特許 7233052 藻類培養システム及び藻類の培養方法

(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】2023-02-24

(45)【発行日】2023-03-06

(54)【発明の名称】藻類培養システム及び藻類の培養方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/06 20060101AFI20230227BHJP

   C12N 1/12 20060101ALI20230227BHJP

   A01G 33/00 20060101ALI20230227BHJP

   B01D 53/34 20060101ALI20230227BHJP

   B01D 53/62 20060101ALN20230227BHJP

【ＦＩ】

C12M1/06

C12N1/12 A

A01G33/00

B01D53/34

B01D53/62

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019108365

(22)【出願日】2019-06-11

(65)【公開番号】P2020198821

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-10-31

(73)【特許権者】

【識別番号】302002801

【氏名又は名称】有限会社栄和商事

(73)【特許権者】

【識別番号】519210398

【氏名又は名称】有限会社Ｋ工業

(73)【特許権者】

【識別番号】504007006

【氏名又は名称】公協産業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】519210402

【氏名又は名称】株式会社ユタカ建設

(74)【代理人】

【識別番号】100144509

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 洋三

(74)【代理人】

【識別番号】100076244

【弁理士】

【氏名又は名称】藤野 清規

(72)【発明者】

【氏名】土居 和彦

(72)【発明者】

【氏名】大野 正夫

【審査官】福間 信子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０２２３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－１０５２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９３５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２８４６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３６７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１７６６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５１２０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９２６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】大下紘史、中田俊彦，P-401 地域特性を考慮した微細藻類バイオマスエネルギーシステムの導入可能性評価, 第５回バイオマス科学会議, 2010, p. 154-155

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

海の沿岸に立設された事業所から排出される二酸化炭素を含む排ガスと、前記事業所によって海から取り込まれ昇温されて排出される海水からなる温排水と、を利用することによりキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサのいずれかの藻類を培養する藻類培養システムであって、
前記排ガスの少なくとも一部から二酸化炭素を含む処理排ガスを精製する精製部と、
前記温排水の少なくとも一部が供給され、前記処理排ガスの一部をイジェクターによって前記温排水に溶解させることにより二酸化炭素濃度の高い培養水とする溶解部と、
前記処理排ガスの残部と前記培養水が供給されて前記藻類が培養される培養部と、を有し、
前記溶解部は、前記イジェクターから排出された前記培養水が通る送水管を有し、
前記送水管には、前記イジェクターで発生した前記処理排ガスの気泡を細分化するための螺旋状の羽根部が設けられていることを特徴とする藻類培養システム。

【請求項2】

前記培養部は水深０．５メートル以上１０メートル以下であって、
前記藻類は、前記培養部の水面から水深５メートルの間で培養されている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】

海の沿岸に立設された事業所から排出される二酸化炭素を含む排ガスと、前記事業所によって海から取り込まれ昇温されて排出される海水からなる温排水と、を利用することによりキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサのいずれかの藻類を培養する藻類の培養方法であって、
前記排ガスの少なくとも一部から二酸化炭素を含む処理排ガスを精製する処理排ガス精製工程と、
前記温排水の少なくとも一部が供給され、前記処理排ガスの一部をイジェクターによって前記温排水に溶解させることにより二酸化炭素濃度の高い培養水とする溶解工程と、
前記藻類が培養される培養部に前記処理排ガスの残部と前記培養水を供給する供給工程と、を有し、
前記イジェクターから排出された前記培養水が通る送水管には、螺旋状の羽根部が設けられており、該羽根部によって前記イジェクターで発生した気泡を細分化することを特徴とする藻類の培養方法。

【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及び藻類の培養方法に関し、特に火力発電所等の事業所から排出される排ガス及び排温水を利用した亜熱帯性及び熱帯性の藻類培養システム及び藻類の培養方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化などの環境保全の見地から、石炭や石油等の化石燃料を使用する事業所から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素の処理が問題になっている。特に、火力発電所から排出される排ガス中の二酸化炭素濃度は訳１４％と非常に高く、大気中の二酸化炭素濃度０．０３４％に対して約４０倍となっている。このような排ガスに含まれる二酸化炭素の除去・回収方法として、生物の光合成能力を利用して太陽エネルギーによって生物体内に固定化する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

【0003】

特許文献１に記載された処理排ガスのリサイクル方法では、工場に微細藻類培養地を併設し、光合成を利用して工場から排出される排ガスから分離される炭酸ガスを微細藻類に固定している。得られた微細藻類の乾燥は、１００℃以上の排ガスを熱風ガスとして利用することにより行う。乾燥された微細藻類は、藻類固化装置によってペレット状に形成され火力発電所のボイラに燃料として投入される。

【0004】

特許文献２に記載された植物栽培施設では、燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素を植物栽培のＣＯ２源にするとともに燃料電池からの排熱を植物育成の暖房熱源として利用し、電気出力を温室の電力源として利用している。具体的には、植物栽培施設に設けられた熱交換手段によって、排ガスが冷却されてＣＯ２ガスと水とに分離される。分離されたＣＯ２ガスは、流量制御部によって温室内のＣＯ２ガス濃度が３００ｐｐｍ以上となるように制御され、温室内に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平９－２７６６４８号公報

【文献】特開２００３－２５０３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の炭酸ガスのリサイクル方法では、藻類培養槽で培養した藻類を藻類回収装置によって回収し、藻類固化装置でペレット状に成型し燃料として火力発電所のボイラでリサイクルされる。よって、一旦は二酸化炭素が藻類に固定されるが、当該藻類で形成されたペレットを燃やすことで再び二酸化炭素が発生するため、二酸化炭素のリサイクル効率が良いとは言えなかった。また、藻類を培養する施設や、乾燥しペレット状にするための設備など、多くの設備投資が必要となりコストが増大していた。さらに、藻類培養槽にはＣＯ２回収装置によって排ガスから回収された二酸化炭素が供給されているが、温度管理等がなされていないため培養することができる藻類が限定的であった。

【0007】

特許文献２に記載された植物栽培施設では、家庭用の燃料電池の排ガスに含まれる二酸化炭素のリサイクルであって、大型の火力発電所など二酸化炭素を含んだ排ガスが大量に排出される設備に適用することは膨大なコストがかかるため困難であった。一般的に、陸上植物の成長速度は藻類などの海洋植物の成長速度の１／１０程度であるため、植物栽培施設によって栽培される植物は成長に時間がかかり効率が良いとは言えなかった。

【0008】

そこで、本発明は、事業所からの温排水及び排ガスを利用して効率的に亜熱帯性及び熱帯性の藻類を培養することができる藻類培養システム及び藻類の培養方法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】

【0009】

上記課題を解決するために第１の発明は、海の沿岸に立設された事業所から排出される二酸化炭素を含む排ガスと、前記事業所によって海から取り込まれ昇温されて排出される海水からなる温排水と、を利用することによりキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサのいずれかの藻類を培養する藻類培養システムであって、前記排ガスの少なくとも一部から二酸化炭素を含む処理排ガスを精製する精製部と、前記温排水の少なくとも一部が供給され、前記処理排ガスの一部をイジェクターによって前記温排水に溶解させることにより二酸化炭素濃度の高い培養水とする溶解部と、前記処理排ガスの残部と前記培養水が供給されて前記藻類が培養される培養部と、を有し、前記溶解部は、前記イジェクターから排出された前記培養水が通る送水管を有し、前記送水管には、前記イジェクターで発生した前記処理排ガスの気泡を細分化するための螺旋状の羽根部が設けられていることを特徴とする藻類培養システムである。

【0010】

本発明のうち第２の発明に係る藻類培養システムは、第１の発明に係る藻類培養システムであって、前記培養部は水深０．５メートル以上１０メートル以下であって、前記藻類は、前記培養部の水面から水深５メートルの間で培養されていることを特徴としている。

【0011】

本発明のうち第３の発明は、海の沿岸に立設された事業所から排出される二酸化炭素を含む排ガスと、前記事業所によって海から取り込まれ昇温されて排出される海水からなる温排水と、を利用することによりキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサのいずれかの藻類を培養する藻類の培養方法であって、前記排ガスの少なくとも一部から二酸化炭素を含む処理排ガスを精製する処理排ガス精製工程と、前記温排水の少なくとも一部が供給され、前記処理排ガスの一部をイジェクターによって前記温排水に溶解させることにより二酸化炭素濃度の高い培養水とする溶解工程と、前記藻類が培養される培養部に前記処理排ガスの残部と前記培養水を供給する供給工程と、を有し、前記イジェクターから排出された前記培養水が通る送水管には、螺旋状の羽根部が設けられており、該羽根部によって前記イジェクターで発生した処理排ガスの気泡を細分化することを特徴とする藻類の培養方法である。

【発明の効果】

【0012】

前記第１の発明に係る藻類培養システムによると、二酸化炭素濃度の高い培養水を培養部に供給することにより、排ガス中に含まれる二酸化炭素を藻類に固定化することができる。これにより、温暖化の原因となる二酸化炭素を藻類の培養に有効利用することができる。また、温排水を用いて培養水を製造するため、排熱として捨てる温排水の熱を藻類の培養に有効利用することができる。さらに、海水からなる温排水を藻類の栽培に利用することで、海水に含まれる窒素、リンを含む栄養塩類を藻類が吸収して成長が促進されるとともに、別途肥料等を添加する必要がないため、低コストで藻類の培養を行うことができる。

【0013】

さらに、イジェクターから発生した処理排ガスの気泡が送水管の羽根部によって細分化されるため、処理排ガスを効率的に培養水に溶解させて培養水の二酸化炭素濃度を上昇させることができる。これにより、培養部で培養される藻類に効率的に二酸化炭素を供給することができる。

【0014】

また、第１の発明に係る藻類培養システムよると、培養されるキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサはいずれも食品原料として用いることが可能であるため、これらの藻類によって新たに温暖化ガスを発生させることがなく環境への負荷を低減することができる。

【0015】

前記第２の発明に係る藻類培養システムによると、藻類は水面から５メートルの間で培養されているため、十分な自然光を受けることができ、光合成によって藻類の成長が促進され、さらに、藻類の生産維持管理及び収穫等が容易となり安定した培養ができる。

【0016】

前記第３の発明に係る藻類の培養方法によると、溶解工程において排ガスから精製した二酸化炭素を含む処理排ガスを温排水に溶解させ培養水として培養部に供給するため、排ガス中に含まれる二酸化炭素を藻類に固定化することができる。これにより、温暖化の原因となる二酸化炭素を藻類の培養に有効利用することができる。また、供給工程において温排水の熱を培養部に伝えるため、排熱として捨てる熱を藻類の培養に有効利用することができる。さらに、海水からなる温排水を藻類の栽培に利用することで、海水に含まれる窒素、リンを含む栄養塩類を藻類が吸収して成長が促進されるとともに、別途肥料等を添加する必要がないため、低コストで藻類の培養を行うことができる。

【0017】

さらに、イジェクターで発生した処理排ガスの気泡が送水管の羽根部によって細分化されるため、処理排ガスを培養水に溶解させて培養水の二酸化炭素濃度を上昇させることができる。これにより、培養部で培養される藻類に効率的に二酸化炭素を供給することができる。

【0018】

また、第３の発明に係る藻類培養システムよると、培養されるキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサはいずれも食品原料として用いることが可能であるため、これらの藻類によって新たに温暖化ガスを発生させることがなく環境への負荷を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の実施の形態による藻類培養システムの概略図。

【図2】本発明の第１の実施の形態による藻類培養システムにおける泡沫分離装置の説明図。

【図3】本発明の第１の実施の形態による藻類培養システムにおけるイジェクター及び送水管の説明図。

【図4】本発明の第１の実施の形態による藻類培養システムの培養槽の平面図。

【図5】本発明の第１の実施の形態による藻類培養システムの培養槽の中央断面図。

【図6】本発明の第１の実施の形態による藻類培養システムの培養フロー図。

【図7】本発明の第２の実施の形態による藻類培養システムの斜視図。

【図8】本発明の第２の実施の形態による藻類培養システムの概略図。

【図9】本発明の第２の実施の形態による藻類培養システムにおける培養ユニットの説明図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本実施の形態の藻類培養システム１は、火力発電所等の事業所から排出される排ガスに含有される二酸化炭素を藻類に固定化するものである。ここで、二酸化炭素を含有する排ガスの種類や発生源は、火力発電所から発生する排ガスに限らず、ごみ焼却施設の燃焼ガス、自家発電システムによる排ガス、その他の産業活動によって発生する二酸化炭素を含有するガスが該当する。

【0021】

本発明の第１の実施の形態による藻類培養システム１を図１から図６に基づき説明する。藻類培養システム１では、火力発電所１０から排出される温排水１１に、排ガス１２を精製した処理排ガス１３を当該温排水１１に溶解させることによって製造される培養水１４を、培養槽４で培養される藻類２１（図４）に供給している。火力発電所１０は冷却用の海水１００Ａを確保するために海１００の沿岸に立設される。１００万Ｋｗの出力を有する火力発電所における温排水の排出量は４０～６０ｔ／秒であり、１００万ｋｗの出力を有する石炭火力発電所の炭酸ガス排出量は５００万ｔ／年であり、１００万ｋｗの出力を有する天然ガス火力発電所の炭酸ガス排出量は２５０万ｔ／年である。培養槽４は、本発明の培養部に相当する。

【0022】

藻類培養システム１は、温熱供給部２と、処理排ガス供給部３と、培養槽４と、溶解部５と、混合水槽２０と、から主に構成される。火力発電所１０では、復水器１０Ａの冷却のために海水１００Ａを利用しており、排出される温排水１１は地先海水温よりも７℃以上上昇している。取水口から取り込まれた海水１００Ａは、復水器１０Ａからの熱を受け取って所定の温度まで上昇し、温熱供給部２に供給される。取水口は海１００の底層近傍に設けられた底層取水形式であり、比較的温度の低い海水を取り込む。これにより、中層から海水を取り込む中間取水と比較して設備コストを削減することができる。

【0023】

温熱供給部２は、温排水１１の少なくとも一部を溶解部５に供給するとともに、残りを混合水槽２０に供給する。混合水槽２０には、温排水１１と、海水１００Ａと、溶解部５からの培養水１４とが供給されて混合される。混合水槽２０は、供給される海水１００Ａの流量を調整することにより、貯えられる培養水１４の温度を所定の範囲内に保っている。

【0024】

処理排ガス供給部３は、排ガス１２から処理排ガス１３を精製する精製部３０を有している。精製部３０は、ＮＯｘ・ＳＯｘ除去工程３１により排ガス１２から有害物質を除去して二酸化炭素濃度の高い処理排ガス１３を精製する。

【0025】

ＮＯｘ・ＳＯｘ除去工程３１では、触媒フィルターを通過させることにより窒素化合物及び硫黄酸化物の除去を行う。なお、排煙脱硝装置によってアンモニアと窒素化合物とを反応させて除去し、排煙脱硫装置によって石灰石と硫黄酸化物とを反応させて除去してもよい。処理排ガス供給部３によって精製された処理排ガス１３は、一部が直接培養槽４に供給され、残りが溶解部５に供給される。

【0026】

溶解部５は、処理排ガス１３に含まれる二酸化炭素を温排水１１に溶解するために設けられ、処理排ガス供給部３からの処理排ガス１３が供給され、温熱供給部２から温排水１１が供給される。溶解部５は、図２に示すように、気泡の気液界面に有機物を吸着させた安定泡沫を水面上に形成することによって有機物の分離・除去を行うとともに、温排水１１に処理排ガス１３に含まれる二酸化炭素を溶解させる泡沫分離装置５１を有している。

【0027】

泡沫分離装置５１は、泡沫分離槽５２と、ポンプ５３と、イジェクター５４と、水位調整槽５５と、を備えている。泡沫分離槽５２は、最上部を漏斗状に狭めてその中央に開口部５２ａを設け、底部は隣接する水位調整槽５５と連通している。泡沫分離槽５２の内部には、初期反応槽５２Ａが設けられている。ポンプ５３は、温熱供給部２から供給される温排水１１を泡沫分離槽５２に圧送するために設けられている。

【0028】

イジェクター５４は、ポンプ５３の出口側の送水管５８に設けられていて、処理排ガス供給部３から処理排ガス１３が所定の圧力で供給される処理排ガス投入部５４Ａを備えている。イジェクター５４の吐出側の送水管５８には、多数の貫通孔５６ａが形成された螺旋状の羽根からなる羽根部５６が設けられている。羽根部５６は、送水管５８の屈曲部５７を挟んで３個と２個ずつ合計５個取り付けられている。

【0029】

ポンプ５３を起動すると、温排水１１が圧送されてイジェクター５４を通過する。このとき処理排ガス投入部５４Ａから処理排ガス１３が所定の圧力で供給されることにより多量の処理排ガス１３が混入した気泡を含む気液混合水を生成する。気液混合水は、多数の貫通孔５６ａが形成された螺旋状の羽根からなる５つの羽根部５６を通過することによって激しく撹拌され、渦巻き状の乱流が生じて気泡の細分化が促進される。さらに、微細化した気泡を含む気液混合水は、送水管５８の屈曲部を経るときに内壁への衝突を繰り返し、急激な乱流を発生させ、気泡の細分化が促進される。

【0030】

多量の微細な気泡をともなって加圧状態下で初期反応槽５２Ａに圧送された気液混合水は、初期反応槽５２Ａ内で一気に加圧状態から開放され、気液混合水の乱流状態はさらに強まり、激しく撹拌されながら上昇するとともに気泡は膨張して大きくなり、活性化されて旋回しながら上方へ浮上していく。このとき、処理排ガス１３に含まれる二酸化炭素が温排水１１に溶解する。初期反応槽５２Ａから浮上した泡沫は、泡沫分離槽５２へ流入するが、泡沫分離槽５２は、その最上部を漏斗状に狭めてあるため、上昇速度はさらに鈍化してしばらくの間滞留し、隣接する泡沫同士が互いに接合と合一を繰り返して大きくなり、安定泡沫に成長する。最終的に泡沫は、泡沫分離槽５２の最上部に設けられた開口部５２ａから吸着した有機物と共に系外へ排出される。

【0031】

泡沫を分離・除去した水は初期反応槽５２Ａから溢れて、その側壁の外側にそって泡沫分離槽５２の下方へ流下し、泡沫分離槽５２から水位調整槽５５へと流入する。処理排ガス１３に含まれる二酸化炭素が溶解した培養水１４は、水位調整槽５５に形成された排水口５５ａから混合水槽２０へと供給される。

【0032】

図４及び図５に示すように、培養槽４は、藻類２１を高密度で培養する培養ユニット４０と、処理排ガス１３が噴霧されるエアリフト管４１と、培養水１４が流入する流入口４２と、排水口４３と、ＬＥＤ４４と、を備えている。培養槽４は、直径８メートル、深さ２．５メートルであって、１００ｋＬの容量を有している。培養槽４は、藻類２１が培養できる程度の深さである深さ０．５メートル以上であって、維持管理の容易化のために深さ１０メートル以下であることが望ましい。培養ユニット４０は、センターフロート４５と、ループフロート４６と、培養ロープ４７と、培養ネット４８と、から構成される。

【0033】

センターフロート４５はＰＶＣ管と発泡ポリスチレンとにより構成され、培養槽４の中央に浮遊している。ループフロート４６はＰＶＣ管と発砲ポリスチレンとにより構成され、直径７メートルの円形をなし培養槽４の周縁に沿うように配置される。センターフロート４５とループフロート４６とは、８本の培養ロープ４７によって繋がれている。

【0034】

培養ロープ４７には、複数の培養ネット４８が半径方向外方に並んで吊下げられている。培養ネット４８の網糸は、２から４ミリメールのナイロン、クレモナ、混紡のいずれかの素材から構成され、目合は２０ミリメートル×２０ミリメートルから５０ミリメートル×５０ミリメートルの範囲で培養する藻類２１の種類に応じて任意に設定することができる。
なお、培養ネット４８は、プラスチック製のかごなど、藻類が培養水１４から窒素やリンなどの栄養分を取り込むことができ光合成が可能な構成のものと代替することができる。

【0035】

藻類２１は、本実施の形態ではキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ又はヒトエグサであるが、これに限定されず紅藻類、緑藻類、褐藻類、珪藻類、藍藻類といった光合成を行う生物であって水中又は水面に生息している生物であればよい。また、高濃度二酸化炭素に耐性を有する微細藻類クロロコックム、ドルシベントラレ、又はガルディエリア属に属する微細藻類であってもよい。

【0036】

エアリフト管４１は培養槽４の周縁に円周方向等間隔に４つ設けられていて、処理排ガス供給部３から処理排ガス１３が供給される。エアリフト管４１によって、処理排ガス１３に含まれる二酸化炭素が培養槽４に溶解するとともに培養槽４内において上層水と下層水とを撹拌する。エアリフト管４１は、口径５０ミリメートルから１００ミリメートルのＰＶＣ管であって、口径６ミリメートルから１０ミリメートルのエアー管４１Ａから処理排ガス１３が供給される。エアー管４１Ａには、図示せぬ流量調整バルブが設けられている。

【0037】

流入口４２は培養槽４の周縁に設けられていて、混合水槽２０から培養水１４が供給されることにより培養槽４に緩やかな旋回流を発生させ培養ユニット４０が培養槽４内を回転する。排水口４３は培養槽４の中央に設けられていて上端が開口し、培養槽４のオーバーフロー水を海１００に排出する。培養槽４の換水量は、１００から５００キロリットル／日であって、７０から３５０リットル／分の培養水１４が供給される。

【0038】

ＬＥＤ４４は培養槽４の底面に４カ所配置され、自然光又は光合成促進波長ランプが用いられる。ＬＥＤ４４を藻類２１に照射することにより、水中照度を強化して光合成を促進させる。培養槽４では自然光とＬＥＤ４４とが併用されるため、水面ＷＬ近傍の藻類２１には自然光が照射されて底面付近の藻類２１にはＬＥＤ４４が照射される。これにより、藻類２１の光合成が促進される。また、培養ユニット４０が培養槽４内を回転するため、培養ユニット４０で培養される藻類２１の照度ムラが少ない。

【0039】

本実施の形態における藻類２１であるキリンサイ及びスピノサムの培養条件及び炭素固定量は、以下の表１に示す通りである。

【表1】

【0040】

キリンサイを表１の条件で培養したときの炭素固定量は、乾燥後において２０．７～４３．１質量％となり、スピノサムを表１の条件で培養したときの炭素固定量は、乾燥後において１８～４０質量％となる。

【0041】

藻類培養システム１では、表１に示された培養条件を満たすために、図６に示すような培養フローに従って、培養槽４を制御管理している。

【0042】

藻類培養システム１では、培養槽４に設けられたＣＯ２濃度計に基づいて、培養槽４のＣＯ２濃度が基準値である３４０ｐｐｍ以下であるか否かを判断する（Ｓ１）。ＣＯ２濃度が基準値以下である場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、混合水槽２０から培養槽４に供給される培養水１４及び処理排ガス供給部３から培養槽４に供給される処理排ガス１３の少なくとも一方の流量を増加させる（Ｓ２）。培養槽４のＣＯ２濃度が基準値を超えると（Ｓ１：ＮＯ）、次のプロセスへと進む。なお、基準値とは別に処理排ガス１３及び培養水１４の供給を停止する供給停止値を設定してもよい。この場合の供給停止値は５００ｐｐｍが好ましいが、これに限定されず藻類２１の種類に応じて任意の値を設定することができる。

【0043】

次に、培養槽４に設けられた水温計に基づいて、培養槽４の水温が基準値である３２℃以上であるか否かを判断する（Ｓ３）。培養槽４の海水温が基準値以上である場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、混合水槽２０への海水１００Ａの投入量を増やして培養槽４に供給する培養水１４を所定の水温まで下げる。培養槽４の水温が基準値を下回ると（Ｓ４：ＹＥＳ）、次のプロセスへと進む。なお、培養槽４の水温管理を下限値だけでなく上限値で管理してもよい。また、冬場など外気温が低下して培養槽４の水温が２０℃よりも低下する場合は、培養槽４の上部を保温性のシートで覆ってもよい。

【0044】

次に、培養槽４に設けられた日照計に基づいて、藻類２１への日照時間が基準値以下であるか否かを判断する（Ｓ５）。ここでの基準値とは予め定められた一日あたりの日照時間であって、日照時間が基準値以下である場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＬＥＤ４４を所定時間点灯する（Ｓ６）。ＬＥＤ４４での日照時間と自然光での日照時間との合計が基準値を超えると（Ｓ５：ＮＯ）、ＬＥＤ４４が消灯する（Ｓ７）。藻類培養システム１では、Ｓ１からＳ７のステップを繰り返し実行することにより、表１に示す条件で藻類２１を高密度で培養することが可能となる。藻類２１の種類に応じて、Ｓ５からＳ７のステップを省略しＬＥＤ４４を常時点灯させてもよい。

【0045】

以下に、表１の条件で培養した藻類２１の日間成長率[％]を示す。

【表2】

【0046】

キリンサイとスピノサムのいずれにおいても海水面から０．５ｍの範囲で培養することが望ましいが、自然光が効率的に届く海水面から５ｍの範囲であれば藻類２１の培養が可能である。

【0047】

上述した藻類培養システム１によると、二酸化炭素濃度の高い培養水１４を培養槽４に供給することにより、排ガス１２中に含まれる二酸化炭素を亜熱帯性又は熱帯性の藻類２１に固定化することができる。これにより、温暖化の原因となる二酸化炭素を藻類２１の培養に有効利用することができる。また、温排水１１を用いて培養水１４を製造するため、排熱として捨てる温排水１１の熱を藻類２１の培養に有効利用することができる。さらに、地先海域から取水して熱交換後に放流する火力発電所１０の温排水１１を藻類２１の栽培に利用することで、海水に含まれる窒素、リンを含む栄養塩類を吸収して成長が促進されることが見込まれるとともに、別途肥料等を添加する必要がない。これにより、低コストで藻類２１の培養を行うことができる。さらに、培養槽４で培養される藻類２１はバイオフィルターとしての水質浄化作用を有するため、火力発電所１０の温排水１１を浄化して海に排出することにより環境負荷を低減することができる。

【0048】

また、藻類２１は水面ＷＬから５メートルの間で培養されているため、十分な自然光を受けることができ、光合成によって藻類２１の成長が促進され、温排水１１含まれる窒素、リンも吸収する。また、藻類２１の培養槽４では水温、照度、温排水の安定供給による栄養塩類の補給によって、藻類２１の生産維持管理及び回収等が容易となり安定した培養ができる。

【0049】

さらに、温熱供給部２による温排水１１の投入によって、亜熱帯性の藻類２１であるキリンサイ、スピノサム、クビレヅタ、ヒトエグサを高密度で培養することができる。また、培養されたキリンサイやスピノサム、クビレヅタはいずれも食用として用いることが可能であるため、これらの藻類２１によって新たに温暖化ガスを発生させることがなく環境への負荷が低い。

【0050】

また、培養槽４の水温が２０℃～３２℃となるように調整されるため、亜熱帯性の藻類２１の培養に適した環境条件を実現することができる。また、培養槽４の二酸化炭素濃度が３４０ｐｐｍ以上となるように培養水１４の投入量及び処理排ガス１３の供給量が調整されるため、藻類２１に効率的に二酸化炭素を固定化することができる。

【0051】

次に、本発明の実施には該当しない参考形態の藻類培養システム１０１を、図７から図９を参照して説明する。第１の実施の形態と略同一の構成については、同一の符号を付し説明を省略する。第１の実施の形態の藻類培養システム１では培養槽４で藻類２１を培養していたが、参考形態の藻類培養システム１０１では藻類２１を火力発電所１０近傍に設けられた培養プール１０４で高密度で培養する。培養プール１０４は、本発明の培養部に相当する。

【0052】

図７及び図８に示すように、取水口１１５から取り込まれた海水１００Ａは、復水器１０Ａからの熱を受け取って所定の温度まで上昇し、第１の実施の形態と同様に混合水槽２０を介して排水口１１６から培養プール１０４に放出される。排水口１１６から培養プール１０４に排出する培養水１４は、培養プール１０４内の水温＋７℃以内になるように調整される。

【0053】

藻類培養システム１０１の培養プール１０４は、水路１１７を介して海１００に繋がっていて、藻類２１を高密度で培養する複数の培養ユニット１４０を備えている。培養プール１０４の水深は、浅すぎると十分な海水量が確保できないため２メートル以上が好ましく、培養ユニット１４０の管理や藻類２１の回収を考慮すると１０メートル以下が好ましい。培養ユニット１４０は、図９に示すように、アンカー１４１と、アンカーロープ１４２と、培養ネット１４３と、ブランチロープ１４４と、フロート１４５と、から構成される。アンカー１４１は砂や砂利等が錘の役割を果たすサンドアンカーであって、培養ユニット１４０の両端に設けられている。培養ネット１４３は、アンカーロープ１４２に接続されていて、本実施の形態では直径１２ｍｍの合成繊維を用いている。培養ネット１４３内には多数の藻類２１が培養されている。ブランチロープ１４４の先端にはフロート１４５が固定されていて、フロート１４５の浮力によって培養ユニット１４０は水面から２メートルの位置に保持される。なお、図示していないが、培養プール１０４の底面にはＬＥＤ４４が設けられている。

【0054】

上述した藻類培養システム１０１によると、第１の実施の形態の培養槽４と比較して大規模な藻類２１の培養が可能になる。また、藻類２１は培養ネット３４３によって保持されているため、培養ネット３４３を巻き上げることで藻類２１を一括して回収することができる。

【0055】

本発明による藻類培養システム及び藻類の培養方法は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0056】

１、１０１ 藻類培養システム
２ 温熱供給部
３ 処理排ガス供給部
４ 培養槽
１０ 火力発電所
１１ 温排水
１２ 排ガス
１３ 処理排ガス
１４ 培養水
２１ 藻類
５１ 泡沫分離装置
５４ イジェクター
５６ 羽根部
５８ 送水管
１００ 海
１００Ａ 海水
１０４ 培養プール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】