Sargassum serrata, Sargassum serrata, and Antokume. Furthermore, September to November in Japan corresponds to the maturation period for Akiyoremoku, Eisenia bicolor, Kurome, Ecklonia cava, and Sagarame. Furthermore, September to December in Japan corresponds to the maturation period for Akiyoremoku.
  • Algae e.g., macroalgae
  • sugars such as cellulose, hemicellulose, alginic acid, mannitol, and laminaran.
  • ethanol i.e., bioethanol
  • Bioethanol obtained using this method can be used, for example, as an automobile fuel to replace gasoline. Furthermore, because the bioethanol is produced through algae cultivation as described above, there is no competition with food production.
  • the present invention enables the constant production of algae, thereby enabling a stable supply of the resulting bioethanol to the market. Furthermore, because it allows the cultivation of large algae with a high CO2 fixation ratio, it is also useful as a negative emission technology that captures and absorbs CO2 emitted into the environment. As a result, the present invention can also contribute to the realization of carbon neutrality.
  • the present invention is useful, for example, for obtaining raw materials for bioethanol production. It is also useful in other fields such as fishing and tourism.

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Abstract

海洋構造物に接続された藻類養殖システムおよびそれを用いた藻類の養殖方法を開示する。本発明の藻類養殖システムは、海水中に浸漬されておりかつ該藻類が固定された藻類養殖手段と、藻類養殖手段の下方に間隔を空けて設けられた着生基材とを備える。ここで、藻類養殖手段は海洋構造物に接続されており、海面と着生基材との間の最短距離は３．０ｍ～１４．５ｍである。

Description

海洋構造物に接続された藻類養殖システムおよびそれを用いた藻類の養殖方法
　本発明は、海洋構造物に接続された藻類養殖システムおよびそれを用いた藻類の養殖方法に関する。
　地球温暖化問題の解決に向け、温室効果ガスの排出をゼロにする「カーボンニュートラル」を目指す重要性が国内外で掲げられている。ここで、カーボンニュートラルを実現するために取り得る戦略には、（ｉ）人為的に排出されるＣＯ２を削減するための技術開発や行動変容、および（ｉｉ）環境中に排出されたＣＯ２を回収しかつ吸収するネガティブエミッション技術の開発の２つに大別される。
　しかし、戦略（ｉ）と比較して戦略（ｉｉ）の技術開発は十分に進んでおらず、抜本的な研究開発が必要とされている。
　一方、大気中に存在する低濃度のＣＯ２に対して大型藻類により行われる自然プロセス（ＣＯ２固定）が注目されている。表１に示すように大型藻類、微細藻類などが属する藻類（３Ｇ）バイオマスは、澱粉糖質系（１Ｇ）、木質系（２Ｇ）の各バイオマスと比較して、単年当たりの生産性が高く、特に大型藻類は、他のバイオマスと比較してＣＯ２固定量比が著しく高くかつバイオマスエネルギー生産工程および生産条件が比較的シンプルであることが知られている（非特許文献１）。
　日本は周りを海に囲まれた島国であり、国土面積の約１２倍の排他的経済水域（世界大６位）を有する。このため大型藻類の養殖に適した藻場も多く存在する。
　しかし、上記カーボンニュートラルを目指すには、藻場の拡大が重要であり、各藻場における大型藻類の生産効率も向上させることが所望される。また、大型藻類の成熟時期は、年間を通じて一部の期間に限られている。年間を通じて安定したカーボンニュートラルを目指すには程遠いものであると言わざるを得ない。
経営センサー，"微細藻類の産業利用"，株式会社東レ経営研究所，２０２１年１２月，ｐ．５－９
　本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、その目的とするところは、大型藻類などの各種藻類を一層効率的に養殖することができ、かつ様々な生産規模に対応し得る、海洋構造物に接続された藻類養殖システムおよびそれを用いた藻類の養殖方法を提供することにある。
　本発明は、藻類養殖システムであって、
　海水中に浸漬されておりかつ該藻類が固定された藻類養殖手段と、
　該藻類養殖手段の下方に間隔を空けて設けられた着生基材と、
を備え、
　該藻類養殖手段が海洋構造物に接続されており、
　海面と該着生基材との間の最短距離が３．０ｍ～１４．５ｍである、藻類養殖システムである。
　１つの実施形態では、上記藻類は、ホンダワラ科褐藻類およびコンブ科褐藻類からなる群から選択される少なくとも１つの大型藻類である。
　１つの実施形態では、上記藻類養殖手段は上記海洋構造物から吊り下げられた状態で接続されている。
　１つの実施形態では、上記着生基材は海底から離れた海中に配置されている。
　１つの実施形態では、上記海洋構造物は浮体式洋上風力発電装置である。
　１つの実施形態では、上記海洋構造物は固定式洋上風力発電装置である。
　１つの実施形態では、上記海洋構造物は海中展望塔である。
　本発明はまた、藻類の養殖方法であって、
　水中で上記藻類養殖システムにおける藻類養殖手段に藻類を固定する工程、
　該藻類が放出する遊走子または受精卵を通じて該藻類養殖システムにおける着生基材に該藻類を共役育種する工程、
　該藻類養殖手段および該着生基材の両方から該藻類を回収する工程、
　を含む、方法である。
　１つの実施形態では、上記藻類は、アカモク、タマハハキモク、トゲモク、ウミトラノオ、ヨレモク、マメタワラ、アキヨレモク、ノコギリモク、ヤナギモク、エンドウモク、ヤツマタモク、コンブ、ワカメ、アントクメ、アラメ、クロメ、カジメ、およびサガラメからなる群から選択される少なくとも１種の大型藻類である。
　１つの実施形態では、上記藻類は、成熟時期に合わせてその種類が変更される条件下で一年を通じて継続的に養殖される。
　本発明はまた、バイオエタノール原料の製造方法であって、
　水中で上記藻類養殖システムにおける藻類養殖手段に藻類を固定する工程、
　該藻類が放出する遊走子または受精卵を通じて該藻類養殖システムにおける着生基材に該藻類を共役育種する工程、
　該藻類養殖手段および該着生基材の両方から該藻類を該バイオエタノール原料として回収する工程、
　を含む、方法である。
　本発明によれば、大型藻類などの藻類を、海洋構造物の設置スペースを活用して効率良く養殖することができる。また、この養殖のために特殊な機械等も必要とされない。さらに、一年を通じてほぼ連続的に藻類の養殖が可能となり、得られる藻類は例えばバイオエタノール原料としてより安定的に提供可能である。
　なお、本発明によれば、上記藻類の養殖を通じて海洋構造物の周囲に海洋生物の新たな生存環境を提供することができる。その結果、当該海洋生物の捕獲を目的とした漁業振興や当該海洋生物を利用した観光産業の発展への貢献が期待できる。
本発明の藻類養殖システムの一例を示す、海洋構造物として固定式洋上風力発電装置を利用した当該システムの概略図である。 本発明の藻類養殖システムの他の例を示す、海洋構造物として浮体式洋上風力発現装置を利用した当該システムの概略図である。 本発明の藻類養殖システムの別の例を示す、海洋構造物として固定式洋上風力発電装置を利用した当該システムの概略図である。 図３に示すシステムを用いて藻類を養殖することにより海洋構造物の周囲に海洋生物の新たな生存環境を提供する状態を説明する図である。 本発明の藻類養殖システムのさらに別の例を示す、海洋構造物として支柱の外周が被覆材で保護された固定式洋上風力発電装置を利用した当該システムの概略図である。 （ａ）は図５に示す藻類養殖システムに接続された固定式洋上風力発電装置の代わりに使用可能な、支柱から離間して取り付けられた固定ロッドを備える固定式洋上風力発電装置を説明するための図であり、（ｂ）は図５に示す藻類養殖システムに接続された固定式洋上風力発電装置の代わりに使用可能な、一部を埋設して配置された固定用ロッドを備える固定式洋上風力発電装置を説明するための図である。 本発明の藻類養殖システムのさらに別の例を示す、海洋構造物として海中展望塔を利用した当該システムの概略図である。 本発明の藻類養殖システムを用いて養殖可能な大型藻類の種類と日本国におけるその成熟時期（最大現存量の時期）との関係を示す図である。
１．藻類養殖システム
　本発明の藻類養殖システムを、添付の図面を参照して説明する。なお、以下のすべての図面に共通して同様の参照番号を付した構成は、他の図面に示したものと同様である。
　図１は、本発明の藻類養殖システムの一例を示す概略図である。藻類養殖システム（以下、単に「システム」ということがある）１００は、藻類養殖手段１１０および着生基材１２０を備える。
　藻類養殖手段１１０は、海水中に浸漬されており、かつ予め藻類が固定されたものである。藻類養殖手段１１０は、例えば、ネット状、ロープまたはワイヤ状の形態を有するものであり、化学繊維（例えばナイロンおよびポリエステルならびにそれらの組み合わせ）、天然繊維（例えば、麻、木綿、絹、および藁、ならびにそれらの組み合わせ）、生分解性プラスチック（例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）（ＰＨＢＨ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリブチレンアジペート／テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリエチレンテレフタレートサクシネート（ＰＥＴＳ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリブチレンサクシネートアジペート（ＰＢＳＡ）、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ならびにそれらの組み合わせ）、セルロース系ポリマー、金属（例えば、ステンレススチール、タングステン、アルミニウム、および銅ならびにそれらの組み合わせ）などの材料で構成されている。藻類養殖手段１１０の好ましい例としては漁網が挙げられる。藻類養殖手段１１０が漁網である場合、当該漁網を構成する太さ（号）、目の大きさ（寸目）、目の縦方向の数（掛）、および横方向の大きさ（間）はいずれも限定されず、当業者によって任意の数または大きさの漁網が選択され得る。
　藻類養殖手段１１０には、養殖対象となる藻類１０６が固定されている。藻類１０６は同一種のみで構成されていてもよく、あるいは２つまたはそれ以上の種類のものが固定されていてもよい。例えば、藻類１０６は予め当業者に周知の糸（例えばクレモナ糸）に付着した状態で、当該糸を藻類養殖手段１１０に巻き付けることによって固定されている。
　藻類１０６は海水で生育するものである。本発明においては、上記の通りＣＯ２固定量比が高いという理由から藻類１０６は大型藻類であることが好ましい。
　大型藻類に属する藻類１０６としては、特に限定されないが、例えば、ホンダワラ科褐藻類およびコンブ科褐藻類に属するものが挙げられる。
　大型藻類に属する藻類１０６としては、特に限定されないが、例えば、アカモク(Sargassum horneri)、タマハハキモク(Sargassum muticum)、トゲモク(Sargassum micracanthum)、ウミトラノオ(Sargassum thunbergii)、ヨレモク(Sargassum siliguastrum)、マメタワラ(Sargassum piluliferum)、アキヨレモク(Sargassum autumnale)、ノコギリモク(Sargassum macrocarpum)、ヤナギモク(Sargassum ringgoldianum ssp. coreanum)、エンドウモク(Sargassum yendoi)、ヤツマタモク(Sargassum patens)、コンブ(Saccharina japonica)、ワカメ(Undaria pinnatifida)、アントクメ(Eckloniopsis radicosa)、アラメ(Eisenia bicyclis)、カジメ(Ecklonia cava)、クロメ(Ecklonia cava ssp. kurome)、サガラメ(Eisenia nipponica)、イズミイシノカワ(Heribaudiella fluviatilis)、およびウミトラノオ(Sargassum thunbergii)、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。
　上記のうち、藻類養殖手段１１０に固定され得る大型藻類に属する藻類１０６は、その成熟時期に合わせて１種または２種以上を組み合わせたもののいずれであってもよい。
　例えば、日本における１月～５月では、藻類１０６としてアカモクとタマハハキモクとがそれぞれ単独またはこれらを組み合わせて用いられてもよい。
　あるいは、日本における３月～５月では、藻類１０６としてアカモクとタマハハキモクとトゲモクとがそれぞれ単独またはこれらを組み合わせて用いられてもよい。
　あるいは、日本における６月～８月では、藻類１０６としてウミトラノオとヨレモクとマメタワラとエンドウモクとヤツマタモクとノコギリモクとヤナギモクとアントクメとがそれぞれ単独またはこれらを組み合わせて用いられてもよい。
　あるいは、日本における７月～９月では、藻類１０６としてアキヨレモクとノコギリモクとヤナギモクとアントクメとアラメとクロメとカジメとサガラメとがそれぞれ単独またはこれらを組み合わせて用いられてもよい。
　あるいは、日本における９月～１１月では、藻類１０６としてアキヨレモクとノコギリモクとヤナギモクとアントクメとアラメとクロメとカジメとサガラメとがそれぞれ単独またはこれらを組み合わせて用いられてもよい。
　あるいは、日本における９月～１２月では、藻類１０６としてアキヨレモクが用いられてもよい。
　藻類養殖手段１１０は海面１４０から突出する海洋構造物に接続されている。例えば、図１に示す実施形態では海洋構造物は、底部が海底１５０に固定された固定式洋上風力発電装置１７０であり、藻類養殖手段１１０は、海水中で固定式洋上風力発電装置１７０の支柱１７２周りに同一水平方向に、略一定の角度をあけて配置された複数の梁状部材１７４を介して当該固定式洋上風力発電装置１７０に接続されている。図１では、固定式洋上風力発電装置１７０の支柱１７２周りに多段の梁状部材１７４が設けられており、支柱１７２に対して鉛直方向に複数の藻類養殖手段１１０が配置されている。また、支柱１７２周りに設けられた同一水平面に位置する複数の梁状部材１７４には、支柱１７２を中心として取り囲むように複数の藻類養殖手段１１０が配置されていてもよい。
　このように、本発明においては、固定式洋上風力発電装置１７０の支柱１７２に対して鉛直方向および水平法方向のいずれにも藻類養殖手段１１０を配置でき、１つのシステム１００における藻類養殖手段１１０上で養殖される藻類１０６の効率（密度）を高めることができる。
　着生基材１２０は、海中１４２の海底１５０の上方に配置された人工物であり、所定の厚みを有する布帛、シート、板材などの比較的薄くかつ所定の平面を有する部材から構成されている。具体的には、着生基材１２０は、ナイロン、ポリエステルなどの化学繊維；麻、木綿、絹、藁などの天然繊維；ステンレススチール、タングステン、アルミニウム、および銅などの金属フィラメント；ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）（ＰＨＢＨ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリブチレンアジペート／テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリエチレンテレフタレートサクシネート（ＰＥＴＳ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリブチレンサクシネートアジペート（ＰＢＳＡ）、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの生分解性プラスチックを原料とする繊維；セルロース系ポリマーを原料とする繊維；ならびにそれらの組み合わせ；から構成される織布、編布、または不織リグノセルロース布であってもよく、あるいは熱可塑性樹脂（例えばナイロンおよびポリエステル、ならびにそれらの組み合わせ）、生分解性プラスチック（例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）（ＰＨＢＨ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリブチレンアジペート／テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリエチレンテレフタレートサクシネート（ＰＥＴＳ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリブチレンサクシネートアジペート（ＰＢＳＡ）、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ならびにそれらの組み合わせ）、セルロース系ポリマー、エラストマー、およびゴム、ならびにそれらの組み合わせから構成されるシートや板材（例えば中空板を包含する）であってもよい。
　図１において、着床基材１２０は、藻類養殖手段１１０の下方に間隔を空けて設けられている。また着生基材１２０は、例えば、固定式洋上風力発電装置１７０の支柱１７２から水平方向に延びる上記複数の梁状部材１７４からワイヤ１３２を介して吊り下げられた状態で配置されている。あるいは、海面１４０と着生基材１２０との間の最短距離が後述するような所定の範囲内にある場合は、着生基材１２０は海底１５０上に直接接した状態で配置されていてもよい。
　着生基材１２０の厚みは特に限定されないが、好ましくは３０ｃｍ～１００ｃｍ、より好ましくは５０ｃｍ～７０ｃｍである。着生基材１２０の厚みが３０ｃｍを下回ると、十分な強度を有さないことがある、潮流等の水の流れによって容易に流される等の不利益を生じることがある。着生基材１２０の厚みが１００ｃｍを上回ると、全体として重くなり、海底１５０上に配置する際および／または海中１４２から取り出して回収する際の困難性を高めることがある。
　本発明においては、着生基材１２０は、例えば、適度に切断された上記布帛、シートおよび／または組み合わされた複数の板材から構成されるもののいずれであってもよい。
　着生基材１２０のサイズは特に限定されないが、上方にて吊り下げられた上記藻類養殖手段１１０よりも大きくなるように設計されている。図１において、着生基材１２０は固定式洋上風力発電装置１７０の支柱１７２周りに配置されており、円形を有しているが、このような形態に必ずしも限定されない。例えば、着生基材１２０は矩形または多角形の形状を有し、支柱１７２周りに配置されていてもよい。
　本発明の養殖システム１００において、着生基材１２０には、藻類１０６’が仮根部（付着器）を通じて固定（付着）される。この藻類１０６’は人為的に配置されたものではなく、藻類養殖手段１１０より吊り下げられた藻類１０６から排出した遊走子または受精卵１６０によって着生基材１２０上に自生したものである。藻類１０６’は、藻類養殖手段１１０より吊り下げられた藻類１０６と同種であってもよいが、海中１４２を漂って外部から提供される他の遊走子または受精卵に起因して自生したものであってもよい。
　藻類養殖手段１１０に固定された藻類１０６は、その生育につれて海中１４２に生殖細胞または受精卵１６０を放出する。
　例えば藻類１０６がコンブ科褐藻類である場合、その胞子体からは生殖細胞である遊走子および配偶体が排出される。また、藻類１０６がホンダワラ科褐藻類である場合、その成体からは受精卵が放出される。
　本発明においては、このような藻類１０６から放出される遊走子（生殖細胞）や受精卵を利用して、これらを着生基材１２０上に到達させることができる。その後、着生基材１２０に到達した生殖細胞または受精卵１６０を通じて藻類１０６’が上記藻類１０６とともに「共役的」に生育され、結果として藻類養殖手段１１０と、その下方に配置される着生基材１２０との両方で藻類１０６，１０６’が育種可能となる。
　海面１４０と着生基材１２０との間の最短距離Ｄは、養殖する海藻の種類、養殖場所における潮流などの海水の移動の程度等によって変動するため常に限定されるものではないが、例えば静置状態において３．０ｍ～１４．５ｍ、好ましくは４．０ｍ～１０ｍである。海面１４０と着生基材１２０との間の最短距離Ｄが３．０ｍを下回ると、潮流の影響を受けて、例えば、藻類１０６から放出された遊走子（生殖細胞）または受精卵１６０が下方に存在する着生基材１２０に到達する前に潮流などの海水の流れによって過度に流され、結果として着生基材１２０上に藻類１０６’を共役的に育種することが困難となることがある。海面１４０と着生基材１２０との間の最短距離Ｄが１４．５ｍを上回ると、そのような深度では着生基材１２０に藻類１０６’の育種に必要な量の日光が届きにくくなることがある。
　さらに、図１に示す養殖システム１００では、藻類養殖手段１１０、梁状部材１７４、および着生部材１２０などの任意の場所に、青色発光ダイオードなどの発光手段１８０が複数設けられていてもよい。
　発光手段１８０から発せられる光（例えば、特に青色ダイオードなどから発せられる短波長側の光）は藻類１０６，１０６’の育種を促すことができる点で有用である。例えば、海面１４０と着生基材１２０との間の最短距離Ｄが上記範囲内にあっても、藻類１０６，１０６’のさらなる育種のためには、海中１４２への光量の増加が求められることが想定される。あるいは、夜間や冬季などの日照時間が短い場合でも藻類１０６，１０６’に補足的に光照射を行うことが可能となる。また、発光手段１８０の電力は、例えば、海洋構造物１７０である固定式洋上風力発電装置から直接供給され得る。
　図２は本発明の藻類養殖システムの他の例を示す概略図である。
　図２に示す藻類養殖システム２００では、海洋構造物として２つの浮体式洋上風力発電装置２７０，２７０’が採用されており、予めワイヤ等の固定手段２３６，２３８で固定された浮体式洋上風力発電装置２７０，２７０’の間を利用して藻類養殖手段２１０および着生基材２２０がそれぞれ設けられている。
　ここで、藻類養殖手段２１０の端部２１２，２１４は浮体式洋上風力発電装置２７０，２７０’に接続されており、その途中に複数のフロート２３０が固定されている。これにより、藻類養殖手段２１０は、全体として緩やかな複数のＵ字状の撓みを有し、これらが海中１４２にて吊り下げられた状態で配置されている。
　藻類養殖手段２１０の下方には図１に示すシステム１００と同様に、着生基材２２０が当該藻類養殖手段２１０と間隔を空けて設けられている。着生基材２２０はまた、浮体式洋上風力発電装置２７０，２７０’とワイヤ２３２，２３４を介して海中１４２で吊り下げられた状態で配置されている。
　藻類養殖手段２１０には、上記と同様にして藻類１０６が固定されており、下方の着生基材２２０には、藻類１０６から放出される遊走子（生殖細胞）や受精卵を利用して、これらを着生基材２２０上に到達させることができる。その後、着生基材２２０に到達した生殖細胞または受精卵１６０を通じて藻類１０６’が上記藻類１０６とともに「共役的」に生育され、結果として藻類養殖手段２１０と、その下方に配置される着生基材２２０との両方で藻類１０６，１０６’が育種可能となる。
　図２に示す藻類養殖システム２００は、海面１４０から海底１５０までの距離が長く、図１に示すような固定式洋上風力発電装置を配置することが困難であっても海洋構造物として浮体式洋上風力発電装置２７０，２７０’が配置されているような場所において、藻類１０６，１０６’を共役的に生育させる場合に用いられる。
　図３は、本発明の藻類養殖システムの別の例を示す。
　例えば、海岸近くや遠浅の海では、海洋構造物として、複数の固定式洋上風力発電装置３７０，３７０’が予め配置されていることがある。本発明の藻類養殖システム３００は、こうした複数の固定式洋上風力発電装置３７０，３７０’の間に生じる領域を利用して配置することができる。図３においては、海洋構造物として２つの固定式洋上風力発電装置３７０，３７０’の間に藻類養殖手段３１０および着生基材３２０を設ける例について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。
　例えば、図４に示すようにより多くの海洋構造物（固定式洋上風力発電装置）４７０の間に本発明の藻類養殖システム４００を配置することもできる。この場合、藻類養殖手段４１０および着生基材４２０はより広大な領域（大面積）占めるものとなり、共役的に育種する藻類１０６，１０６’の種類および量も拡大することができる。
　さらに藻類１０６，１０６’が共役的に育種する領域、種類、および量が拡大することによりその周辺には、様々な魚や貝、エビ、カニ、イカ、タコなどの漁業上有用な海洋生物が生育する環境が整うことになる。その結果、本発明の藻類養殖システム４００を配置した場所は、所望の藻類を得ることができるとともに、良質な漁場となることも期待できる。
　なお、海洋構造物として固定式洋上風力発電装置のような洋上風力発電装置の利用を所望したとしても、安全上の理由、および／またはその他法令により、本発明の藻類養殖システムを当該洋上風力発現装置に直接固定することが規制または制限されることが想定される。そのような場合、本発明の藻類養殖システムは、例えば、図５に示すように洋上風力発電装置に直接固定することなく配置することが可能である。
　図５に示す実施形態では、本発明の藻類養殖システム５００は、固定式洋上風力発電装置５７０の外周、より具体的には固定式洋上風力発電装置５７０を構成する支柱５７２の外周に被覆材５７５が設けられている。被覆材５７５は、本発明の藻類養殖システム５００における藻類養殖手段４１０と固定式洋上風力発電装置５７０とが直接接することなく、間接的に固定することができ、例えば耐水性を有する任意の材料で構成される。被覆材５７５の厚み等は特に限定されず、当業者によって適宜設定され得る。
　あるいは、本発明では、図５に示す固定式洋上風力発電装置５７０の代わりに、図６の（ａ）および（ｂ）に示すような固定式洋上風力発電装置６７０ａ，６７０ｂが利用されてもよい。
　図６の（ａ）に示す固定式洋上風力発電装置６７０ａは、支柱６７２ａから離間して取り付けられた固定ロッド６７４ａを備える。本発明の養殖システムにおける藻類養殖手段４１０はこの固定ロッド６７４ａに取り付けられることにより、藻類養殖手段４１０と固定式洋上風力発電装置６７０ａとが直接的に接することを回避できる。
　一方、図６の（ｂ）に示す固定式洋上風力発電装置６７０ｂは、支柱６７２ｂの周囲に当該支柱６７２ｂから離間して、一部を埋設して配置された固定用ロッド６７４ｂを備える。本発明の養殖システムにおける藻類養殖手段４１０はこの固定ロッド６７４ｂに取り付けられることにより、藻類養殖手段４１０と固定式洋上風力発電装置６７０ｂとが直接的に接することを回避できる。
　図７は、本発明の藻類養殖システムのさらに別の例であり、海洋構造物が海中展望塔７７０である場合の本発明の藻類養殖システム７００を示す。ここで、海中展望塔７７０は、海中に配置されており、観察窓７７６を通じて海中の様子を観察することができる円筒形塔部７７２と、円筒形塔部７７２と接続されておりかつ海面１４０よりも上方に配置された展望室７７３とを含む。
　図７に示す藻類養殖システム７００では、藻類１０６が固定された藻類養殖手段７１０が海中展望塔７７０の円筒形塔部７７２から延びる複数の梁状部材７７４を介して海中展望塔７７０に接続されている。図７に示す実施形態では、梁状部材７７４および藻類養殖手段７１０は、円筒形塔部７７２に設けられた観察窓７７６における視界を遮ることがないようにするために当該観察窓７７６よりも上方に設けられていることが好ましい。
　一方、海中展望塔７７０の円筒形塔部７７２の周囲には、着生基材７２０が配置されている。この着生基材７２０もまた、円筒形塔部７７２に設けられた観察窓７７６における視界を遮ることがないようにするために当該観察窓７７６よりも下方に設けられていることが好ましい。さらに、着生基材７２０上には、上記藻類養殖手段７１０に固定された藻類１０６から放出される遊走子（生殖細胞）または受精卵１６０を通じて生育する藻類１０６’が存在し、藻類１０６，１０６’が共役的に育種可能である。
　図７に示す藻類養殖システム７００がこのような構成を有していることにより、藻類養殖手段７１０に固定された藻類１０６と、着生基材７２０上に生育した藻類１０６’との間には、魚等の多くの海洋生物が集まり易い環境が構築できる。その結果、本発明の藻類養殖システム７００は、所望の藻類１０６，１０６’が養殖できることに加え、海中展望塔７７０に要求される観光施設としての価値を向上させることができる。
　上記の実施形態では、海中構造物の例として浮体式洋上風力発現装置、固定式洋上風力発電装置、および海中展望塔について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、海中構造物は、上記以外に、養殖筏（生簀）、海上橋梁、防波堤、離岸堤、消波堤、海上ブイ（航路標識を含む）、人工島、海上空港島などであってもよい。さらに海中構造物は、海岸付近に構築されるものであっても、沖合（例えば海岸から２ｋｍほどの距離）に構築されるものであってもよい。
２．藻類の養殖方法
　次に本発明の藻類の養殖方法について説明する。
　本発明の方法では、まず海水中で上記藻類養殖システムにおける藻類養殖手段に藻類が固定される。
　藻類養殖手段に固定される藻類は、好ましくは当業者に公知の方法で予め生長させた幼体である。本発明においては、磯焼けの原因となる魚や貝類の食餌となることを避けるため、養殖密度を適切に上げて養殖を行うことが好ましい。大型藻類などの藻類は、養殖密度を制御することにより、藻体外に２，４－ジブロモフェノール、２，４，６－トリブロモフェノールなどのブロモフェノール類を分泌する。当該ブロモフェノールは、魚、貝類などの海産藻食性動物に対する化学防御物質（忌避剤）として機能し、結果として上記磯焼けを回避することができる。
　次いで、藻類が放出する生殖細胞または受精卵を通じて藻類養殖システムにおける着生基材に藻類が共役的に育種される。
　藻類からの生殖細胞または受精卵の放出は、上記藻類養殖手段に固定された藻類（幼体）は海洋で養殖する場合は沖だし（海に出す）した後、所定期間を経て藻類自体が自然に開始することを待つことにより行われる。このような所定期間は養殖する藻類の種類、時期、養殖環境（例えば、水温、養殖密度）によって変動するため必ずしも限定されないが、例えば、藻類養殖手段への固定（または沖だし）後、好ましくは１５０日間～３６０日間である。さらに、放出された生殖細胞または受精卵が着生基材に受容され、共役育種が行われるまでの期間についてもまた、養殖する藻類の種類、時期、養殖環境（例えば、水温、養殖密度）によって変動するため必ずしも限定されないが、例えば、藻類からの生殖細胞または受精卵の放出後、好ましくは３０日間～６０日間である。
　その後、藻類養殖手段および着生基材の両方から藻類が回収される。
　すなわち、本発明の方法では、目的の藻類が藻類養殖手段に加え、着生基材からも回収可能であるため、得られる藻類の回収量は藻類養殖手段単独で使用する場合よりも確実に増加する。
　このようにして藻類の養殖を一層効率的に行うことができる。
　上記方法によって養殖される藻類は、例えば後述する方法を用いて得ることのできるバイオエタノールの原料として使用することができる。こうした藻類をバイオエタノール原料として用いる場合、当該原料は季節を問わず所定量が恒常的に得られることが望ましい。本発明においては、こうした恒常的なバイオエタノール原料の入手を可能にするために、養殖対象となる藻類をその時期に合わせて異なるものを選択することが好ましい。
　図８は、本発明の藻類養殖システムを用いて養殖可能な大型藻類の種類と日本の東北地方以南におけるその成熟時期（最大現存量の時期）との関係を示す図である。
　日本近海において養殖可能な大型藻類はその種類によって成熟時期が異なっており、全体として１月から１２月にかけていずれかの藻類を得ることができる。
　図８に示すように、例えば、日本国における１月～５月は、アカモクおよびタマハハキモクのそれぞれの成熟時期に該当する。また、日本国における３月～５月は、アカモク、タマハハキモクおよびトゲモクのそれぞれの成熟時期に該当する。さらに、日本国における６月～８月は、ウミトラノオ、ヨレモク、マメタワラ、エンドウモクおよびヤツマタモクのそれぞれの成熟時期に該当する。さらに、日本国における７月～９月は、ノコギリモク、ヤナギモクおよびアントクメのそれぞれの成熟時期に該当する。さらに、日本国における９月～１１月は、アキヨレモク、アラメ、クロメ、カジメ、およびサガラメのそれぞれの成熟時期に該当する。またさらに、日本国における９月～１２月は、アキヨレモクの成熟時期に該当する。
　このことから、例えば日本国およびその周辺地域では、１月～１２月の一年を通じて、養殖対象となる藻類を適切に選択することにより、バイオエタノール原料となる上記藻類を恒常的に製造することが可能である。
　上記によって得ることのできる藻類（例えば大型藻類）には、セルロース、ヘミセルロース、アルギン酸、マンニトール、ラミナラン等の糖類が豊富に含まれている。このように藻類に含まれる糖類からエタノール（すなわち、バイオエタノール）を製造することができる。
３．バイオエタノールの製造方法
　上記のようにして養殖した藻類をバイオマスとして用いることにより、当該バイオマスに含まれる糖（グルコース等）をバイオエタノール原料として利用することができる。所定の糖からバイオエタノールを製造する方法は公知であり、例えば、特開２００８－１９３９３５号公報に記載の方法を用いることができる。
　このような方法により得られたバイオエタノールは、例えばガソリンに変わる自動車用燃料として使用することができる。また、当該バイオエタノールは、上記の通り藻類の養殖を通じて製造されるため、食糧生産との競合問題も生じない。
　本発明によれば、上記の通り藻類を恒常的に製造可能となる点で、得られるバイオエタノールの市場への安定的な供給も可能となる。さらに、ＣＯ２固定量比の大きい大型藻類を養殖することができるため、環境中に排出されたＣＯ２を回収しかつ吸収するネガティブエミッション技術としても有用である。その結果、本発明は、カーボンニュートラルの実現にも貢献し得る。
　本発明によれば、例えばバイオエタノール製造用の原料を得るために有用である。また、漁業、観光業などの他の分野においても有用である。
　１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００　　藻類養殖システム
　１０６，１０６’　　　　　　　　　　　　　藻類
　１１０，２１０，３１０，４１０，７１０　　藻類養殖手段
　１２０，２２０，３２０，４２０，７２０　　着生基材
　１３２，２３２，２３４　　　　　　　　　　ワイヤ
　１４０　　　　　　　　　　　　　　　　　　海面
　１４２　　　　　　　　　　　　　　　　　　海中
　１５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　海底
　１６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　生殖細胞または受精卵
　１７０，３７０，３７０’，４７０，５７０，６７０ａ，６７０ｂ　　固定式洋上風力発電装置
　１７２，５７２，６７２ａ，６７２ｂ　　　　支柱
　１７４，５７４　　　　　　　　　　　　　　梁状部材
　１８０　　　　　　　　　　　　　　　　　　発光手段
　２３０　　　　　　　　　　　　　　　　　　フロート
　２３６，２３８　　　　　　　　　　　　　　固定手段
　２７０，２７０’　　　　　　　　　　　　　浮体式洋上風力発電装置
　５７５　　　　　　　　　　　　　　　　　　被覆材
　６７４ａ，６７４ｂ　　　　　　　　　　　　固定ロッド
　７７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　海中展望塔
　７７２　　　　　　　　　　　　　　　　　　円筒形塔部
　７７３　　　　　　　　　　　　　　　　　　展望室
　７７６　　　　　　　　　　　　　　　　　　観察窓

Claims (11)

  1. 　藻類養殖システムであって、
    　海水中に浸漬されておりかつ該藻類が固定された藻類養殖手段と、
    　該藻類養殖手段の下方に間隔を空けて設けられた着生基材と、
    を備え、
    　該藻類養殖手段が海洋構造物に接続されており、
    　海面と該着生基材との間の最短距離が３．０ｍ～１４．５ｍである、藻類養殖システム。
  2. 　前記藻類が、ホンダワラ科褐藻類およびコンブ科褐藻類からなる群から選択される少なくとも１つの大型藻類である、請求項１に記載の藻類養殖システム。
  3. 　前記藻類養殖手段が前記海洋構造物から吊り下げられた状態で接続されている、請求項１に記載の藻類養殖システム。
  4. 　前記着生基材が海底から離れた海中に配置されている、請求項１に記載の藻類養殖システム。
  5. 　前記海洋構造物が浮体式洋上風力発電装置である、請求項１に記載の藻類養殖システム。
  6. 　前記海洋構造物が固定式洋上風力発電装置である、請求項１に記載の藻類養殖システム。
  7. 　前記海洋構造物が海中展望塔である、請求項１に記載の藻類養殖システム。
  8. 　藻類の養殖方法であって、
    　水中で請求項１から７のいずれかに記載の藻類養殖システムにおける藻類養殖手段に藻類を固定する工程、
    　該藻類が放出する遊走子または受精卵を通じて該藻類養殖システムにおける着生基材に該藻類を共役育種する工程、
    　該藻類養殖手段および該着生基材の両方から該藻類を回収する工程、
    　を含む、方法。
  9. 　前記藻類が、アカモク、タマハハキモク、トゲモク、ウミトラノオ、ヨレモク、マメタワラ、アキヨレモク、ノコギリモク、ヤナギモク、エンドウモク、ヤツマタモク、コンブ、ワカメ、アントクメ、アラメ、クロメ、カジメ、およびサガラメからなる群から選択される少なくとも１種の大型藻類である、請求項８に記載の方法。
  10. 　前記藻類が、成熟時期に合わせてその種類が変更される条件下で一年を通じて継続的に養殖される、請求項８に記載の方法。
  11. 　バイオエタノール原料の製造方法であって、
    　水中で請求項１から７のいずれかに記載の藻類養殖システムにおける藻類養殖手段に藻類を固定する工程、
    　該藻類が放出する遊走子または受精卵を通じて該藻類養殖システムにおける着生基材に該藻類を共役育種する工程、
    　該藻類養殖手段および該着生基材の両方から該藻類を該バイオエタノール原料として回収する工程、
    　を含む、方法。
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