特開 2023-86255 空気中または排気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕

(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】P2023086255

(43)【公開日】2023-06-22

(54)【発明の名称】空気中または排気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20230615BHJP

   C05C 3/00 20060101ALI20230615BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20230615BHJP

   C01C 1/02 20060101ALI20230615BHJP

   C01C 1/04 20060101ALI20230615BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 E

C05C3/00

B01D53/92 240

B01D53/92 360

C01C1/02 A

C01C1/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021200642

(22)【出願日】2021-12-10

(71)【出願人】

【識別番号】322008391

【氏名又は名称】アファン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】596125826

【氏名又は名称】山内 肇

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】100171963

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 惠一

(72)【発明者】

【氏名】山内 肇

【テーマコード（参考）】

4B029

4D002

4H061

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029BB04

4B029CC01

4B029DB11

4D002AA09

4D002AC10

4D002BA20

4D002CA06

4D002DA70

4D002FA10

4D002HA08

4H061BB08

4H061CC41

4H061EE08

4H061EE66

4H061GG12

4H061GG48

4H061GG69

(57)【要約】

【課題】 簡単な施設でガス中の二酸化炭素を酸素に転換し、かつ、その工程で販売可能な副産物も製造することができる空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕を得る。
【解決手段】 培養糟外部から気体を供給する気体供給管と、気体供給管に気体を供給するポンプと、気体供給管から培養槽に供給された気体を泡状にして培養槽中の液体に放出する気泡発生手段と、培養槽中の液体の表面から排出される気体を培養漕外部に排出する気体排出管と、培養槽に気体を送り込む送風機と、を備え、培養槽には、気密性の高い蓋が設けられ、気体供給管と前記気体排出管とのみを通じて気体が通過するように密封され、藻類培養槽に係る機材を稼働させる電源にはソーラーパネルを使用し、藻類の光合成により培養漕外部から供給された気体の二酸化炭素濃度より培養漕外部に排出された気体の二酸化炭素濃度の方を低下させるように構成する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

藻類培養糟であって、
前記培養糟外部から気体を供給する気体供給管と、
前記気体供給管に気体を供給するポンプと、
前記気体供給管から前記培養槽に供給された気体を泡状にして前記培養槽中の液体に放出する気泡発生手段と、
前記培養槽中の液体の表面から排出される気体を前記培養漕外部に排出する気体排出管と、
前記培養槽に気体を送り込む送風機と、を備え、
前記培養槽には、気密性及び透光性の高い蓋が設けられ、前記気体供給管と前記気体排出管とのみを通じて気体が通過するように密封され、
前記藻類培養槽に係る機材を稼働させる電源にはソーラーパネルを使用し、
前期藻類の光合成により前記培養漕外部から供給された気体の二酸化炭素濃度より前記培養漕外部に排出された気体の二酸化炭素濃度の方が低下していること
を特徴とする藻類培養糟。

【請求項2】

前記培養漕内にＬＥＤ照明が設けられ、
前記ソーラーパネルは余剰電力を蓄電するバッテリーを備えていること、
を特徴とする請求項１に記載の藻類培養槽。

【請求項3】

前記気体排出管に二酸化炭素濃度測定手段が設けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の藻類培養槽。

【請求項4】

前記気体供給管に二酸化炭素濃度濃縮手段が設けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の藻類培養槽。

【請求項5】

前記二酸化炭素濃度濃縮手段が膜分離式窒素ガス発生手段であること、
を特徴とする請求項４に記載の藻類培養槽。

【請求項6】

前記気体供給管の前記膜分離式窒素ガス発生手段より上流部に二酸化炭素濃度測定手段が設けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の藻類培養槽。

【請求項7】

前記膜分離式窒素ガス発生手段が窒素排気管を備え、前記窒素排気管がアンモニアを製造する工業的窒素固定手段に接続されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の藻類培養槽。

【請求項8】

前記膜分離式窒素ガス発生手段が窒素排気管を備え、前記窒素排気管がシアノバクテリア培養槽に接続されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の藻類培養槽。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大気中及び内燃機関等の排気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化の原因となっている大気中の温室効果ガスのなかで二酸化炭素は温暖化への影響度が大きいガスであり、産業革命以降、化石燃料の使用が増え、その結果、大気中の二酸化炭素の濃度も増加している。
ＩＰＣＣ第５次評価報告書（２０１４年)では、このままでは ２１００年の平均気温は、温室効果ガスの排出量が最も多い、最悪のシナリオの場合には最大４．８℃上昇すると発表されている。

【0003】

このような状況を放置すれば、地球環境への多大な負荷となり、気候変動・海面の上昇・海水の酸性化などにより、人類を含む地球上の生物の生存が危機にさらされることになる。

【0004】

単一の国家などで対応できる事態ではなく、大気中の温室効果ガス濃度を安定させることを目的として、国連気候変動枠組み条約が多くの国・地域によって（２０２１年１１月現在１９７カ国・地域）締約されており、締約国会議は年に１回開催されているが、化石燃料による発電や移動手段の削減など、二酸化炭素削減のための提言は行われているが、参加国の足並みはそろっているとはいえない。

【0005】

技術的には、石炭火力発電において、アンモニアを混焼することによる二酸化炭素排出の抑制や、アンモニア自体を燃料とする発電も実用化が近づいているが、アンモニアの不足による価格の高騰も懸念され、根本的な解決策となるかどうかは不透明である。

【0006】

一方で、従来、炭素酸化物を含むガスをバイオマスに変換することにより、ガス中の二酸化炭素を減少させる技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。

【0007】

特許文献１には、ＣＯｘを含むガスをバイオマスに変換する方法であって、第１にガスを水に接触させ、最終的な金属塩が水溶液内に形成されるように水は金属塩を含み、水溶液内の最終的な金属塩は金属及びＣＯ３を含む工程と、第２に水溶液を少なくとも１つのＡＢＲ（付着藻類生物膜反応器）内の藻類に接触させ、ＡＢＲはＣＯｘ及びＣＯ３の少なくとも１つの少なくとも一部をバイオマスに変換する工程を有する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特表２０１０－５３７８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に係るＣＯｘを含むガスをバイオマスに変換する方法では、二酸化炭素の減少を測定することができず、二酸化炭素削減のための国際的枠組みの中で評価される排出権の取引には利用できないという問題点がある。

【0010】

また、特許文献１に係るＣＯｘを含むガスをバイオマスに変換する方法では、その方法に用いる装置や、水溶液中の金属塩・分散剤などに取り扱いに注意を要するものが多く、バイオマスの価格も流動的であって製造コストの回収も予測しづらく、中小企業などで手軽に行うことが困難であるという問題もある。

【0011】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な施設でガス中の二酸化炭素を酸素に転換し、かつ、その工程で販売可能な副産物も製造することができる空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕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】

【0012】

このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、培養糟外部から気体を供給する気体供給管と、気体供給管に気体を供給するポンプと、気体供給管から培養槽に供給された気体を泡状にして培養槽中の液体に放出する気泡発生手段と、培養槽中の液体の表面から排出される気体を培養漕外部に排出する気体排出管と、前記培養槽に気体を送り込む送風機と、を備え、培養槽には、気密性の高い蓋が設けられ、気体供給管と前記気体排出管とのみを通じて気体が通過するように密封され、藻類培養槽に係る機材を稼働させる電源にはソーラーパネルを使用し、藻類の光合成により培養漕外部から供給された気体の二酸化炭素濃度より培養漕外部に排出された気体の二酸化炭素濃度の方を低下させることを特徴とする。

【0013】

このような構成によれば、気体供給管から培養槽に供給された気体中の二酸化炭素が、藻類の光合成により酸素が取り出され、気体排出感から排出された気体中の二酸化炭素濃度を、培養槽に供給された際の二酸化炭素濃度よりも下げることができ、排出権取引に利用できる上に、培養槽を稼働させる電力の生産において二酸化炭素を排出せず、さらに培養された藻類、例えばクロレラを販売することにより、排出権取引以外の収入も得ることができる。

【0014】

この藻類培養槽は、培養漕以外の装置は小型で済むものであり、化石燃料の燃焼を行う設備の空きスペースの広さに応じて培養槽の大きさを決めることができ、例えば暖房や給湯に使うボイラー室や、金属加工設備、ガラス加工設備など炉を備えた施設の空きスペースに設置することができるので、中小企業であってもその規模に応じた二酸化炭素削減を行うことができる。

【0015】

また、このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、培養漕内にＬＥＤ照明が設けられ、ソーラーパネルは余剰電力を蓄電するバッテリーを備えていることを特徴とする。

【0016】

このような構成によれば、培養槽を室内に置いても内部の藻類が光合成を行うことができ、また、夜間や雨天時などはバッテリーに蓄電された電気を使用することで、昼夜を問わず光合成を行うことができる。

【0017】

さらに、このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、気体排出管に二酸化炭素濃度測定手段が設けられていることを特徴とする。

【0018】

このような構成によれば、気体排出管から排出された気体の二酸化炭素濃度が、排出権取引の基準値と比較してどの程度低いかを測定し、排出権取引の根拠とすることができる。

【0019】

さらに、このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、気体供給管に二酸化炭素濃度濃縮手段が設けられていることを特徴とする。さらに、二酸化炭素濃度濃縮手段が膜分離式窒素ガス発生手段であることを特徴とする。

【0020】

このような構成によれば、培養槽に供給される気体の光合成の効率を上げることができ、例えば、膜分離式窒素ガス発生手段による気体の分離では、窒素とそれ以外の気体に分離することができることから、大気中の約８０パーセントを占める窒素を除いた気体を培養槽に供給することにより、供給された気体の二酸化炭素濃度が通常の大気に比べ約５倍になることから、光合成の効率を上げることができる。

【0021】

そして、このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、気体供給管の膜分離式窒素ガス発生手段より上流部に二酸化炭素濃度測定手段が設けられていることを特徴とする。

【0022】

このような構成によれば、気体排出管から排出された気体の二酸化炭素濃度が、化石燃料の燃焼により通常の大気より上がっている内燃機関等の排気と比較してどの程度低いかを測定し、カーボンニュートラルに貢献する効果を測定することができる。

【0023】

一方、このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、膜分離式窒素ガス発生手段が窒素排気管を備え、前記窒素排気管がアンモニアを製造する工業的窒素固定手段に接続されていることを特徴とする。

【0024】

このように構成することで、まず、石炭火力発電において、アンモニアを混焼することによる二酸化炭素排出の抑制や、アンモニア自体を燃料とする二酸化炭素排出ゼロの発電に貢献することができる。また、アンモニアは窒素肥料の原料となるため、培養槽による藻類培養の肥料となり、また、余剰分は販売して、培養費用を補填することができる。

【0025】

他方、このような目的に応えるために本発明に係る藻類培養漕は、膜分離式窒素ガス発生手段が窒素排気管を備え、前記窒素排気管がシアノバクテリア培養槽に接続されていることを特徴とする。

【0026】

このように構成することで、まず、シアノバクテリアの光合成による二酸化炭素濃度の低減だけでなく、シアノバクテリアの窒素固定能力を利用して、大規模プラントが必要で使用エネルギー量も大きい工業的窒素固定手段に比べ、低エネルギーで窒素を固定することができる。

【発明の効果】

【0027】

以上説明したように本発明に係る藻類培養槽によれば、簡単な施設でガス中の二酸化炭素を酸素に転換し、かつ、その工程で販売可能な副産物も製造することができる空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕の、第一の実施の形態に係る模式図である。

【図2】本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕の、第二の実施の形態に係る模式図である。

【図3】本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕の、第三の実施の形態に係る模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本発明は以上のような構成であるので、これを図面に基づきながら本発明の実施の形態を説明する。

【実施例0030】

図１は本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕の第一の実施の形態を示す。
この図において、全体を符号１で示すものは本発明を特徴づける空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕である。

【0031】

藻類培養漕１０は、内部にクロレラ等藻類を培養するための肥料を含む水である液体が注がれ、その中でクロレラ等藻類が培養される。
蓋１１は、光を通す透明な素材からなり、藻類培養漕１０の上部開口部を密閉して閉じることができるように構成されている。
エアストーン１２からは、藻類培養漕１０の中の液体に、外部の空気が注入され、その空気を気泡上にして藻類培養漕１０の中の液体に放出する。

【0032】

インバーター２０は、ソーラーパネル３０またはバッテリー３２からケーブル３３を通じて供給された直流電流を交流に変換する。
コンプレッサー２１は、インバーター２０から供給された交流電流で内部のモーターを稼働させ、周辺の空気または内燃機関等から排出された排気を、送気管２２に供給する。
給気管２３は、送気管内の気体を藻類培養漕１０の中のエアストーン１２に送り込む。
排気管２４は、エアストーン１２から排出され藻類培養漕１０の中の液体から排出された気体を、藻類培養漕１０から排出する。

【0033】

ソーラーパネル３０は、太陽光から直流電流を生産し、ケーブル３３を通じてコントローラー３１に送る。
コントローラー３１は、ソーラーパネル３０から供給された直流電流をケーブル３３を通じてインバーター２０とＬＥＤ照明１３に送り、余剰の電力をケーブル３３を通じてバッテリー３２に送る。

【0034】

送気管２２に取り付けられた二酸化炭素濃度測定機４０は、コンプレッサー２１から送り込まれた気体の二酸化炭素濃度を測定し、排気管２４に取り付けられた二酸化炭素濃度測定機４０は、光合成を経て藻類培養漕１０から排出された気体の二酸化炭素濃度を測定する。
膜分離式窒素ガス発生手段４１は、送気管２２から送り込まれた気体中から窒素を分離して放出し、残った気体が給気管２３に送り込まれる。

【0035】

ソーラーパネル３０で生産された直流電流を、コントローラー３１を経由してインバーター２０により交流電流に変換し、コンプレッサー２１によって、周辺の気体または内燃機関等の排気を送気管２２に送り込むが、この過程で二酸化炭素を発生させるエネルギーを使用しないで済むという効果がある。
コントローラー３１において余剰の電力をバッテリー３２に送って蓄電し、夜間や曇天・雨天時など日照が少ないため発電が不足する場合には、バッテリー３２に蓄電された電気を利用して。夜間等も途切れなくコンプレッサー２１を稼働させることできる。
藻類培養漕１０を屋外に設置すれば、昼間生産した電力はその多くを蓄電に回すことができ、効率的に途切れなく稼働することができる。

【0036】

排気管２４に取り付けられた二酸化炭素濃度測定機４０により、光合成を経て藻類培養漕１０から排出された気体の二酸化炭素濃度を測定することにより、大気中の二酸化炭素濃度の平均値と比較することにより、濃度低下分を排出権取引の対象とすることができる。なお、温室効果ガス世界資料センター（ＷＤＣＧＧ）の解析による２０２０年の世界の二酸化炭素の平均濃度は、前年と比べて２．５ｐｐｍ増えて４１３．２ｐｐｍである。
送気管２２に取り付けられた二酸化炭素濃度測定機４０は、コンプレッサー２１から送り込まれた気体の二酸化炭素濃度を測定するが、これは直接排出権取引の対象とはならなくとも、周辺の装置等の二酸化炭素の排出量、または、コンプレッサーに排気を送り込む装置等の二酸化炭素の排出量を類推する役に立ち、それらの装置の改良や交換の契機となりうる。
それによって、排気管２４に取り付けられた二酸化炭素濃度測定機４０により、光合成を経て藻類培養漕１０から排出された気体の二酸化炭素濃度を効率的に低減させることにもつながる。

【0037】

コントローラー３１からＬＥＤ照明１３に電流を送ることで、他の光源よりエネルギー消費量を抑制して、光合成に必要な光量を藻類培養漕１０内に供給することができる。この光合成によって、空気中の二酸化炭素濃度を低減させることに貢献することができ、排出権取引の対象とすることで利益を上げることができる。
クロレラを培養する場合、乾物として、タンパク質45%、脂質20%、糖質20%、灰分10%。その他にビタミン類やミネラル類を主成分として含み、食品原料や着色料・品質改良・味覚向上のための加工品として販売可能なほか、農業用の有機肥料としてクロレラを配合した土壌改良剤や葉面散布剤、漁業用として稚魚育成用飼料、としても販売可能で、排出権取引にとどまらず収益を上げることができる。

【0038】

膜分離式窒素ガス発生手段４１は、送気管２２から送り込まれた気体から、窒素のみを取り出すことができる。窒素は平均して大気の約８０パーセントを占めることから、送気管２２と給気管２３の間に膜分離式窒素ガス発生手段４１を設け、分離した窒素を排出することにより、給気管２３に送り込まれる気体中の二酸化炭素濃度は、送気管２２から送り込まれた気体中の二酸化炭素濃度の約５倍となり、藻類培養漕１０内でも光合成の効率を上げることができる。

【0039】

図２は本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕の第二の実施の形態を示す。
図１の空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕１の膜分離式窒素ガス発生手段４１は、送気管２２によって工業的窒素固定手段５０と接続されている。

【0040】

工業的窒素固定手段５０は、工業的窒素固定では、金属触媒存在下で空気中の窒素分子を５００ないし６００℃、２００ないし５００気圧という条件で水素と反応させ、アンモニアを作る。アンモニアは、光合成を行う植物の肥料の原料ともなり、また、燃焼しても二酸化炭素を発生させないため、石炭火力発電のボイラーにアンモニアを混ぜて燃焼させる「火力混焼」により二酸化炭素排出量を減少させる発電、あるいは、アンモニアの専焼により二酸化炭素を発生させない発電が可能である。

【0041】

しかし、工業的窒素固定手段５０は、工業的窒素固定では、金属触媒存在下で空気中の窒素分子を５００ないし６００℃、２００ないし５００気圧という条件で水素と反応させ、アンモニアを作る。アンモニアは、光合成を行う植物の肥料の原料ともなり、また、燃焼しても二酸化炭素を発生させないため、石炭火力発電のボイラーにアンモニアを混ぜて燃焼させる「火力混焼」により二酸化炭素排出量を減少させる発電、あるいは、アンモニアの専焼により二酸化炭素を発生させない発電が可能である。
工業的窒素固定手段５０は、大規模プラントとなることも多く、その場合、プラントの周囲の工場群が本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕を備えるようにすれば、効率の良い窒素収集を行うことができる。

【0042】

このアンモニアの原料である窒素を販売することで、膜分離式窒素ガス発生手段４１は、光合成の効率を上げる効果のみならず、アンモニアの原料販売によって別途収益を上げる効果もある。

【0043】

図３は本発明に係る空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕の第三の実施の形態を示す。
図１の空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕１の膜分離式窒素ガス発生手段４１は、送気管２２によって窒素固定シアノバクテリア培養糟６０接続されている。

【0044】

窒素固定シアノバクテリアは、生物学的窒素固定を効率的に行うことができる藻類として期待されており、大量のエネルギーを必要とする工業的窒素固定手段５０に比べ、低エネルギーで窒素固定を行うことができる。

【0045】

なお、気体供給管に設ける二酸化炭素濃度濃縮手段としては、まずゼオライトにより二酸化炭素を吸着し、それ以外の気体を放出後、ゼオライトから二酸化炭素を取り出して気体供給管に戻す手段を用いると、飛躍的に二酸化炭素濃度を上げることができる。その他さまざまな二酸化炭素濃度濃縮手段と組み合わせることで、光合成功率を上げることができるが、このような手段を組み合わせたものも、本発明の範囲に属することはいうまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、藻類培養槽で培養する藻類の種類を変えることで、二酸化炭素脳の低減ビジネスに多様な収益構造をもたらすことができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 空気中の二酸化炭素濃度を低減させる藻類培養漕
１０ 藻類培養漕
１１ 蓋
１２ エアストーン
１３ ＬＥＤ照明
２０ インバーター
２１ コンプレッサー
２２ 送気管
２３ 給気管
２４ 排気管
３０ ソーラーパネル
３１ コントローラー
３２ バッテリー
３３ ケーブル
４０ 二酸化炭素濃度測定機
４１ 膜分離式窒素ガス発生手段
５０ 工業的窒素固定手段
６０ 窒素固定シアノバクテリア培養糟

【図1】

【図2】

【図3】