特許 7221059 藻類培養システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-03

(45)【発行日】2023-02-13

(54)【発明の名称】藻類培養システム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20230206BHJP

   C12M 1/36 20060101ALI20230206BHJP

   C12N 1/12 20060101ALN20230206BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 E

C12M1/36

C12N1/12 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019003591

(22)【出願日】2019-01-11

(65)【公開番号】P2020110086

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-12-10

(73)【特許権者】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上野 大司

(72)【発明者】

【氏名】圷 武夫

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 祐二

【審査官】木原 啓一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２８４９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１５４５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０７０９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１８４０２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０５－２８４９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０４３９００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０５－０７６３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ

Ｃ１２Ｐ

Ｃ１２Ｎ １／００－７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

海水性または汽水性の藻類を含む培養液を内部に収容可能な培養槽と、
前記培養槽に収容された前記培養液のｐＨを計測するｐＨ計測装置と、
前記培養液のｐＨを調整するｐＨ調整装置と、
前記ｐＨ計測装置で計測された前記培養液のｐＨに基づいて、少なくとも所定時間にわたって前記培養液のｐＨがアルカリ性に維持されるように、前記ｐＨ調整装置を制御する制御装置と、
海水を水源として採取される海水または汽水域の河川を水源として採取される汽水を前記培養槽に供給する水供給部と、
を備え、
前記培養液は、海水または汽水域の河川水をベースとし、
前記藻類は、ｐＨ１０以上１０．５以下の環境下で生息できる種類であり、
前記制御装置は、少なくとも所定時間にわたって前記培養液がｐＨ８．５以上１０以下に維持されるように、前記ｐＨ調整装置を制御し、
前記所定時間よりも短い第２の所定時間にわたって、前記培養液がｐＨ１０以上１０．５以下となるようにｐＨ調整装置を制御し、
前記第２の所定時間は、６０分以上１２０分以下であることを特徴とする藻類培養システム。

【請求項2】

前記ｐＨ調整装置は、前記培養槽内に光を照射する光源装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の藻類培養システム。

【請求項3】

前記ｐＨ調整装置は、前記培養槽に収容された前記培養液に、少なくともアルカリ物質を含むｐＨ調整物質を供給する供給装置を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の藻類培養システム。

【請求項4】

前記藻類の種培養システムに適用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の藻類培養システム。

【請求項5】

前記藻類の本培養システムに適用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の藻類培養システム。

【請求項6】

前記藻類の種培養システムおよび本培養システムの双方に適用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の藻類培養システム。

【請求項7】

前記藻類の回収時に、前記培養液の一部を次回の培養に利用する培養システムに適用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の藻類培養システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、藻類培養システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、藻類（特に微細藻類）は、その高い増殖特性や細胞から取り出すことの出来る有用物を利用することについて、食糧やエネルギー等の各種の分野において多くの期待が寄せられており、藻類を培養するための種々の技術が知られている。例えば、特許文献１には、地上にコンクリート等で培養槽を形成し、培養槽内に藻類および培養液を入れ、パドルにより培養液を循環させながら藻類の培養を行う藻類培養装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２３４６７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

藻類培養に関する技術は、発展途上であり、特に培養工程におけるコストダウンが課題となる。例えば、藻類の培養においては、培養液（培地）のベースとなる水が多量に必要となる。そのため、水道水等の有価の水を用いるよりも、海水や河川水といった自然界に存在する水を用いることが望ましい。しかしながら、自然界の水には、大量の微生物が含まれている。そのため、自然界の水を水源として用いた場合、微生物が増殖し、いわゆるコンタミネーションが発生する。

【0005】

コンタミネーションの発生は、藻類の培養を様々な要因で阻害する。例えば、動物性プランクトンなどによる食害に加えて、栄養塩欠乏等の環境変化を招く。その結果、微生物や藻類が分泌する粘着物によって、微生物および藻類の凝集が発生し、藻類の栄養塩の取り込み、光合成時の二酸化炭素の取り込みに影響が生じる。また、凝集物が培養槽の壁面に付着し、藻類の収穫や培養槽の洗浄において障害となる。

【0006】

コンタミネーションの発生を抑制するためには、培養システムごとに培養槽の洗浄および消毒が必要となる。さらに、藻類回収時の培養液の一部を再利用する培養工程を採用することが難しくなり、種培養工程と本培養工程とを分割して複数段階での培養を行う必要がある。このように、培養槽の洗浄および消毒、複数段階の培養により、培養工程で必要となる手順が増加し、製造コスト削減の障害となっている。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、自然界の水源を利用した藻類の培養において、コンタミネーションの発生を抑制し、効率的に藻類を培養することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、海水性または汽水性の藻類を含む培養液を内部に収容可能な培養槽と、前記培養槽に収容された前記培養液のｐＨを計測するｐＨ計測装置と、前記培養液のｐＨを調整するｐＨ調整装置と、前記ｐＨ計測装置で計測された前記培養液のｐＨに基づいて、少なくとも所定時間にわたって前記培養液のｐＨがアルカリ性に維持されるように、前記ｐＨ調整装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

【0009】

この構成により、ｐＨ計測装置により培養液のｐＨを監視しながら、計測されたｐＨに基づいて、少なくとも所定時間にわたってｐＨ調整装置によって培養液のｐＨをアルカリ性に維持することができる。その結果、培養の対象となる藻類を除き、アルカリ性の環境下では生存が難しい微生物が培養液中で増殖することを抑制することができる。したがって、本発明によれば、自然界の水源を利用した藻類の培養において、コンタミネーションの発生を抑制し、効率的に藻類を培養することができる。

【0010】

また、前記ｐＨ調整装置は、前記培養槽内に光を照射する光源装置を含むことが好ましい。この構成により、培養槽内に収容される培養液に光を照射することで、藻類に光合成を行わせて培養液中の二酸化炭素を消費させ、培養液をアルカリ性に維持することが可能となる。

【0011】

また、前記ｐＨ調整装置は、前記培養槽に収容された前記培養液に、少なくともアルカリ物質を含むｐＨ調整物質を供給する供給装置を含むことが好ましい。この構成により、少なくともアルカリ物質を含むｐＨ調整物質を培養液に供給して、培養液をアルカリ性に維持することが可能となる。

【0012】

また、前記制御装置は、少なくとも所定時間にわたって前記培養液がｐＨ８．５以上１０以下に維持されるように、前記ｐＨ調整装置を制御することが好ましい。この構成により、一般的な自然界の水源におけるｐＨよりも高いｐＨ８．５以上に培養液を維持することで、培養の対象となる藻類を除き、微生物の増殖をより良好に抑制することができる。

【0013】

また、前記藻類は、ｐＨ１０以上１０．５以下の環境下で生息できる種類であり、前記制御装置は、前記所定時間よりも短い第２の所定時間にわたって、培養液ＱがｐＨ１０以上１０．５以下となるようにｐＨ調整装置を制御することが好ましい。この構成により、一時的に培養液をｐＨ１０以上とすることで、藻類の増殖を良好に促進し、微生物の増殖を極めて良好に抑制することができる。

【0014】

また、前記培養液は、海水または汽水域の河川水をベースとすることが好ましい。この構成により、水道水等の有価の水を用いることなく培養液（培地）を生成することができるため、藻類培養システムを安価に運用することができる。

【0015】

また、本発明にかかる藻類培養システムは、前記藻類の種培養システムに適用されることが好ましい。この構成により、種培養において微生物の増殖をできる限り抑制した培養液に含まれる藻類を用いて本培養を行うことができ、本培養においても微生物の増殖を抑制することが優位となる。したがって、本培養システムに比べて小規模な種培養システムに藻類培養システムを適用し、培養システム全体の製造コスト、運用コストを低減させながら、本培養においてもコンタミネーションの発生を抑制することが優位となる。

【0016】

また、本発明にかかる藻類培養システムは、前記藻類の本培養システムに適用されることが好ましい。この構成により、大規模培養である本培養工程においてコンタミネーションの発生をより抑制し易くなり、藻類の培養を効率的に行うことができる。

【0017】

また、本発明にかかる藻類培養システムは、前記藻類の種培養システムおよび本培養システムの双方に適用されることが好ましい。この構成により、種培養工程および本培養工程の双方で微生物の増殖を抑制して、コンタミネーションを極めて良好に抑制しながら、藻類の培養を効率的に行うことができる。

【0018】

また、本発明にかかる藻類培養システムは、前記藻類の回収時に、前記培養液の一部を次回の培養に利用する培養システムに適用されることが好ましい。この構成により、種培養工程と本培養工程とを別の培養システムで行う必要がないため、工程および設備の集約を図りつつ、種培養工程および本培養工程の双方でコンタミネーションの発生を抑制し、藻類を効率的に培養することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、実施形態にかかる藻類培養システムの適用例を示す説明図である。

【図2】図２は、実施形態にかかる藻類培養システムの構成を模式的に示す説明図である。

【図3】図３は、実施形態にかかる藻類培養システムの他の適用例を示す説明図である。

【図4】図４は、実施形態にかかる藻類培養システムの他の適用例を示す説明図である。

【図5】図５は、実施形態にかかる藻類培養システムの他の適用例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明にかかる藻類培養システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0021】

図１は、実施形態にかかる藻類培養システムの適用例を示す説明図である。実施形態にかかる藻類培養システム１００は、例えばバイオ燃料の抽出等の目的で、藻類Ｍ（図２参照）を培養する装置である。藻類培養システム１００は、本培養工程において必要となる細胞数を得られるように培養を行う種培養工程に用いられる培養システムに適用される。藻類培養システム１００は、実施形態では、フォトバイオリアクター型（以下、ＰＢＲ型と称する）の培養システムである。藻類培養システム１００で培養された藻類Ｍは、より大規模な培養が可能な培養システムを用いる本培養工程へと供給される。なお、本培養工程における培養システムとしては、レースウェイ型、プール型または藻類培養システム１００よりも大型のＰＢＲ型の培養システムを用いる。

【0022】

藻類培養システム１００において培養の対象となる藻類Ｍは、海水において生息できる海水性の微細藻類または汽水において生息できる汽水性の藻類、特に微細藻類である。また、藻類Ｍは、中性からアルカリ性の領域のｐＨ環境下で生息できる藻類である。より詳細には、藻類Ｍは、ｐＨ８．０以上の環境下で生息できる藻類であり、より好ましくはｐＨ８．５以上、さらに好ましくはｐＨ９以上の環境下で生息できる藻類である。藻類Ｍは、例えば、珪藻である。

【0023】

実施形態にかかる藻類培養システム１００の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施形態にかかる藻類培養システムの構成を模式的に示す説明図である。藻類培養システム１００は、例えば屋外等、太陽光の照射を十分に受けることが可能な場所に設置される。藻類培養システム１００は、図２に示すように、培養槽１０と、ｐＨ計測装置２０と、ｐＨ調整物質供給装置３０と、光源装置４０と、制御装置５０とを備えている。実施形態において、ｐＨ調整物質供給装置３０と光源装置４０とは、培養液ＱのｐＨ（水素イオン指数）を調整するｐＨ調整装置である。

【0024】

培養槽１０は、培養液Ｑを収容可能な槽本体１１と、藻類供給部１２と、培養液供給部１３と、ガス供給部１４とを備える。なお、培養槽１０は、その他に、培養液Ｑの液面レベルを計測するレベル計、培養液Ｑの温度を調整する温度調整部、槽本体１１の洗浄時に培養液Ｑを排出する排出部等を備えてもよい。なお、培養槽１０は、チューブ式やパネル式の槽であってもよい。

【0025】

槽本体１１は、藻類Ｍを含む培養液Ｑを内部に収容する。槽本体１１は、例えば金属または樹脂により形成される。槽本体１１は、例えば矩形の槽状であるが、これに限定されず、他の形状であってもよい。槽本体１１は、上部が開口されて内部が大気開放された状態であってもよいし、上部が蓋部材により塞がれて密閉された状態であってもよい。ただし、上部を蓋部材で塞ぐ場合、蓋部材は、藻類Ｍが光合成を行う波長の光を透過する素材で形成される。したがって、槽本体１１中の培養液Ｑには、図２において白抜き矢印で示すように、太陽光が供給される。槽本体１１は、太陽光を取り込みやすくするために、蓋部材に限らず、側面部分が光を透過する素材で形成されてもよい。また、槽本体１１は、底面が光を反射させる素材で形成されてもよい。

【0026】

藻類供給部１２は、藻類Ｍを培養槽１０へと供給する。培養液供給部１３は、水供給部１３１と、栄養塩供給部１３２とを有する。水供給部１３１は、培養液Ｑのベースとなる水として、海を水源として採取される海水または汽水域の河川を水源として採取される河川水（汽水）を槽本体１１に供給する。すなわち、槽本体１１内に収容される培養液Ｑ（培地）は、海水または汽水域の河川水をベースとする。栄養塩供給部１３２は、藻類Ｍの生長を促進する窒素、リン等のミネラルといった栄養塩を供給する。栄養塩供給部１３２から供給される栄養源としては、例えば廃棄物、残材、下水等を利用するものであってもよい。なお、培養液供給部１３は、栄養塩を含んだベースとなる水（海水、汽水域の河川水）を外部で生成し、培養液Ｑとして槽本体１１に供給するものであってもよい。

【0027】

ガス供給部１４は、槽本体１１の底部近傍に配置される。ガス供給部１４は、槽本体１１に収容される培養液Ｑ中に気体をバブル状に供給する。実施形態において、気体は、大気である。供給された大気中に含まれる二酸化炭素は、培養液Ｑ中の藻類Ｍの光合成で消費される。供給された大気中に含まれる酸素は、培養液Ｑ中の藻類Ｍの呼吸で消費される。なお、ガス供給部１４は、二酸化炭素および酸素のいずれか一方を選択して、培養液Ｑ中にバブル状に供給するものであってもよい。また、ガス供給部１４は、培養液Ｑ中に大気をバブル状に供給することで、培養液Ｑ中に上昇流を形成して培養液Ｑを撹拌させ、藻類Ｍの沈降を抑制すると共に、栄養塩およびガス成分を均一化させる。培養液Ｑの撹拌は、藻類培養システム１００がＰＢＲ型よりも大型のレースウェイ型の培養システムである場合、例えば回転するパドルや、ポンプによって行われてもよい。

【0028】

ｐＨ計測装置２０は、槽本体１１に収容された培養液ＱのｐＨを計測するセンサである。上述したように、ガス供給部１４によって培養液Ｑが撹拌されるため、ｐＨ計測装置２０による培養液ＱのｐＨ計測は、任意の箇所で行うことが可能である。例えば、ｐＨ計測の精度を高めるために、ガス供給部１４から供給されるバブルの浮上点、または、パドルにより撹拌を行う位置から最も遠い液面直下の底部を計測してもよい。また、水供給部１３１からの水の供給点、栄養塩供給部１３２からの栄養塩の供給点といった培養液ＱのｐＨに影響を与える位置の近傍を計測してもよい。また、培養液Ｑの全体の濃度分布が把握できるように、複数のｐＨ計測装置２０を設置してもよい。ｐＨ計測装置２０は、培養液ＱのｐＨを常時、あるいは所定間隔ごとに計測し、計測したｐＨを制御装置５０へと出力する。

【0029】

ｐＨ調整物質供給装置３０は、槽本体１１に収容された培養液Ｑ中にｐＨ調整物質を供給する。ｐＨ調整物質は、強アルカリ物質および強酸物質を含む。強アルカリ物質としては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を用いる。強酸物質としては、例えば、塩酸（ＨＣＬ）を用いる。強アルカリ物質および強酸物質は、培養液ＱのｐＨを調整でき、かつ、藻類Ｍの生長を阻害しないものであれば、他の物質であってもよい。ｐＨ調整物質供給装置３０は、液体状の強アルカリ物質および強酸物質を槽本体１１の培養液Ｑへと滴下して供給する。ｐＨ調整物質供給装置３０は、図示しないバルブの開度を調整することにより強アルカリ物質および強酸物質の供給量を調整する。ｐＨ調整物質供給装置３０からの強アルカリ物質および強酸物質の供給量の調整は、制御装置５０により制御される。

【0030】

光源装置４０は、培養槽１０内に光を照射する人口照明である。すなわち、光源装置４０は、槽本体１１に収容された培養液Ｑ中に光を照射する。光源装置４０は、制御装置５０により制御される。光源装置４０は、藻類Ｍの光合成に必要な太陽光を得ることができない夜間に、培養液Ｑ中の藻類Ｍに光を供給することを目的として設けられる。なお、光源装置４０は、曇天時等、昼間であっても光合成に必要な光を十分に得ることが難しいときに使用されてもよい。光源装置４０から照射される光は、その波長が藻類Ｍの光合成に適した範囲のものとされる。また、光源装置４０から照射される光の強度は、藻類Ｍの光合成により吸収される二酸化炭素の吸収量と、藻類Ｍの呼吸により排出される二酸化炭素の排出量とが釣り合う光補償点以上の強度であればよい。光源装置４０は、培養液Ｑ中に万遍なく光を照射することができれば、培養液Ｑの液面より上部に配置されてもよいし、防水機能を備えるものであれば培養液Ｑの液面より下側（培養液Ｑ中）に配置されてもよい。光源装置４０は、培養液Ｑ中に光を万遍なく照射するように、槽本体１１の中央において培養液Ｑ中に配置され、放射状に光を照射するものであることが好ましい。また、光源装置４０は、培養液Ｑ中に光を万遍なく照射するように、光を拡散させる機能を有することが好ましい。光源装置４０は、複数設けられてもよい。

【0031】

制御装置５０は、藻類培養システム１００全体を制御する。制御装置５０は、藻類供給部１２および培養液供給部１３を制御して、槽本体１１への藻類Ｍの供給および培養液Ｑに含まれる水、栄養塩の供給を調整する。また、制御装置５０は、藻類Ｍの受光、非受光の状態に応じて、ガス供給部１４を制御して、培養液Ｑ中へのバルブ状の大気の供給量を調整し、藻類Ｍの光合成で必要な二酸化炭素の量、藻類Ｍの呼吸で必要な酸素の量を調整しつつ、培養液Ｑを撹拌させる。また、制御装置５０には、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨが入力される。

【0032】

ここで、藻類Ｍの培養においては、培養液Ｑ（培地）のベースとなる水が必要となる。培養には大量の水を要するため、水道水等の有価の水を用いるよりも、海水や河川水といった自然界に存在する水を用いることが望ましい。しかしながら、自然界の水には、大量の微生物が含まれている。そのため、自然界の水を水源として用いた場合、微生物が増殖し、いわゆるコンタミネーションの発生により、藻類の培養を阻害してしまう可能性がある。

【0033】

コンタミネーションの発生を抑制するには、培養液ＱのｐＨを高めればよい。つまり、自然界の水中で生息する微生物が生息しづらくなる程度までｐＨを高めてアルカリ性の環境下とすれば、微生物の増殖を抑制することができる。しかしながら、培養槽１０に収容された培養液ＱのｐＨは、種々の要因によって変動する。例えば、昼間においては、培養液Ｑ中の藻類Ｍが太陽光によって光合成を行うことで、培養液Ｑ中の二酸化炭素が消費され、培養液ＱのｐＨは低下しづらい傾向にある。一方、夜間においては、藻類Ｍに太陽光が供給されず、藻類Ｍの呼吸によって培養液Ｑ中の二酸化炭素が増加し、培養液ＱのｐＨは低下しやすい傾向にある。

【0034】

そこで、制御装置５０は、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨに基づいて、少なくとも所定時間にわたって培養液ＱのｐＨがアルカリ性に維持されるように、ｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０を制御する。より詳細には、制御装置５０は、少なくとも所定時間にわたって培養液ＱがｐＨ８．５以上１０以下（より好ましくはｐＨ９．０以上１０以下）に維持されるように、ｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０を制御する。制御装置５０は、少なくとも所定時間にわたって培養液ＱがｐＨ８．０以上１０以下に維持されるように、ｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０を制御してもよい。所定時間は、培養液Ｑ中の二酸化炭素増加等によるｐＨの低下を引き起こす培養槽１０への太陽光の供給が減少する時間に基づいて設定される。所定時間は、例えば、春分の日における日の入り前３０分から日の出後３０分までの１３時間である。培養液Ｑは、常にｐＨ８．５以上１０以下に維持されることが、より好ましい。培養液ＱをｐＨ８．５以上に維持することで、培養液Ｑ中の藻類Ｍ以外の微生物を死滅、あるいは、少なくとも増殖を良好に抑制することができる。培養液Ｑは、ｐＨ９．０以上１０以下に維持されることが、より好ましい。また、培養液ＱがｐＨ１０以上の状態で長時間維持されると、藻類培養システム１００の各種装置の個々でエロージョン等の不具合が予見される。また、培養液ＱがｐＨ１０以上では、アルカリ物質の析出が生じ、それ以上にｐＨが上昇しない可能性がある。そのため、培養液Ｑは、ｐＨ１０以下に維持される。

【0035】

ｐＨ調整装置としてのｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０の具体的な制御の一例について説明する。制御装置５０は、昼間において、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨに基づいて、培養液ＱのｐＨを上昇させる必要があると判断した場合（例えば培養液ＱがｐＨ８．５近傍になった場合またはｐＨ８．５未満となった場合）、ｐＨ調整物質供給装置３０からアルカリ物質を槽本体１１の培養液Ｑに供給させる。なお、実施形態では、昼間において、太陽光により藻類Ｍが光合成を行うことができるように培養槽１０が構成されている。そのため、夜間に比べて、昼間に培養液ＱのｐＨが低下する程度は小さく、アルカリ物質の供給量を削減することができる。一方、制御装置５０は、昼間において、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨに基づいて、培養液ＱのｐＨを低下させる必要があると判断した場合、ｐＨ調整物質供給装置３０から強酸物質を槽本体１１の培養液Ｑに供給させる。これにより、昼間において培養液ＱをｐＨ８．５以上１０以下に維持することができる。

【0036】

制御装置５０は、夜間において、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨに基づいて、培養液ＱのｐＨを上昇させる必要があると判断した場合、光源装置４０から培養液Ｑ中に光を照射させる。それにより、培養液Ｑ中の藻類Ｍが光合成を行い、二酸化炭素が消費されることによって培養液ＱのｐＨが上昇する。光源装置４０から培養液Ｑ中に光を照射させた上で、さらに培養液ＱのｐＨを上昇させる必要がある場合、制御装置５０は、ｐＨ調整物質供給装置３０から培養液Ｑへとアルカリ物質を供給させる。これにより、培養液ＱのｐＨを上昇させて、培養液ＱをｐＨ８．５以上１０以下に維持することができる。このように、夜間においては、まず光源装置４０を用いて培養液ＱのｐＨの調整を行うことで、ｐＨ調整物質供給装置３０からのアルカリ物質の供給量を削減し、運用コストの低減を図ることができる。なお、ｐＨ調整物質供給装置３０からのアルカリ物質の供給を光源装置４０からの光の照射よりも先に行ってもよいし、双方を同時に行ってもよい。

【0037】

一方、制御装置５０は、夜間において、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨに基づいて、培養液ＱのｐＨを低下させる必要があると判断した場合（例えば培養液ＱがｐＨ１０近傍になった場合またはｐＨ１０より大きくなった場合）、光源装置４０からの培養液Ｑ中への光の照射を行わないようにする。それにより、培養液Ｑ中の藻類Ｍが光合成を行わず、呼吸により二酸化炭素が増加することで、培養液ＱのｐＨが低下する傾向となる。光源装置４０からの光の照射を行わない状態で、さらに培養液ＱのｐＨを低下させる必要がある場合、制御装置５０は、ｐＨ調整物質供給装置３０から培養液Ｑへと強酸物質を供給させる。これにより、培養液ＱのｐＨを低下させて、培養液ＱをｐＨ８．５以上１０以下に維持することができる。

【0038】

以上説明したように、実施形態にかかる藻類培養システム１００は、海水性または汽水性の藻類Ｍを含む培養液Ｑを内部に収容可能な培養槽１０と、培養槽１０に収容された培養液ＱのｐＨを計測するｐＨ計測装置２０と、培養液ＱのｐＨを調整するｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０（ｐＨ調整装置）と、ｐＨ計測装置２０で計測された培養液ＱのｐＨに基づいて、少なくとも所定時間にわたって培養液ＱのｐＨがアルカリ性に維持されるように、ｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０を制御する制御装置５０と、を備える。

【0039】

この構成により、ｐＨ計測装置２０により培養液ＱのｐＨを監視しながら、計測されたｐＨに基づいて、少なくとも所定時間にわたってｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０によって培養液ＱのｐＨをアルカリ性に維持することができる。その結果、培養の対象となる藻類Ｍを除き、アルカリ性の環境下では生存が難しい微生物が培養液中で増殖することを抑制することができる。それにより、コンタミネーションによる食害の発生、栄養塩欠乏等の環境変化の発生を抑制することができる。また、微生物および藻類Ｍの凝集を抑制し、藻類Ｍの栄養塩の取り込み、光合成時の二酸化炭素の取り込みに影響が生じることを抑制することができる。さらに、凝集物が壁面に付着することを抑制し、藻類Ｍの収穫や培養槽１０の洗浄を効率的に行うことができる。また、培養槽１０の洗浄および消毒の回数を削減することが可能となる。したがって、実施形態にかかる藻類培養システム１００によれば、自然界の水源を利用した藻類Ｍの培養において、コンタミネーションの発生を抑制し、効率的に藻類Ｍを培養することができる。

【0040】

また、ｐＨ調整装置は、培養槽１０内に光を照射する光源装置４０を含む。この構成により、培養液Ｑに光を照射することで、藻類Ｍに光合成を行わせて培養液Ｑ中の二酸化炭素を消費させ、培養液Ｑをアルカリ性に維持することが可能となる。

【0041】

なお、実施形態では、藻類Ｍの光合成に必要な光を得ることができない夜間に、培養液Ｑ中の藻類Ｍに光を供給することを目的として、光源装置４０を設けるものとした。ただし、槽本体１１を密閉型かつ太陽光を透過させない構成とし、昼間および夜間の双方において、光源装置４０から培養液Ｑ中の藻類Ｍに光を供給するものとしてもよい。それにより、光源装置４０から藻類Ｍに対して、光合成に適した範囲の波長の光を安定的に供給することができる。

【0042】

また、ｐＨ調整装置は、培養槽１０に収容された培養液Ｑに、少なくともアルカリ物質を含むｐＨ調整物質を供給するｐＨ調整物質供給装置３０を含む。この構成により、少なくともアルカリ物質を含むｐＨ調整物質を培養液Ｑに供給して、培養液Ｑをアルカリ性に維持することが可能となる。

【0043】

また、制御装置５０は、培養液ＱがｐＨ８．５以上１０以下に維持されるように、ｐＨ調整物質供給装置３０および光源装置４０を制御する。この構成により、一般的な自然界の水源におけるｐＨよりも高いｐＨ８．５以上に培養液を維持することで、培養の対象となる藻類Ｍを除き、微生物の増殖をより良好に抑制することができる。

【0044】

ただし、藻類ＭがｐＨ１０以上の環境下で生息可能な種類である場合には、培養液Ｑを上記所定時間よりも短い第２の所定時間にわたって、一時的にｐＨ１０以上ｐＨ１０．５以下としてもよい。すなわち、制御装置５０は、一時的に培養液ＱがｐＨ１０以上ｐＨ１０．５以下となるように、ｐＨ調整装置を制御してもよい。第２の所定時間は、例えば６０分以上１２０分以下の時間であり、培養液Ｑを第２の所定時間にわたってｐＨ１０以上に維持することで、藻類Ｍの増殖促進は維持しつつ、藻類Ｍを除く微生物の増殖を極めて良好に抑制することができる。培養液ＱをｐＨ１０以上としても、短時間であれば、藻類培養システム１００の各種装置の不具合の発生を抑制することができる。なお、この場合の培養液ＱのｐＨの上限（ここではｐＨ１０．５）は、藻類Ｍが生息可能な値であればよい。また、このように第２の所定時間にわたって培養液ＱをｐＨ１０以上としてもよいが、培養液Ｑは常にｐＨ８．５以上１０以下に維持されることが、より好ましい。

【0045】

また、培養液Ｑは、海水または汽水域の河川水をベースとする。この構成により、水道水等の有価の水を用いることなく培養液Ｑ（培地）を生成することができるため、藻類培養システム１００を安価に運用することができる。

【0046】

また、実施形態にかかる藻類培養システム１００は、藻類Ｍの種培養システムに適用される。この構成により、種培養において微生物の増殖をできる限り抑制した培養液Ｑに含まれる藻類Ｍを用いて本培養を行うことができ、本培養においても微生物の増殖を抑制することが優位となる。したがって、本培養システムに比べて小規模な種培養システムに藻類培養システム１００を適用し、培養システム全体の製造コスト、運用コストを低減させながら、本培養においてもコンタミネーションの発生を抑制することが優位となる。

【0047】

ただし、藻類培養システム１００は、他の培養システムに適用されてもよい。図３から図５は、実施形態にかかる藻類培養システムの他の適用例を示す説明図である。

【0048】

図３に示す例では、実施形態にかかる藻類培養システム１００は、藻類Ｍの本培養システムに適用される。この場合、種培養工程では、例えばインキュベータといった藻類Ｍの純粋培養が可能な培養装置を用いる。また、藻類培養システム１００は、ＰＢＲ型よりも大型の培養システムとして、レースウェイ型またはプール型の培養システムであることが好ましい。なお、レースウェイ型の培養システムは、プール型の培養システムに比べて、さらに大型であることが一般的であることから、光源装置４０からの光を万遍なく培養液Ｑに供給する観点から、プール型がより好ましい。藻類培養システム１００は、ＰＢＲ型の培養システムであってもよい。この構成により、図１に示す適用例に比べて、大規模培養である本培養工程においてコンタミネーションの発生をより抑制し易くなり、藻類Ｍの培養を効率的に行うことができる。

【0049】

図４に示す例では、実施形態にかかる藻類培養システム１００は、藻類Ｍの種培養および本培養の双方に適用される。この場合、種培養工程に適用される藻類培養システム１００は、ＰＢＲ型の培養システムである。また、本培養工程に適用される藻類培養システム１００は、ＰＢＲ型よりも大型の培養システムとして、プール型またはレースウェイ型の培養システムであることが好ましい。上述したように、光源装置４０からの光を万遍なく培養液Ｑに供給する観点から、プール型がより好ましい。本培養工程に適用される藻類培養システム１００は、ＰＢＲ型の培養システムであってもよい。この構成により、種培養工程および本培養工程の双方で微生物の増殖を抑制して、コンタミネーションを極めて良好に抑制しながら、藻類Ｍの培養を効率的に行うことができる。

【0050】

図５に示す例では、実施形態にかかる藻類培養システム１００は、藻類Ｍの回収時に、培養液Ｑの一部を次回の培養に利用する培養システムに適用される。すなわち、藻類培養システム１００は、培養した藻類Ｍを回収するとき、藻類Ｍを含む培養液Ｑの一部を培養槽１０に残留させておき、水および栄養塩を追加して再び藻類Ｍの培養を行う。したがって、図５に示す例では、種培養工程と本培養工程とを分割することなく、同一の藻類培養システム１００で複数回にわたって連続的に藻類Ｍの培養および回収を行うことができる。この場合、藻類培養システム１００は、ＰＢＲ型、レースウェイ型およびプール型のいずれの培養システムであってもよい。この構成により、種培養工程と本培養工程とを別の培養システムで行う必要がないため、工程および設備の集約を図りつつ、種培養工程および本培養工程の双方でコンタミネーションの発生を抑制し、藻類Ｍを効率的に培養することができる。

【符号の説明】

【0051】

１０ 培養槽
１１ 槽本体
１２ 藻類供給部
１３ 培養液供給部
１３１ 水供給部
１３２ 栄養塩供給部
１４ ガス供給部
２０ ｐＨ計測装置
３０ ｐＨ調整物質供給装置
４０ 光源装置
５０ 制御装置
１００ 藻類培養システム
Ｍ 藻類
Ｑ 培養液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】