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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023103645
(43)【公開日】2023-07-27
(54)【発明の名称】微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置
(51)【国際特許分類】
C12N 1/12 20060101AFI20230720BHJP
C12N 1/00 20060101ALI20230720BHJP
C12M 1/00 20060101ALI20230720BHJP
【ＦＩ】
C12N1/12 A
C12N1/00 C
C12M1/00 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022004281
(22)【出願日】2022-01-14
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業、産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム「低ＣＯ２と低環境負荷を実現する微細藻バイオリファイナリーの創出」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】599011687
【氏名又は名称】学校法人 中央大学
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100152146
【弁理士】
【氏名又は名称】伏見 俊介
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】安保 貴永
(72)【発明者】
【氏名】中原 禎仁
(72)【発明者】
【氏名】山村 寛
【テーマコード（参考）】
4B029
4B065
【Ｆターム（参考）】
4B029AA02
4B029BB04
4B029CC01
4B029DB16
4B065AA83X
4B065BC07
4B065BC12
4B065CA03
4B065CA41
4B065CA50
(57)【要約】
【課題】大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置の提供。
【解決手段】微細藻類の培養方法及び培養装置１であって、微細藻類の培養方法では、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解工程と、溶解液Ｗと前記培養液Ｓを接触させ、前記培養液Ｓに炭素源を供給する供給工程とを有する。微細藻類の培養装置１は、培養液Ｓを収容する培養槽１０と、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離手段２０と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解手段３０と、溶解液Ｗと前記培養液Ｓを接触させ、前記培養液Ｓに炭素源を供給する供給手段４０とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】微細藻類の培養方法及び培養装置１であって、微細藻類の培養方法では、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解工程と、溶解液Ｗと前記培養液Ｓを接触させ、前記培養液Ｓに炭素源を供給する供給工程とを有する。微細藻類の培養装置１は、培養液Ｓを収容する培養槽１０と、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離手段２０と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解手段３０と、溶解液Ｗと前記培養液Ｓを接触させ、前記培養液Ｓに炭素源を供給する供給手段４０とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
培養槽に培養液を収容し、微細藻類を培養する方法であって、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解工程と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給工程と、を有する、微細藻類の培養方法。
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解工程と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給工程と、を有する、微細藻類の培養方法。
【請求項2】
前記分離工程が、前記培養槽中で行われる、請求項１に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項3】
前記分離工程が、前記培養槽から培養液の一部を抜き出し、前記培養槽の外側で行われる、請求項１に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項4】
前記溶解工程が、気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させて前記溶解液を得る工程である、請求項１～３のいずれか一項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項5】
非多孔質膜を用いる方法又は加圧溶解による方法により、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、請求項４に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項6】
前記非多孔質膜が、高分子膜である、請求項５に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項7】
二酸化炭素を含む排ガスを利用して、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、請求項４～６のいずれか一項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項8】
前記排ガスが、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場及び製鉄所から選択される１つ以上より排出される排ガスである、請求項７に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項9】
前記微細藻類が、ユーグレナ、シュードコリシスチス及びスピルリナから選択される１種以上である、請求項１～８のいずれか一項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項10】
前記培養槽が、フォトバイオリアクター型水槽である、請求項１～９のいずれか一項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項11】
前記培養液又は前記分離液に、水、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液を混合する混合工程をさらに有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項12】
微細藻類の培養装置であって、
培養液を収容する培養槽と、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離手段と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解手段と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給手段と、を備える、微細藻類の培養装置。
培養液を収容する培養槽と、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離手段と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解手段と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給手段と、を備える、微細藻類の培養装置。
【請求項13】
前記分離手段が、前記培養槽中に存在する、請求項１２に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項14】
前記分離手段が、前記培養槽から培養液の一部を抜き出し、前記微細藻類を除去して前記分離液を得る手段であり、前記培養槽の外側に存在する、請求項１２に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項15】
前記溶解手段が、気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させて前記溶解液を得る手段である、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項16】
非多孔質膜を用いる方法又は加圧溶解による方法により、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、請求項１５に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項17】
前記非多孔質膜が、高分子膜である、請求項１６に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項18】
二酸化炭素を含む排ガスを利用して、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、請求項１５～１７のいずれか一項に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項19】
前記排ガスが、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場及び製鉄所から選択される１つ以上より排出される排ガスである、請求項１８に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項20】
前記微細藻類が、ユーグレナ、シュードコリシスチス及びスピルリナから選択される１種以上である、請求項１２～１９のいずれか一項に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項21】
前記培養槽が、フォトバイオリアクター型水槽である、請求項１２～２０のいずれか一項に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項22】
前記培養液又は前記分離液に、水、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液を混合する混合手段をさらに備える、請求項１２～２１のいずれか一項に記載の微細藻類の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、微細藻類等の光合成微生物を原料として生産されるバイオ燃料が、化石燃料に代わるエネルギー源として注目されている。また、微細藻類には多くの栄養素を含むものがあり、そのような微細藻類は食品や化粧品等にも利用される。
このような背景のもとに、微細藻類を培養する方法が検討されている。
微細藻類の培養は、培養液に二酸化炭素を気体の状態で供給して行われるのが一般的である。
このような背景のもとに、微細藻類を培養する方法が検討されている。
微細藻類の培養は、培養液に二酸化炭素を気体の状態で供給して行われるのが一般的である。
【0003】
しかし、二酸化炭素の供給量が過剰となると、微細藻類が消費しきれなかった余剰な二酸化炭素は培養液から大気へ拡散されることとなり、地球温暖化の原因となる。
そこで、二酸化炭素を水に溶解させた溶解液を培養液に供給する方法が検討されている。
ガスを水に溶解させて微細藻類の培養を行う方法として、例えば特許文献１には、ガスを微細気泡化して微細気泡を含んだ微細気泡水を生成し、この微細気泡水を培養液に供給する方法が開示されている。
そこで、二酸化炭素を水に溶解させた溶解液を培養液に供給する方法が検討されている。
ガスを水に溶解させて微細藻類の培養を行う方法として、例えば特許文献１には、ガスを微細気泡化して微細気泡を含んだ微細気泡水を生成し、この微細気泡水を培養液に供給する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１９３５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、二酸化炭素を水に溶解させた溶解液を培養槽の容量を超えて供給することはできないため、二酸化炭素の供給量には限界がある。
本発明は、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置を提供することを目的とする。
本発明は、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、下記の態様を有する。
［１］ 培養槽に培養液を収容し、微細藻類を培養する方法であって、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解工程と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給工程と、を有する、微細藻類の培養方法。
［２］ 前記分離工程が、前記培養槽中で行われる、前記［１］の微細藻類の培養方法。
［３］ 前記分離工程が、前記培養槽から培養液の一部を抜き出し、前記培養槽の外側で行われる、前記［１］の微細藻類の培養方法。
［４］ 前記溶解工程が、気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させて前記溶解液を得る工程である、前記［１］～［３］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［５］ 非多孔質膜を用いる方法又は加圧溶解による方法により、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［４］の微細藻類の培養方法。
［６］ 前記非多孔質膜が、高分子膜である、前記［５］の微細藻類の培養方法。
［７］ 二酸化炭素を含む排ガスを利用して、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［４］～［６］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［８］ 前記排ガスが、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場及び製鉄所から選択される１つ以上より排出される排ガスである、前記［７］の微細藻類の培養方法。
［９］ 前記微細藻類が、ユーグレナ、シュードコリシスチス及びスピルリナから選択される１種以上である、前記［１］～［８］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［１０］ 前記培養槽が、フォトバイオリアクター型水槽である、前記［１］～［９］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［１１］ 前記培養液又は前記分離液に、水、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液を混合する混合工程をさらに有する、前記［１］～［１０］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［１］ 培養槽に培養液を収容し、微細藻類を培養する方法であって、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解工程と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給工程と、を有する、微細藻類の培養方法。
［２］ 前記分離工程が、前記培養槽中で行われる、前記［１］の微細藻類の培養方法。
［３］ 前記分離工程が、前記培養槽から培養液の一部を抜き出し、前記培養槽の外側で行われる、前記［１］の微細藻類の培養方法。
［４］ 前記溶解工程が、気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させて前記溶解液を得る工程である、前記［１］～［３］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［５］ 非多孔質膜を用いる方法又は加圧溶解による方法により、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［４］の微細藻類の培養方法。
［６］ 前記非多孔質膜が、高分子膜である、前記［５］の微細藻類の培養方法。
［７］ 二酸化炭素を含む排ガスを利用して、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［４］～［６］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［８］ 前記排ガスが、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場及び製鉄所から選択される１つ以上より排出される排ガスである、前記［７］の微細藻類の培養方法。
［９］ 前記微細藻類が、ユーグレナ、シュードコリシスチス及びスピルリナから選択される１種以上である、前記［１］～［８］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［１０］ 前記培養槽が、フォトバイオリアクター型水槽である、前記［１］～［９］のいずれかの微細藻類の培養方法。
［１１］ 前記培養液又は前記分離液に、水、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液を混合する混合工程をさらに有する、前記［１］～［１０］のいずれかの微細藻類の培養方法。
【0007】
［１２］ 微細藻類の培養装置であって、
培養液を収容する培養槽と、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離手段と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解手段と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給手段と、を備える、微細藻類の培養装置。
［１３］ 前記分離手段が、前記培養槽中に存在する、前記［１２］の微細藻類の培養装置。
［１４］ 前記分離手段が、前記培養槽から培養液の一部を抜き出し、前記微細藻類を除去して前記分離液を得る手段であり、前記培養槽の外側に存在する、前記［１２］の微細藻類の培養装置。
［１５］ 前記溶解手段が、気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させて前記溶解液を得る手段である、前記［１２］～［１４］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［１６］ 非多孔質膜を用いる方法又は加圧溶解による方法により、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［１５］の微細藻類の培養装置。
［１７］ 前記非多孔質膜が、高分子膜である、前記［１６］の微細藻類の培養装置。
［１８］ 二酸化炭素を含む排ガスを利用して、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［１５］～［１７］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［１９］ 前記排ガスが、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場及び製鉄所から選択される１つ以上より排出される排ガスである、前記［１８］の微細藻類の培養装置。
［２０］ 前記微細藻類が、ユーグレナ、シュードコリシスチス及びスピルリナから選択される１種以上である、前記［１２］～［１９］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［２１］ 前記培養槽が、フォトバイオリアクター型水槽である、前記［１２］～［２０］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［２２］ 前記培養液又は前記分離液に、水、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液を混合する混合手段をさらに備える、前記［１２］～［２１］のいずれかの微細藻類の培養装置。
培養液を収容する培養槽と、
前記培養液から前記微細藻類を除去して分離液を得る分離手段と、
前記分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液を得る溶解手段と、
前記溶解液と前記培養液を接触させ、前記培養液に炭素源を供給する供給手段と、を備える、微細藻類の培養装置。
［１３］ 前記分離手段が、前記培養槽中に存在する、前記［１２］の微細藻類の培養装置。
［１４］ 前記分離手段が、前記培養槽から培養液の一部を抜き出し、前記微細藻類を除去して前記分離液を得る手段であり、前記培養槽の外側に存在する、前記［１２］の微細藻類の培養装置。
［１５］ 前記溶解手段が、気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させて前記溶解液を得る手段である、前記［１２］～［１４］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［１６］ 非多孔質膜を用いる方法又は加圧溶解による方法により、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［１５］の微細藻類の培養装置。
［１７］ 前記非多孔質膜が、高分子膜である、前記［１６］の微細藻類の培養装置。
［１８］ 二酸化炭素を含む排ガスを利用して、前記気体状の二酸化炭素を前記分離液に溶解させる、前記［１５］～［１７］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［１９］ 前記排ガスが、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場及び製鉄所から選択される１つ以上より排出される排ガスである、前記［１８］の微細藻類の培養装置。
［２０］ 前記微細藻類が、ユーグレナ、シュードコリシスチス及びスピルリナから選択される１種以上である、前記［１２］～［１９］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［２１］ 前記培養槽が、フォトバイオリアクター型水槽である、前記［１２］～［２０］のいずれかの微細藻類の培養装置。
［２２］ 前記培養液又は前記分離液に、水、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液を混合する混合手段をさらに備える、前記［１２］～［２１］のいずれかの微細藻類の培養装置。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置の一実施形態を挙げ、図１、２を適宜参照しながら詳述する。
なお、以下の説明で用いる各図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
また、図２おいて、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
なお、以下の説明で用いる各図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
また、図２おいて、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0011】
本発明において、微細藻類とは、合成機能を有する単細胞生物であり、体長（細胞の長径）が１００μｍ以下のものをいう。
本発明で培養される微細藻類としては特に制限されないが、例えば藍藻類、原核緑藻類、紅藻類、灰色藻類、クリプト藻類、渦鞭毛藻類、黄金色藻類、珪藻類、褐藻類、黄緑藻類、ハプト藻類、ラフィド藻類（緑色鞭藻類）、クロララクニオン藻類、ミドリムシ藻類（ユーグレナ）、プラシノ藻類、緑藻類、車軸藻類などが挙げられる。これらの中でも、多くの栄養素を含み、食品、化粧品等に好適に利用できる観点から、ユーグレナ、緑藻類の一種であるシュードコリシスチス、藍藻類の一種であるスピルリナが好ましい。
本発明で培養される微細藻類としては特に制限されないが、例えば藍藻類、原核緑藻類、紅藻類、灰色藻類、クリプト藻類、渦鞭毛藻類、黄金色藻類、珪藻類、褐藻類、黄緑藻類、ハプト藻類、ラフィド藻類（緑色鞭藻類）、クロララクニオン藻類、ミドリムシ藻類（ユーグレナ）、プラシノ藻類、緑藻類、車軸藻類などが挙げられる。これらの中でも、多くの栄養素を含み、食品、化粧品等に好適に利用できる観点から、ユーグレナ、緑藻類の一種であるシュードコリシスチス、藍藻類の一種であるスピルリナが好ましい。
【0012】
また、本発明において、炭酸物質とは、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、炭酸水素イオン（重炭酸イオン）（ＨＣＯ３
－）、炭酸イオン（ＣＯ３
２－）の総称である。
【0013】
本発明の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置は、温室効果ガスの排出を軽減できる観点から、二酸化炭素を含む排ガスを利用して微細藻類を培養することが好ましい。
微細藻類の培養に利用する排ガスとしては、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスが挙げられる。
排ガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）などが含まれる。また、排ガスは、これらのガス成分に加えて、ばいじん、重金属等の有害成分を含むこともある。
排ガスに含まれるガス成分のうち、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）が微細藻類の主な有用成分である。
微細藻類の培養に利用する排ガスとしては、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスが挙げられる。
排ガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）などが含まれる。また、排ガスは、これらのガス成分に加えて、ばいじん、重金属等の有害成分を含むこともある。
排ガスに含まれるガス成分のうち、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）が微細藻類の主な有用成分である。
【0014】
「第一の態様」
［微細藻類の培養装置］
図１に、本発明の第一の態様の微細藻類の培養装置の一例を示す。
図１に示す微細藻類の培養装置１は、培養槽１０と、分離手段２０と、溶解手段３０と、供給手段４０と、混合手段５０とを備える。
［微細藻類の培養装置］
図１に、本発明の第一の態様の微細藻類の培養装置の一例を示す。
図１に示す微細藻類の培養装置１は、培養槽１０と、分離手段２０と、溶解手段３０と、供給手段４０と、混合手段５０とを備える。
【0015】
培養槽１０は、培養液Ｓを収容する槽である。
培養槽１０としては、微細藻類の培養を閉鎖系で行う場合は閉鎖系の培養槽を用い、微細藻類の培養を開放系で行う場合は開放系の培養槽を用いればよい。
ここで、「閉鎖系」とは、培養槽内の環境が培養槽の外の環境と遮断されていることを意味する。培養液Ｓに供給された二酸化炭素等の有用成分が水面から気相へ放出されにくい点、培養槽の外の環境に微細藻類の培養が影響を受けにくい点、ゴミ等の異物混入を防止できる点などから、微細藻類の培養を閉鎖系で行うことが好ましい。
培養槽１０としては、微細藻類の培養を閉鎖系で行う場合は閉鎖系の培養槽を用い、微細藻類の培養を開放系で行う場合は開放系の培養槽を用いればよい。
ここで、「閉鎖系」とは、培養槽内の環境が培養槽の外の環境と遮断されていることを意味する。培養液Ｓに供給された二酸化炭素等の有用成分が水面から気相へ放出されにくい点、培養槽の外の環境に微細藻類の培養が影響を受けにくい点、ゴミ等の異物混入を防止できる点などから、微細藻類の培養を閉鎖系で行うことが好ましい。
【0016】
閉鎖系の培養槽としては、例えばフォトバイオリアクター型水槽などが挙げられる。
フォトバイオリアクター型水槽としては、例えば平板型水槽、チューブ型水槽、太陽光集光型水槽、内部照射型水槽などが挙げられる。
開放系の培養槽としては、例えばレースウェイ型水槽などが挙げられる。また、培養槽１０に代えて、池などで微細藻類の培養を行ってもよい。
フォトバイオリアクター型水槽としては、例えば平板型水槽、チューブ型水槽、太陽光集光型水槽、内部照射型水槽などが挙げられる。
開放系の培養槽としては、例えばレースウェイ型水槽などが挙げられる。また、培養槽１０に代えて、池などで微細藻類の培養を行ってもよい。
【0017】
培養槽１０に収容される培養液Ｓとしては、培養する微細藻類の種類に応じて適宜、決定すればよい。
【0018】
分離手段２０は、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る手段である。
図１に示す分離手段２０は、培養槽１０内に配置された第一の分離膜モジュール２１を備える。すなわち、図１に示す分離手段２０は、培養槽１０中に存在する。
第一の分離膜モジュール２１を用いることにより、培養液Ｓから微細藻類を高い分離能で除去し、微細藻類が十分に除去された分離液を得ることができる。
図１に示す分離手段２０は、培養槽１０内に配置された第一の分離膜モジュール２１を備える。すなわち、図１に示す分離手段２０は、培養槽１０中に存在する。
第一の分離膜モジュール２１を用いることにより、培養液Ｓから微細藻類を高い分離能で除去し、微細藻類が十分に除去された分離液を得ることができる。
【0019】
第一の分離膜モジュール２１は、精密濾過膜、限外濾過膜等の濾過膜（固液分離膜）を備える。精密濾過膜としては、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜等が挙げられる。限外濾過膜としては、中空糸膜、平膜、チューブラ膜等が挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましく用いられる。
【0020】
第一の分離膜モジュール２１の濾過膜に中空糸膜を用いる場合、その材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やｐＨ変化に強い点から、ポリフッ化ビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。
第一の分離膜モジュール２１の濾過膜にモノリス型膜を用いる場合、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
第一の分離膜モジュール２１の濾過膜にモノリス型膜を用いる場合、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
【0021】
精密濾過膜または限外濾過膜に形成される微細孔の平均孔径は、０．０１～１．０μｍが好ましく、０．０５～０．４５μｍがより好ましい。微細孔の平均孔径が上記下限値以上であれば、固液分離に要する圧力を十分小さく抑えられる。微細孔の平均孔径が上記上限値以下であれば、微細藻類が分離液中に漏出しにくくなる。
【0022】
図１に示す第一の分離膜モジュール２１には、分離液供給ライン２２が接続されている。
分離液供給ライン２２は、第一の分離膜モジュール２１の濾過膜を透過した透過液、すなわち培養液Ｓから微細藻類が除去された分離液を溶解手段３０に供給する配管である。
分離液供給ライン２２には、ポンプ２３が設置されている。これにより、分離液を培養槽１０から排出し、溶解手段３０に供給できるようになっている。
分離液供給ライン２２は、第一の分離膜モジュール２１の濾過膜を透過した透過液、すなわち培養液Ｓから微細藻類が除去された分離液を溶解手段３０に供給する配管である。
分離液供給ライン２２には、ポンプ２３が設置されている。これにより、分離液を培養槽１０から排出し、溶解手段３０に供給できるようになっている。
【0023】
溶解手段３０は、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る手段である。
図１に示す溶解手段３０は、二酸化炭素を含む排ガスを利用し、排ガスに含まれる二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを得る手段である。
図１に示す溶解手段３０は、溶解槽３１と、ガス分離膜３２１とを備える。
図１に示す溶解手段３０は、二酸化炭素を含む排ガスを利用し、排ガスに含まれる二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを得る手段である。
図１に示す溶解手段３０は、溶解槽３１と、ガス分離膜３２１とを備える。
【0024】
溶解槽３１は、溶解液Ｗを得るための槽である。排ガスを供給する前の溶解槽３１には、分離手段２０から供給された分離液が貯留されており、溶解槽３１に貯留された分離液に二酸化炭素が溶解することで、溶解液Ｗが得られる。
【0025】
ガス分離膜３２１は、排ガスから有用成分を分離しつつ、排ガスから分離した有用成分を分離液に供給する供給手段である。
ガス分離膜３２１は、排ガスから有用成分を分離できるものであれば特に制限されず、多孔質膜であってもよいし、非多孔質膜であってもよい。また、高分子膜であってもよいし、セラミックス、金属等の無機系材料からなる分離膜であってもよい。中でも、ガス分離膜３２１としては、多孔質の高分子膜又は非多孔質の高分子膜が好ましい。
特に、ガス分離膜３２１が非多孔質膜であれば、排ガスが有害成分を含んでいる場合、排ガスから有害成分を分離することなく、すなわち、有害成分を分離液側に透過せずに、排ガスから有用成分を分離して分離液中に供給することができる。
なお、排ガスが有害成分を含んでいない場合、あるいは、排ガスが有害成分を含んでいても、有害成分の大きさ（粒子径等）よりも細孔の孔径が小さい場合は、ガス分離膜３２１として多孔質膜を用いてもよい。
ガス分離膜３２１は、排ガスから有用成分を分離できるものであれば特に制限されず、多孔質膜であってもよいし、非多孔質膜であってもよい。また、高分子膜であってもよいし、セラミックス、金属等の無機系材料からなる分離膜であってもよい。中でも、ガス分離膜３２１としては、多孔質の高分子膜又は非多孔質の高分子膜が好ましい。
特に、ガス分離膜３２１が非多孔質膜であれば、排ガスが有害成分を含んでいる場合、排ガスから有害成分を分離することなく、すなわち、有害成分を分離液側に透過せずに、排ガスから有用成分を分離して分離液中に供給することができる。
なお、排ガスが有害成分を含んでいない場合、あるいは、排ガスが有害成分を含んでいても、有害成分の大きさ（粒子径等）よりも細孔の孔径が小さい場合は、ガス分離膜３２１として多孔質膜を用いてもよい。
【0026】
非多孔質膜は、高分子材料、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素系樹脂及びシリコーン系樹脂から選ばれる１種以上を含む材料からなる高分子膜であることが好ましい。特に、排ガスから有用成分を効率よく分離して、十分な量の有用成分を分離液中に供給できる観点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びシリコーン系樹脂から選ばれる１種以上を含む材料からなることが好ましい。
多孔質膜は、高分子材料、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びフッ素系樹脂から選ばれる１種以上を含む材料からなる高分子膜であることが好ましい。
多孔質膜は、高分子材料、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びフッ素系樹脂から選ばれる１種以上を含む材料からなる高分子膜であることが好ましい。
【0027】
ガス分離膜３２１は、単層構造であってもよいし、複層構造であってもよい。ガス分離膜３２１が複層構造である場合、例えば２層の多孔質層と、その間に設けられた１層の非多孔質層を含む複層構造が好ましい。
【0028】
ガス分離膜３２１の平均膜厚は、０．７～１．３μｍが好ましく、０．８～１．２μｍがより好ましい。ガス分離膜３２１の平均膜厚が上記下限値以上であれば、製造時に欠陥が発生することなく、安定的に生産することが可能になる。ガス分離膜３２１の平均膜厚が上記上限値以下であれば、有用成分の透過性を良好に維持できる。
ガス分離膜３２１の平均膜厚は、ガス分離膜３２１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、この画像を解析してガス分離膜３２１の膜厚を複数箇所（５箇所以上）で測定し、その平均値を求めたものである。
ガス分離膜３２１の平均膜厚は、ガス分離膜３２１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、この画像を解析してガス分離膜３２１の膜厚を複数箇所（５箇所以上）で測定し、その平均値を求めたものである。
【0029】
ガス分離膜３２１の形態としては特に制限されず、中空糸膜、平膜など、用途に応じた形状をとすることができる。中でも、中空糸膜が好ましい。
また、ガス分離膜３２１には、ガス分離膜３２１を補強するための支持体（例えば、編紐や組紐等の繊維状物）を設けてもよい。例えばガス分離膜３２１の形態が中空糸膜である場合、中空状の支持体上に非多孔質膜又は多孔質膜を形成したものをガス分離膜３２１としてもよい。
また、ガス分離膜３２１には、ガス分離膜３２１を補強するための支持体（例えば、編紐や組紐等の繊維状物）を設けてもよい。例えばガス分離膜３２１の形態が中空糸膜である場合、中空状の支持体上に非多孔質膜又は多孔質膜を形成したものをガス分離膜３２１としてもよい。
【0030】
ガス分離膜３２１は、溶解槽３１に貯留された分離液に浸漬している。なお、溶解液Ｗが得られた後には、ガス分離膜３２１は溶解液Ｗに浸漬していることになる。
図示例のガス分離膜３２１は、中空糸膜であり、第二の分離膜モジュール３２の状態で、分離液（又は溶解槽３１内で得られた溶解液Ｗ）に浸漬している。
図示例の第二の分離膜モジュール３２は、複数のガス分離膜３２１で構成されたシート状物３２２と、一対のハウジング３２３とを備えている。
図示例のガス分離膜３２１は、中空糸膜であり、第二の分離膜モジュール３２の状態で、分離液（又は溶解槽３１内で得られた溶解液Ｗ）に浸漬している。
図示例の第二の分離膜モジュール３２は、複数のガス分離膜３２１で構成されたシート状物３２２と、一対のハウジング３２３とを備えている。
【0031】
シート状物３２２は、複数のガス分離膜３２１同士が一定間隔離れて配置されている。なお、ガス分離膜３２１が複数束ねられて分離膜束を形成し、複数の分離膜束同士が一定間隔離れて配置されてシート状物３２２を形成していてもよい。
シート状物３２２の長手方向の両端は、一対のハウジング３２３内に挿入されて支持されている。
一対のハウジング３２３は、シート状物３２２の両端が挿入、固定される略中空状の部材であり、図１に示す例では、第１のハウジング３２３ａ及び第２のハウジング３２３ｂから構成される。すなわち、シート状物３２２は、第１のハウジング３２３ａと第２のハウジング３２３ｂとの間で保持される。
シート状物３２２の長手方向の両端は、一対のハウジング３２３内に挿入されて支持されている。
一対のハウジング３２３は、シート状物３２２の両端が挿入、固定される略中空状の部材であり、図１に示す例では、第１のハウジング３２３ａ及び第２のハウジング３２３ｂから構成される。すなわち、シート状物３２２は、第１のハウジング３２３ａと第２のハウジング３２３ｂとの間で保持される。
【0032】
第１のハウジング３２３ａには排ガスライン３３１が接続され、排ガスが第１のハウジング３２３ａの内部に供給されるように構成されている。一方、第２のハウジング３２３ｂには排出ライン３３２が接続され、排ガスから分離されなかった、すなわちガス分離膜３２１を透過しなかった残りのガス成分（以下、「オフガス」ともいう。）が排出されるように構成されている。
そして、第二の分離膜モジュール３２は、排ガスが第１のハウジング３２３ａを介して複数のガス分離膜３２１の中空部内に送り込まれ、排ガスから有用成分を分離し、分離液中に有用成分を供給するように構成される。すなわち、図１に示すように、排ガスに含まれる有用成分（ＣＯ２、ＮＯｘ及びＳＯｘ等）は、ガス分離膜３２１を透過して分離液中に拡散され、溶解液Ｗが得られる。ガス分離膜３２１を用いることで、排ガスに含まれる気体状の二酸化炭素等の有用成分が、分離液に溶解しつつ、拡散する。
また、第二の分離膜モジュール３２は、排ガスから分離されなかった、すなわちガス分離膜３２１を透過しなかったオフガスが第２のハウジング３２３ｂを介して溶解槽３１の系外へ排出されるように構成される。オフガスは、主に、Ｎ２、Ｏ２である。排ガスが有害成分を含む場合、ガス分離膜３２１として非多孔質膜を用いるか、有害成分の大きさ（粒子径等）よりも細孔の孔径が小さい多孔質膜を用いれば、有害成分もオフガスと共に溶解槽３１の系外へ排出される。
そして、第二の分離膜モジュール３２は、排ガスが第１のハウジング３２３ａを介して複数のガス分離膜３２１の中空部内に送り込まれ、排ガスから有用成分を分離し、分離液中に有用成分を供給するように構成される。すなわち、図１に示すように、排ガスに含まれる有用成分（ＣＯ２、ＮＯｘ及びＳＯｘ等）は、ガス分離膜３２１を透過して分離液中に拡散され、溶解液Ｗが得られる。ガス分離膜３２１を用いることで、排ガスに含まれる気体状の二酸化炭素等の有用成分が、分離液に溶解しつつ、拡散する。
また、第二の分離膜モジュール３２は、排ガスから分離されなかった、すなわちガス分離膜３２１を透過しなかったオフガスが第２のハウジング３２３ｂを介して溶解槽３１の系外へ排出されるように構成される。オフガスは、主に、Ｎ２、Ｏ２である。排ガスが有害成分を含む場合、ガス分離膜３２１として非多孔質膜を用いるか、有害成分の大きさ（粒子径等）よりも細孔の孔径が小さい多孔質膜を用いれば、有害成分もオフガスと共に溶解槽３１の系外へ排出される。
【0033】
供給手段４０は、溶解液Ｗと培養液Ｓを接触させ、培養槽１０中の培養液Ｓに炭素源を供給する手段える。
供給手段４０は、溶解液供給ライン４１を備える。
溶解液供給ライン４１は、溶解槽３１内で得られた溶解液Ｗを培養槽１０に供給する配管である。
供給手段４０は、溶解液供給ライン４１を備える。
溶解液供給ライン４１は、溶解槽３１内で得られた溶解液Ｗを培養槽１０に供給する配管である。
【0034】
図１に示す混合手段５０は、分離液に水（Ｘ１）、又は炭酸物質以外の有用成分を含む水溶液（Ｘ２）を混合する手段である。なお、本発明において水（Ｘ１）及び水溶液（Ｘ２）を総称して「液体（Ｘ）」ともいう。
混合手段５０は、タンク５１と、液体供給ライン５２とを備える。
タンク５１は、液体（Ｘ）を収容するタンクである。
液体供給ライン５２は、タンク５１に収容された液体（Ｘ）を分離液に供給する配管であり、分離液供給ライン２２の途中で合流することで、分離液供給ライン２２中で分離液に液体（Ｘ）を供給できるように構成されている。
炭酸物質以外の有用成分としては、例えばリン、窒素、カリウム等の微量元素が挙げられる。
混合手段５０は、タンク５１と、液体供給ライン５２とを備える。
タンク５１は、液体（Ｘ）を収容するタンクである。
液体供給ライン５２は、タンク５１に収容された液体（Ｘ）を分離液に供給する配管であり、分離液供給ライン２２の途中で合流することで、分離液供給ライン２２中で分離液に液体（Ｘ）を供給できるように構成されている。
炭酸物質以外の有用成分としては、例えばリン、窒素、カリウム等の微量元素が挙げられる。
【0035】
［微細藻類の培養方法］
以下、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法の一例について説明する。なお、以下に説明する微細藻類の培養方法は、図１に示す微細藻類の培養装置１を用いた微細藻類の培養方法の一例である。
本実施形態の微細藻類の培養方法は、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解工程と、溶解液Ｗと培養液Ｓを接触させ、培養液Ｓに炭素源を供給する供給工程と、分離液に液体（Ｘ）を混合する混合工程とを有する。
具体的には、以下の通りである。
以下、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法の一例について説明する。なお、以下に説明する微細藻類の培養方法は、図１に示す微細藻類の培養装置１を用いた微細藻類の培養方法の一例である。
本実施形態の微細藻類の培養方法は、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解工程と、溶解液Ｗと培養液Ｓを接触させ、培養液Ｓに炭素源を供給する供給工程と、分離液に液体（Ｘ）を混合する混合工程とを有する。
具体的には、以下の通りである。
【0036】
まず、分離液供給ライン２２の途中に設けられたポンプ２３を駆動させ、培養液Ｓを第一の分離膜モジュール２１の濾過膜により膜濾過し、濾過膜を透過した、すなわち培養液Ｓから微細藻類が除去された分離液を培養槽１０から排出し、溶解手段３０の溶解槽３１に供給する（分離工程）。
【0037】
第二の分離膜モジュール３２が浸漬する程度の量の分離液が溶解槽３１に貯留された後に、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスを、排ガスライン３３１及び第１のハウジング３２３ａを介してガス分離膜３２１の中空部内に送り込む。
ガス分離膜３２１に送り込まれた排ガスをガス分離膜３２１によって分離する。具体的には、排ガスに含まれる有用成分をガス分離膜３２１によって排ガスから分離し、分離した有用成分を溶解槽３１内にて分離液に溶解させ、溶解液Ｗを得る（溶解工程）。ガス分離膜３２１は溶解槽３１に貯留された分離液に浸漬しているので、ガス分離膜３２１を透過した有用成分は直接、分離液中に拡散される。その際、気泡が発生しにくいので、気体状の二酸化炭素等の有用成分が分離液に溶解しやすい。
排ガスから分離されなかった、すなわちガス分離膜３２１を透過しなかった残りのガス成分（オフガス）を第２のハウジング３２３ｂを介して溶解槽３１の系外へ排出する。
ガス分離膜３２１に送り込まれた排ガスをガス分離膜３２１によって分離する。具体的には、排ガスに含まれる有用成分をガス分離膜３２１によって排ガスから分離し、分離した有用成分を溶解槽３１内にて分離液に溶解させ、溶解液Ｗを得る（溶解工程）。ガス分離膜３２１は溶解槽３１に貯留された分離液に浸漬しているので、ガス分離膜３２１を透過した有用成分は直接、分離液中に拡散される。その際、気泡が発生しにくいので、気体状の二酸化炭素等の有用成分が分離液に溶解しやすい。
排ガスから分離されなかった、すなわちガス分離膜３２１を透過しなかった残りのガス成分（オフガス）を第２のハウジング３２３ｂを介して溶解槽３１の系外へ排出する。
【0038】
次いで、溶解液供給ライン４１を介して、溶解液Ｗを培養槽１０に添加することで、溶解液Ｗと培養液Ｓを接触させ、培養槽１０中の培養液Ｓに炭素源を供給する（供給工程）。供給工程は、培養の進み具合に応じて、連続的に行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。
培養が進行し、培養液Ｓ中の微細藻類の濃度が高くなった場合には、培養槽１０から培養液Ｓを抜き出すことが好ましい。培養槽１０から培養液Ｓを抜き出すと、培養槽１０中の培養液Ｓの量が減るため、混合手段５０により液体（Ｘ）を分離液に供給して、培養槽１０中の培養液Ｓの量を調節することが好ましい（混合工程）。
培養が進行し、培養液Ｓ中の微細藻類の濃度が高くなった場合には、培養槽１０から培養液Ｓを抜き出すことが好ましい。培養槽１０から培養液Ｓを抜き出すと、培養槽１０中の培養液Ｓの量が減るため、混合手段５０により液体（Ｘ）を分離液に供給して、培養槽１０中の培養液Ｓの量を調節することが好ましい（混合工程）。
【0039】
微細藻類の培養条件としては特に限定されず、培養する微細藻類の種類に応じて決定すればよい。
微細藻類の培養は、閉鎖系で行ってもよいし、開放系で行ってもよい。培養液Ｓに供給された有用成分が水面から気相へ放出されにくい点、培養槽の外の環境に微細藻類の培養が影響を受けにくい点、ゴミ等の異物混入を防止できる点などから、微細藻類の培養を閉鎖系で行うことが好ましい。
また、排ガスが有害成分を含んでいる場合は、排ガスから有害成分を分離することなく、すなわち、有害成分を培養液Ｓ側に透過せずに、排ガスから有用成分を分離して培養液Ｓ中に供給することが好ましい。
培養温度は４～４０℃が好ましく、１５～３５℃がより好ましい。
微細藻類に照射する光は太陽光でもよいし、人工光でもよい。
微細藻類の培養は、閉鎖系で行ってもよいし、開放系で行ってもよい。培養液Ｓに供給された有用成分が水面から気相へ放出されにくい点、培養槽の外の環境に微細藻類の培養が影響を受けにくい点、ゴミ等の異物混入を防止できる点などから、微細藻類の培養を閉鎖系で行うことが好ましい。
また、排ガスが有害成分を含んでいる場合は、排ガスから有害成分を分離することなく、すなわち、有害成分を培養液Ｓ側に透過せずに、排ガスから有用成分を分離して培養液Ｓ中に供給することが好ましい。
培養温度は４～４０℃が好ましく、１５～３５℃がより好ましい。
微細藻類に照射する光は太陽光でもよいし、人工光でもよい。
【0040】
［作用効果］
以上説明した、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置では、培養液から微細藻類を除去した分離液に対して二酸化炭素を溶解させ、得られた溶解液を培養液に返送するので、培養槽の容量を超えることなく、必要な量の二酸化炭素を培養液に供給できる。しかも、培養の進み具合に応じて培養液に溶解させる二酸化炭素の濃度を調節でき、最適な量の二酸化炭素を培養液に供給できるので、二酸化炭素の供給量が過剰となりにくい。また、二酸化炭素を分離液に溶解させて培養液に供給するので、分離液と溶解液とが混ざり合い、二酸化炭素は溶解液に溶解した状態となる。そのため、二酸化炭素が消費しきれなかったとしても、余剰な二酸化炭素は培養液に溶解しているので、二酸化炭素が大気へ拡散しにくい。
よって、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置であれば、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる。
特に、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスを二酸化炭素の供給源として利用すれば、温室効果ガスの排出を軽減できる。
以上説明した、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置では、培養液から微細藻類を除去した分離液に対して二酸化炭素を溶解させ、得られた溶解液を培養液に返送するので、培養槽の容量を超えることなく、必要な量の二酸化炭素を培養液に供給できる。しかも、培養の進み具合に応じて培養液に溶解させる二酸化炭素の濃度を調節でき、最適な量の二酸化炭素を培養液に供給できるので、二酸化炭素の供給量が過剰となりにくい。また、二酸化炭素を分離液に溶解させて培養液に供給するので、分離液と溶解液とが混ざり合い、二酸化炭素は溶解液に溶解した状態となる。そのため、二酸化炭素が消費しきれなかったとしても、余剰な二酸化炭素は培養液に溶解しているので、二酸化炭素が大気へ拡散しにくい。
よって、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置であれば、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる。
特に、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスを二酸化炭素の供給源として利用すれば、温室効果ガスの排出を軽減できる。
【0041】
本発明により培養された微細藻類は、例えば食品、化粧品、バイオ燃料などに利用される。
特に、有害成分を含んだ排ガスを微細藻類の培養に利用する場合、排ガスから有害成分を分離することなく、すなわち、有害成分を培養液側に透過せずに、排ガスから有用成分を分離して培養液中に供給して培養された微細藻類は、食品、化粧品などの原料として好適である。
特に、有害成分を含んだ排ガスを微細藻類の培養に利用する場合、排ガスから有害成分を分離することなく、すなわち、有害成分を培養液側に透過せずに、排ガスから有用成分を分離して培養液中に供給して培養された微細藻類は、食品、化粧品などの原料として好適である。
【0042】
なお、図示例の微細藻類の培養装置１は、１つの培養槽１０を備えているが、複数の培養槽を設置して微細藻類を同時に培養してもよい。
複数の培養槽を設置する場合、各培養槽では、同じ種類の微細藻類を培養してもよいし、異なる種類の微細藻類を培養してもよい。また、少なくとも１つの培養槽では培養を閉鎖系で行い、残りの培養槽では培養を開放系で行ってもよい。
また、図示例の微細藻類の培養装置１では、１つの培養槽１０に、１つの第一の分離膜モジュール２１が浸漬しているが、培養槽１０の大きさに応じて、複数の第一の分離膜モジュール２１を浸漬させてもよい。
複数の培養槽を設置する場合、各培養槽では、同じ種類の微細藻類を培養してもよいし、異なる種類の微細藻類を培養してもよい。また、少なくとも１つの培養槽では培養を閉鎖系で行い、残りの培養槽では培養を開放系で行ってもよい。
また、図示例の微細藻類の培養装置１では、１つの培養槽１０に、１つの第一の分離膜モジュール２１が浸漬しているが、培養槽１０の大きさに応じて、複数の第一の分離膜モジュール２１を浸漬させてもよい。
【0043】
また、第一の態様では、非多孔質膜等のガス分離膜３２１を用いて気体状の二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを調製しているが、加圧溶解による方法で気体状の二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを調製してもよい。具体的には、溶解槽３１の気相部に二酸化炭素を充填して溶解槽３１を密閉し、溶解槽３１内を加圧することで気体状の二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを調製してもよい。
さらに、排ガスに代えて、気体状の二酸化炭素を直接、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよいし、炭酸塩（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等）及び重炭酸塩（例えば重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等）のいずれか一方又は両方を直接又は水溶液の状態で、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよい。ただし、溶解液Ｗ中の炭酸物質の濃度を制御しやすい観点で、気体状の二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを調製することが好ましい。その中でも、効率よく二酸化炭素を分離液に溶解できる観点から、非多孔質膜等のガス分離膜３２１を用いる方法が特に好ましい。
さらに、排ガスに代えて、気体状の二酸化炭素を直接、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよいし、炭酸塩（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等）及び重炭酸塩（例えば重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等）のいずれか一方又は両方を直接又は水溶液の状態で、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよい。ただし、溶解液Ｗ中の炭酸物質の濃度を制御しやすい観点で、気体状の二酸化炭素を分離液に溶解させて溶解液Ｗを調製することが好ましい。その中でも、効率よく二酸化炭素を分離液に溶解できる観点から、非多孔質膜等のガス分離膜３２１を用いる方法が特に好ましい。
【0044】
また、図示例の微細藻類の培養装置１では、液体供給ライン５２が分離液供給ライン２２の途中で合流しており、分離液供給ライン２２中で分離液に液体（Ｘ）を供給しているが、液体（Ｘ）を培養槽１０中の培養液Ｓに直接添加し、混合してもよい。
【0045】
「第二の態様」
［微細藻類の培養装置］
図２に、本発明の第二の態様の微細藻類の培養装置の一例を示す。
図２に示す微細藻類の培養装置２は、培養槽１０と、分離手段２０と、溶解手段３０と、供給手段４０と、混合手段５０とを備える。
培養槽１０、溶解手段３０、供給手段４０及び混合手段５０は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
［微細藻類の培養装置］
図２に、本発明の第二の態様の微細藻類の培養装置の一例を示す。
図２に示す微細藻類の培養装置２は、培養槽１０と、分離手段２０と、溶解手段３０と、供給手段４０と、混合手段５０とを備える。
培養槽１０、溶解手段３０、供給手段４０及び混合手段５０は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
【0046】
図２に示す分離手段２０は、培養槽１０の外側に配置された第一の分離膜モジュール２１を備える。すなわち、図２に示す分離手段２０は、培養槽１０から培養液Ｓの一部を抜き出し、抜き出した培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る手段であり、培養槽１０の外側に存在する。
第一の分離膜モジュール２１としては、第一の態様の説明において先に例示した第一の分離膜モジュールが挙げられる。
第一の分離膜モジュール２１としては、第一の態様の説明において先に例示した第一の分離膜モジュールが挙げられる。
【0047】
図２に示す第一の分離膜モジュール２１には、分離液供給ライン２２と、培養液供給ライン２４と、濃縮液返送ライン２５とが接続されている。
分離液供給ライン２２は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
培養液供給ライン２４は、培養槽１０から培養液Ｓの一部を抜き出し、抜き出した培養液Ｓを第一の分離膜モジュール２１に供給する配管である。培養液供給ライン２４の一端は培養槽１０に接続され、他端は第一の分離膜モジュール２１に接続されている。
濃縮液返送ライン２５は、第一の分離膜モジュール２１の濾過膜を透過せず、微細藻類が濃縮された濃縮液を培養槽１０に返送する配管である。濃縮液返送ライン２５の一端は第一の分離膜モジュール２１に接続され、他端は培養槽１０に接続されている。これにより、培養槽１０から抜き出された培養液Ｓ中の微細藻類が、培養槽１０と分離手段２０とを循環できるようになっている。
また、濃縮液返送ライン２５の途中には、濃縮液排出ライン２６が接続されており、濃縮液の少なくとも一部を排出できるようになっている。
分離液供給ライン２２は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
培養液供給ライン２４は、培養槽１０から培養液Ｓの一部を抜き出し、抜き出した培養液Ｓを第一の分離膜モジュール２１に供給する配管である。培養液供給ライン２４の一端は培養槽１０に接続され、他端は第一の分離膜モジュール２１に接続されている。
濃縮液返送ライン２５は、第一の分離膜モジュール２１の濾過膜を透過せず、微細藻類が濃縮された濃縮液を培養槽１０に返送する配管である。濃縮液返送ライン２５の一端は第一の分離膜モジュール２１に接続され、他端は培養槽１０に接続されている。これにより、培養槽１０から抜き出された培養液Ｓ中の微細藻類が、培養槽１０と分離手段２０とを循環できるようになっている。
また、濃縮液返送ライン２５の途中には、濃縮液排出ライン２６が接続されており、濃縮液の少なくとも一部を排出できるようになっている。
【0048】
［微細藻類の培養方法］
以下、本発明の第二の態様の微細藻類の培養方法の一例について説明する。なお、以下に説明する微細藻類の培養方法は、図２に示す微細藻類の培養装置２を用いた微細藻類の培養方法の一例である。
本実施形態の微細藻類の培養方法は、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解工程と、溶解液Ｗと培養液Ｓを接触させ、培養液Ｓに炭素源を供給する供給工程と、分離液に液体（Ｘ）を混合する混合工程とを有する。
具体的には、以下の通りである。
以下、本発明の第二の態様の微細藻類の培養方法の一例について説明する。なお、以下に説明する微細藻類の培養方法は、図２に示す微細藻類の培養装置２を用いた微細藻類の培養方法の一例である。
本実施形態の微細藻類の培養方法は、培養液Ｓから微細藻類を除去して分離液を得る分離工程と、分離液に炭酸物質を溶解させて溶解液Ｗを得る溶解工程と、溶解液Ｗと培養液Ｓを接触させ、培養液Ｓに炭素源を供給する供給工程と、分離液に液体（Ｘ）を混合する混合工程とを有する。
具体的には、以下の通りである。
【0049】
まず、分離液供給ライン２２の途中に設けられたポンプ２３を駆動させ、培養槽１０から培養液Ｓの一部を抜き出し、培養液供給ライン２４を介して抜き出した培養液Ｓを分離手段２０の第一の分離膜モジュール２１に供給する。引き続き、培養液Ｓを第一の分離膜モジュール２１の濾過膜により膜濾過し、濾過膜を透過した、すなわち培養液Ｓから微細藻類が除去された分離液を溶解手段３０の溶解槽３１に供給する（分離工程）。
第一の分離膜モジュール２１の濾過膜を透過せず、微細藻類が濃縮された濃縮液は、濃縮液返送ライン２５を介して培養槽１０に返送される。なお、培養が進行し、培養液Ｓ中の微細藻類の濃度が高くなった場合には、濃縮液排出ライン２６を介して、濃縮液の少なくとも一部を排出する。
第一の分離膜モジュール２１の濾過膜を透過せず、微細藻類が濃縮された濃縮液は、濃縮液返送ライン２５を介して培養槽１０に返送される。なお、培養が進行し、培養液Ｓ中の微細藻類の濃度が高くなった場合には、濃縮液排出ライン２６を介して、濃縮液の少なくとも一部を排出する。
【0050】
分離工程に続く溶解工程及び供給工程及は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
また、上述したように、培養が進行して濃縮液の少なくとも一部を排出した場合は、培養槽１０中の培養液Ｓの量が減るため、混合手段５０により液体（Ｘ）を分離液に供給して、培養槽１０中の培養液Ｓの量を調節することが好ましい（混合工程）。
微細藻類の培養条件等は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
また、上述したように、培養が進行して濃縮液の少なくとも一部を排出した場合は、培養槽１０中の培養液Ｓの量が減るため、混合手段５０により液体（Ｘ）を分離液に供給して、培養槽１０中の培養液Ｓの量を調節することが好ましい（混合工程）。
微細藻類の培養条件等は、第一の態様と同様であるため、その説明を省略する。
【0051】
［作用効果］
以上説明した、本発明の第二の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置では、培養液から微細藻類を除去した分離液に対して二酸化炭素を溶解させ、得られた溶解液を培養液に返送するので、培養槽の容量を超えることなく、必要な量の二酸化炭素を培養液に供給できる。しかも、培養の進み具合に応じて培養液に溶解させる二酸化炭素の濃度を調節でき、最適な量の二酸化炭素を培養液に供給できるので、二酸化炭素の供給量が過剰となりにくい。また、二酸化炭素を分離液に溶解させて培養液に供給するので、分離液と溶解液とが混ざり合い、二酸化炭素は溶解液に溶解した状態となる。そのため、二酸化炭素が消費しきれなかったとしても、余剰な二酸化炭素は培養液に溶解しているので、二酸化炭素が大気へ拡散しにくい。
よって、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置であれば、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる。
特に、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスを二酸化炭素の供給源として利用すれば、温室効果ガスの排出を軽減できる。
また、本発明の第二の態様の微細藻類の培養装置は、培養槽の外側に分離手段が存在しているので、第一の分離膜モジュール２１のメンテナンス（例えば濾過膜の洗浄等）が容易である。
以上説明した、本発明の第二の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置では、培養液から微細藻類を除去した分離液に対して二酸化炭素を溶解させ、得られた溶解液を培養液に返送するので、培養槽の容量を超えることなく、必要な量の二酸化炭素を培養液に供給できる。しかも、培養の進み具合に応じて培養液に溶解させる二酸化炭素の濃度を調節でき、最適な量の二酸化炭素を培養液に供給できるので、二酸化炭素の供給量が過剰となりにくい。また、二酸化炭素を分離液に溶解させて培養液に供給するので、分離液と溶解液とが混ざり合い、二酸化炭素は溶解液に溶解した状態となる。そのため、二酸化炭素が消費しきれなかったとしても、余剰な二酸化炭素は培養液に溶解しているので、二酸化炭素が大気へ拡散しにくい。
よって、本発明の第一の態様の微細藻類の培養方法及び微細藻類の培養装置であれば、大気への二酸化炭素の拡散を抑制しつつ、効率よく微細藻類を培養できる。
特に、石炭火力発電所、ごみ焼却場、セメント工場、製鉄所等の化石燃料を使用する施設から排出される排ガスを二酸化炭素の供給源として利用すれば、温室効果ガスの排出を軽減できる。
また、本発明の第二の態様の微細藻類の培養装置は、培養槽の外側に分離手段が存在しているので、第一の分離膜モジュール２１のメンテナンス（例えば濾過膜の洗浄等）が容易である。
【0052】
なお、図示例の微細藻類の培養装置２は、１つの培養槽１０を備えているが、複数の培養槽を設置して微細藻類を同時に培養してもよい。
複数の培養槽を設置する場合、各培養槽では、同じ種類の微細藻類を培養してもよいし、異なる種類の微細藻類を培養してもよい。また、少なくとも１つの培養槽では培養を閉鎖系で行い、残りの培養槽では培養を開放系で行ってもよい。
また、図示例の微細藻類の培養装置２では、１つの培養槽１０に、１つの第一の分離膜モジュール２１が浸漬しているが、培養槽１０の大きさに応じて、複数の第一の分離膜モジュール２１を浸漬させてもよい。
複数の培養槽を設置する場合、各培養槽では、同じ種類の微細藻類を培養してもよいし、異なる種類の微細藻類を培養してもよい。また、少なくとも１つの培養槽では培養を閉鎖系で行い、残りの培養槽では培養を開放系で行ってもよい。
また、図示例の微細藻類の培養装置２では、１つの培養槽１０に、１つの第一の分離膜モジュール２１が浸漬しているが、培養槽１０の大きさに応じて、複数の第一の分離膜モジュール２１を浸漬させてもよい。
【0053】
また、第二の態様では、非多孔質膜等のガス分離膜３２１を用いて気体状の二酸化炭素を水に溶解させて溶解液Ｗを調製しているが、加圧溶解による方法で気体状の二酸化炭素を水に溶解させて溶解液Ｗを調製してもよい。具体的な方法は、第一の態様と同様である。
さらに、排ガスに代えて、気体状の二酸化炭素を直接、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよいし、炭酸塩（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等）及び重炭酸塩（例えば重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等）のいずれか一方又は両方を直接又は水溶液の状態で、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよい。
さらに、排ガスに代えて、気体状の二酸化炭素を直接、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよいし、炭酸塩（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等）及び重炭酸塩（例えば重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等）のいずれか一方又は両方を直接又は水溶液の状態で、溶解槽３１に供給して溶解液Ｗを調製してもよい。
【0054】
また、図示例の微細藻類の培養装置２では、液体供給ライン５２が分離液供給ライン２２の途中で合流しており、分離液供給ライン２２中で分離液に液体（Ｘ）を供給しているが、液体（Ｘ）を培養槽１０中の培養液Ｓに直接添加し、混合してもよい。また、液体供給ライン５２を培養液供給ライン２４の途中で合流させ、培養液供給ライン２４中で、培養槽１０から抜き出した培養液Ｓに供給してもよい。
【符号の説明】
【0055】
１ 微細藻類の培養装置
２ 微細藻類の培養装置
１０ 培養槽
２０ 分離手段
２１ 第一の分離膜モジュール
２２ 分離液供給ライン
２３ ポンプ
２４ 培養液供給ライン
２５ 濃縮液返送ライン
２６ 濃縮液排出ライン
３０ 溶解手段
３１ 溶解槽
３２ 第二の分離膜モジュール
３２１ ガス分離膜
３２２ シート状物
３２３ ハウジング
３２３ａ 第１のハウジング
３２３ｂ 第２のハウジング
３３１ 排ガスライン
３３２ 排出ライン
４０ 供給手段
４１ 溶解液供給ライン
５０ 混合手段
５１ タンク
５２ 液体供給ライン
Ｓ 培養液
Ｗ 溶解液
２ 微細藻類の培養装置
１０ 培養槽
２０ 分離手段
２１ 第一の分離膜モジュール
２２ 分離液供給ライン
２３ ポンプ
２４ 培養液供給ライン
２５ 濃縮液返送ライン
２６ 濃縮液排出ライン
３０ 溶解手段
３１ 溶解槽
３２ 第二の分離膜モジュール
３２１ ガス分離膜
３２２ シート状物
３２３ ハウジング
３２３ａ 第１のハウジング
３２３ｂ 第２のハウジング
３３１ 排ガスライン
３３２ 排出ライン
４０ 供給手段
４１ 溶解液供給ライン
５０ 混合手段
５１ タンク
５２ 液体供給ライン
Ｓ 培養液
Ｗ 溶解液
【図1】
【図2】