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(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】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】微生物燃料電池
(51)【国際特許分類】
H01M 8/16 20060101AFI20240214BHJP
H01M 4/90 20060101ALI20240214BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20240214BHJP
H01M 8/02 20160101ALI20240214BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
H01M8/16
H01M4/90 Y
H01M8/00 A
H01M8/00 Z
H01M8/02
H01M8/04 J
H01M8/04 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020052084
(22)【出願日】2020-03-24
(65)【公開番号】P2021150266
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2023-01-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000195971
【氏名又は名称】西松建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504145364
【氏名又は名称】国立大学法人群馬大学
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】浅井 靖史
(72)【発明者】
【氏名】窪田 恵一
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 智秀
【審査官】山本 雄一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６９８０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－００９５８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ４／８６－ ４／９８
Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７
Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機物を含む水が貯留されている第１の槽と、前記第１の槽に配置されているアノード電極と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第１の槽に配置されている第１のカソード電極と、
二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜を介して前記第１の槽と隣接している第２の槽と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第２の槽に配置されている第２のカソード電極と、
を備えた微生物燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着しており、
前記第２のカソード電極には、電子を受け取って前記二酸化炭素を他の化合物に変換する第２の微生物が付着しており、
前記第１の微生物が前記有機物を分解して産生された電子を前記アノード電極が受け取り、前記第１のカソード電極において前記アノード電極からの電子により酸素を還元することによる発電と、前記第２のカソード電極において前記アノード電極からの電子を前記第２の微生物が受け取り、前記二酸化炭素を還元する反応とが行われるように構成されており、
前記アノード電極と前記第１のカソード電極を電気的に接続する態様と、前記アノード電極と前記第２のカソード電極を電気的に接続する態様との切り替えを行う切替スイッチと、
前記第１のカソード電極側で発電された電気を充電する機能と、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元する際の電子の供給源としての機能を有している蓄電部と、
を備え、
前記第１のカソード電極側で発電された電気を用いて、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元するように構成されていることを特徴とする微生物燃料電池。
【請求項2】
有機物を含む水が貯留されている第１の槽と、前記第１の槽に配置されているアノード電極と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第１の槽に配置されている第１のカソード電極と、
二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜を介して前記第１の槽と隣接している第２の槽と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第２の槽に配置されている第２のカソード電極と、
を備えた微生物燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着しており、
前記第２のカソード電極には、電子を受け取って前記二酸化炭素を他の化合物に変換する第２の微生物が付着しており、
前記第１の微生物が前記有機物を分解して産生された電子を前記アノード電極が受け取り、前記第１のカソード電極において前記アノード電極からの電子により酸素を還元することによる発電と、前記第２のカソード電極において前記アノード電極からの電子を前記第２の微生物が受け取り、前記二酸化炭素を還元する反応とが行われるように構成されており、
前記アノード電極と前記第１のカソード電極の間には第１の外部抵抗が接続されており、
前記アノード電極と前記第２のカソード電極の間には第２の外部抵抗が接続されており、
前記第１の外部抵抗と前記第２の外部抵抗は、抵抗値を切り替えることが可能な可変抵抗であり、
前記第１の外部抵抗の抵抗値を前記第２の外部抵抗の抵抗値よりも下げるように切り替えられて、前記第１のカソード電極側で発電が行われ、前記第１の外部抵抗の抵抗値を前記第２の外部抵抗の抵抗値よりも上げるように切り替えられて、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元する反応が行われるように構成されていることを特徴とする微生物燃料電池。
【請求項3】
前記第２の槽中に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微生物燃料電池。
【請求項4】
前記第１のカソード電極は、一方の面側が前記有機物を含む水と接し、他方の面側が外気と接して配置されているエアカソードであることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の微生物燃料電池。
【請求項5】
前記第１の槽には底質が堆積しており、前記アノード電極は前記底質に少なくとも一部が埋め込まれていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の微生物燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二酸化炭素を炭化水素や有機酸などに変換することで、二酸化炭素の排出を抑える微生物燃料電池に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、二酸化炭素の排出を抑えるようにした微生物燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この微生物燃料電池は、有機物を分解して二酸化炭素とプロトンと電子とを生成する微生物を収容する第１の槽と、第１のプロトン透過膜を介して第１の槽に隣接する第２の槽と、第１の槽に配設された第１の電極と、第２の槽に配設されるとともに第１の電極と電気的に接続され水を生成する第２の電極とを備え、さらに、受光することにより水を分解する光触媒電極を備える第３の槽と、第２のプロトン透過膜を介して第３の槽に隣接し、光触媒電極と電気的に接続された対極を備える第４の槽などを備えて構成されている。
この微生物燃料電池では、所定の光線を受光した光触媒電極が光触媒の触媒作用によって水を分解して酸素とプロトンと電子を生成する反応を利用しており、光触媒電極を備える第３の槽に所定の光線を照射するようにしている。
そして、第４の槽において、第３の槽から第２のプロトン透過膜を介して供給されたプロトンが対極にて電子を受け取るとともに第１の槽から供給される二酸化炭素と反応し、その二酸化炭素が還元されて有機酸（ギ酸）を生成するようになっている。
この微生物燃料電池は、有機物を分解して二酸化炭素とプロトンと電子とを生成する微生物を収容する第１の槽と、第１のプロトン透過膜を介して第１の槽に隣接する第２の槽と、第１の槽に配設された第１の電極と、第２の槽に配設されるとともに第１の電極と電気的に接続され水を生成する第２の電極とを備え、さらに、受光することにより水を分解する光触媒電極を備える第３の槽と、第２のプロトン透過膜を介して第３の槽に隣接し、光触媒電極と電気的に接続された対極を備える第４の槽などを備えて構成されている。
この微生物燃料電池では、所定の光線を受光した光触媒電極が光触媒の触媒作用によって水を分解して酸素とプロトンと電子を生成する反応を利用しており、光触媒電極を備える第３の槽に所定の光線を照射するようにしている。
そして、第４の槽において、第３の槽から第２のプロトン透過膜を介して供給されたプロトンが対極にて電子を受け取るとともに第１の槽から供給される二酸化炭素と反応し、その二酸化炭素が還元されて有機酸（ギ酸）を生成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－９３２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献１の微生物燃料電池の場合、第３の槽に照射する光線として太陽光を利用するとなるとその稼働は日中に限られ、天候によっても稼働が制限されることがあるという問題があった。
また、第３の槽に所定の光線を照射するために外部エネルギー由来の光源を用いるとなると、微生物燃料電池による発電のために外部電源が必要になるという問題が生じる。
また、第３の槽に所定の光線を照射するために外部エネルギー由来の光源を用いるとなると、微生物燃料電池による発電のために外部電源が必要になるという問題が生じる。
【0005】
本発明の目的は、光エネルギーを利用することなく、好適に二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる微生物燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
有機物を含む水が貯留されている第１の槽と、
前記第１の槽に配置されているアノード電極と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第１の槽に配置されている第１のカソード電極と、
二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜を介して前記第１の槽と隣接している第２の槽と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第２の槽に配置されている第２のカソード電極と、
を備えた微生物燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着しており、
前記第２のカソード電極には、電子を受け取って前記二酸化炭素を他の化合物に変換する第２の微生物が付着しており、
前記第１の微生物が前記有機物を分解して産生された電子を前記アノード電極が受け取り、前記第１のカソード電極において前記アノード電極からの電子により酸素を還元することによる発電と、前記第２のカソード電極において前記アノード電極からの電子を前記第２の微生物が受け取り、前記二酸化炭素を還元する反応とが行われるように構成されており、
前記アノード電極と前記第１のカソード電極を電気的に接続する態様と、前記アノード電極と前記第２のカソード電極を電気的に接続する態様との切り替えを行う切替スイッチと、
前記第１のカソード電極側で発電された電気を充電する機能と、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元する際の電子の供給源としての機能を有している蓄電部と、
を備え、
前記第１のカソード電極側で発電された電気を用いて、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元するように構成されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、
有機物を含む水が貯留されている第１の槽と、
前記第１の槽に配置されているアノード電極と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第１の槽に配置されている第１のカソード電極と、
二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜を介して前記第１の槽と隣接している第２の槽と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第２の槽に配置されている第２のカソード電極と、
を備えた微生物燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着しており、
前記第２のカソード電極には、電子を受け取って前記二酸化炭素を他の化合物に変換する第２の微生物が付着しており、
前記第１の微生物が前記有機物を分解して産生された電子を前記アノード電極が受け取り、前記第１のカソード電極において前記アノード電極からの電子により酸素を還元することによる発電と、前記第２のカソード電極において前記アノード電極からの電子を前記第２の微生物が受け取り、前記二酸化炭素を還元する反応とが行われるように構成されており、
前記アノード電極と前記第１のカソード電極の間には第１の外部抵抗が接続されており、
前記アノード電極と前記第２のカソード電極の間には第２の外部抵抗が接続されており、
前記第１の外部抵抗と前記第２の外部抵抗は、抵抗値を切り替えることが可能な可変抵抗であり、
前記第１の外部抵抗の抵抗値を前記第２の外部抵抗の抵抗値よりも下げるように切り替えられて、前記第１のカソード電極側で発電が行われ、前記第１の外部抵抗の抵抗値を前記第２の外部抵抗の抵抗値よりも上げるように切り替えられて、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元する反応が行われるように構成されていることを特徴とする。
有機物を含む水が貯留されている第１の槽と、
前記第１の槽に配置されているアノード電極と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第１の槽に配置されている第１のカソード電極と、
二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜を介して前記第１の槽と隣接している第２の槽と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第２の槽に配置されている第２のカソード電極と、
を備えた微生物燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着しており、
前記第２のカソード電極には、電子を受け取って前記二酸化炭素を他の化合物に変換する第２の微生物が付着しており、
前記第１の微生物が前記有機物を分解して産生された電子を前記アノード電極が受け取り、前記第１のカソード電極において前記アノード電極からの電子により酸素を還元することによる発電と、前記第２のカソード電極において前記アノード電極からの電子を前記第２の微生物が受け取り、前記二酸化炭素を還元する反応とが行われるように構成されており、
前記アノード電極と前記第１のカソード電極を電気的に接続する態様と、前記アノード電極と前記第２のカソード電極を電気的に接続する態様との切り替えを行う切替スイッチと、
前記第１のカソード電極側で発電された電気を充電する機能と、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元する際の電子の供給源としての機能を有している蓄電部と、
を備え、
前記第１のカソード電極側で発電された電気を用いて、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元するように構成されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、
有機物を含む水が貯留されている第１の槽と、
前記第１の槽に配置されているアノード電極と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第１の槽に配置されている第１のカソード電極と、
二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜を介して前記第１の槽と隣接している第２の槽と、
前記アノード電極と電気的に接続されており、前記第２の槽に配置されている第２のカソード電極と、
を備えた微生物燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着しており、
前記第２のカソード電極には、電子を受け取って前記二酸化炭素を他の化合物に変換する第２の微生物が付着しており、
前記第１の微生物が前記有機物を分解して産生された電子を前記アノード電極が受け取り、前記第１のカソード電極において前記アノード電極からの電子により酸素を還元することによる発電と、前記第２のカソード電極において前記アノード電極からの電子を前記第２の微生物が受け取り、前記二酸化炭素を還元する反応とが行われるように構成されており、
前記アノード電極と前記第１のカソード電極の間には第１の外部抵抗が接続されており、
前記アノード電極と前記第２のカソード電極の間には第２の外部抵抗が接続されており、
前記第１の外部抵抗と前記第２の外部抵抗は、抵抗値を切り替えることが可能な可変抵抗であり、
前記第１の外部抵抗の抵抗値を前記第２の外部抵抗の抵抗値よりも下げるように切り替えられて、前記第１のカソード電極側で発電が行われ、前記第１の外部抵抗の抵抗値を前記第２の外部抵抗の抵抗値よりも上げるように切り替えられて、前記第２のカソード電極側で前記二酸化炭素を還元する反応が行われるように構成されていることを特徴とする。
【0007】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の微生物燃料電池において、
前記第２の槽中に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備えたことを特徴とする。
前記第２の槽中に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を備えたことを特徴とする。
【0008】
請求項４に記載の発明は、請求項１～３のいずれか一項に記載の微生物燃料電池において、
前記第１のカソード電極は、一方の面側が前記有機物を含む水と接し、他方の面側が外気と接して配置されているエアカソードであることを特徴とする。
前記第１のカソード電極は、一方の面側が前記有機物を含む水と接し、他方の面側が外気と接して配置されているエアカソードであることを特徴とする。
【0009】
請求項５に記載の発明は、請求項１～４のいずれか一項に記載の微生物燃料電池において、
前記第１の槽には底質が堆積しており、前記アノード電極は前記底質に少なくとも一部が埋め込まれていることを特徴とする。
前記第１の槽には底質が堆積しており、前記アノード電極は前記底質に少なくとも一部が埋め込まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、光エネルギーを利用することなく、好適に二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる微生物燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態１の微生物燃料電池を示す概略図である。
【図2】実施形態１の微生物燃料電池の変形例を示す概略図である。
【図3】実施形態２の微生物燃料電池を示す概略図である。
【図4】実施形態２の微生物燃料電池の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、本発明に係る微生物燃料電池の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【0013】
（実施形態１）
実施形態１の微生物燃料電池１００は、例えば、図１に示すように、有機物を含む水が貯留されている第１の槽１０と、第１の槽１０に配置されているアノード電極１１と、アノード電極１１と電気的に接続されており、第１の槽１０に配置されている第１のカソード電極１２と、二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜２１を介して第１の槽１０と隣接している第２の槽２０と、アノード電極１１と電気的に接続されており、第２の槽２０に配置されている第２のカソード電極２２等を備えている。
実施形態１の微生物燃料電池１００は、例えば、図１に示すように、有機物を含む水が貯留されている第１の槽１０と、第１の槽１０に配置されているアノード電極１１と、アノード電極１１と電気的に接続されており、第１の槽１０に配置されている第１のカソード電極１２と、二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜２１を介して第１の槽１０と隣接している第２の槽２０と、アノード電極１１と電気的に接続されており、第２の槽２０に配置されている第２のカソード電極２２等を備えている。
【0014】
実施形態１では、微生物燃料電池１００の第１の槽１０として屋外の貯水槽を利用している。この貯水槽には有機物を含む水が貯留されているとともに底質Ｂが堆積している。
なお、第１の槽１０は貯水槽であることに限らず、有機物を含む水が貯留されている大きな水槽（例えばプール）などであってもよい。
また、溜池や人造湖のような貯水槽に限らず天然の湖沼にも有機物を含む水が貯留されているので、そのような湖沼を第１の槽１０と見立てて微生物燃料電池１００を設計してもよい。
なお、第１の槽１０は貯水槽であることに限らず、有機物を含む水が貯留されている大きな水槽（例えばプール）などであってもよい。
また、溜池や人造湖のような貯水槽に限らず天然の湖沼にも有機物を含む水が貯留されているので、そのような湖沼を第１の槽１０と見立てて微生物燃料電池１００を設計してもよい。
【0015】
第２の槽２０は、例えばタンク状の容器であり、その一部に隔膜２１が配設されている。
この第２の槽２０は、例えば、図示しない支持部材に支えられた状態で第１の槽１０の中に設置されており、第２の槽２０の隔膜２１が第１の槽１０の水に浸けられている。
つまり、第２の槽２０の水と第１の槽１０の水はそれぞれ隔膜２１に接触しており、その隔膜２１によって第２の槽２０の水と第１の槽１０の水が隔てられた状態になっている。
隔膜２１は、例えば、イオン交換膜であり、本実施形態では水素イオン（プロトン）が透過可能なプロトン交換膜を用いている。
なお、第２の槽２０は、第２の槽２０に第１の槽１０の水が流入したり、第２の槽２０の水が第１の槽１０に流出したりしない構造を有している。
この第２の槽２０は、例えば、図示しない支持部材に支えられた状態で第１の槽１０の中に設置されており、第２の槽２０の隔膜２１が第１の槽１０の水に浸けられている。
つまり、第２の槽２０の水と第１の槽１０の水はそれぞれ隔膜２１に接触しており、その隔膜２１によって第２の槽２０の水と第１の槽１０の水が隔てられた状態になっている。
隔膜２１は、例えば、イオン交換膜であり、本実施形態では水素イオン（プロトン）が透過可能なプロトン交換膜を用いている。
なお、第２の槽２０は、第２の槽２０に第１の槽１０の水が流入したり、第２の槽２０の水が第１の槽１０に流出したりしない構造を有している。
【0016】
また、微生物燃料電池１００は、第２の槽２０に二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給手段３０を備えている。この二酸化炭素供給手段３０によって、第２の槽２０の水に二酸化炭素が溶存している状態を維持できる。
二酸化炭素供給手段３０は、第２の槽２０中の水に二酸化炭素を供給できるものであればその構成は任意である。
例えば、二酸化炭素ボンベと送気管とエアポンプなどを有している二酸化炭素供給手段３０であれば、二酸化炭素を第２の槽２０に供給することができる。また、二酸化炭素ボンベを用いることなく、二酸化炭素を含んでいる燃焼ガスを送気管とエアポンプを用いて第２の槽２０に供給する二酸化炭素供給手段３０であってもよい。
二酸化炭素供給手段３０は、第２の槽２０中の水に二酸化炭素を供給できるものであればその構成は任意である。
例えば、二酸化炭素ボンベと送気管とエアポンプなどを有している二酸化炭素供給手段３０であれば、二酸化炭素を第２の槽２０に供給することができる。また、二酸化炭素ボンベを用いることなく、二酸化炭素を含んでいる燃焼ガスを送気管とエアポンプを用いて第２の槽２０に供給する二酸化炭素供給手段３０であってもよい。
【0017】
アノード電極１１と第１のカソード電極１２、およびアノード電極１１と第２のカソード電極２２は、電線１によって接続されている。
また、アノード電極１１と第１のカソード電極１２の間の電線１には外部抵抗２ａが接続されている。
また、アノード電極１１と第２のカソード電極２２の間の電線１には外部抵抗２ｂが接続されている。
この外部抵抗２ａ，２ｂは、抵抗値を切り替えることが可能な可変抵抗である。例えば、外部抵抗２ａの抵抗値を外部抵抗２ｂの抵抗値よりも下げるように切り替えれば、アノード電極１１から第１のカソード電極１２に電子が移動し易くなり、また、外部抵抗２ａの抵抗値を外部抵抗２ｂの抵抗値よりも上げるように切り替えれば、アノード電極１１から第２のカソード電極２２に電子が移動し易くなる。
なお、外部抵抗２ａ，２ｂの抵抗値の切り替えは、電線１に流れる電流量に応じて切り替えられる自動式の切り替えであっても、この電池の管理者による手動式の切り替えであってもよい。
また、アノード電極１１と第１のカソード電極１２の間の電線１には外部抵抗２ａが接続されている。
また、アノード電極１１と第２のカソード電極２２の間の電線１には外部抵抗２ｂが接続されている。
この外部抵抗２ａ，２ｂは、抵抗値を切り替えることが可能な可変抵抗である。例えば、外部抵抗２ａの抵抗値を外部抵抗２ｂの抵抗値よりも下げるように切り替えれば、アノード電極１１から第１のカソード電極１２に電子が移動し易くなり、また、外部抵抗２ａの抵抗値を外部抵抗２ｂの抵抗値よりも上げるように切り替えれば、アノード電極１１から第２のカソード電極２２に電子が移動し易くなる。
なお、外部抵抗２ａ，２ｂの抵抗値の切り替えは、電線１に流れる電流量に応じて切り替えられる自動式の切り替えであっても、この電池の管理者による手動式の切り替えであってもよい。
【0018】
アノード電極１１には、有機物を分解して電子を産生する第１の微生物が付着している。なお、アノード電極１１に付着している第１の微生物は、バイオフィルムなどを用いて植種したものでも、アノード電極１１に自然に付着して定着したものでもよい。
このアノード電極１１は、第１の微生物による有機物の分解で生じる電子と水素イオンのうち、電子を受け取るための電極である。
つまり、アノード電極１１の材質は、第１の微生物が有機物を分解して産生された電子を受け取ることができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料、炭素材料等の導電材料を挙げることができる。金属材料としては、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、白金等を挙げることができ、炭素材料としては、グラファイト、炭素繊維、カーボンクロス、カーボンマット、カーボンフェルト、カーボンペーパー等を挙げることができる。
また、アノード電極１１の形状は、特に限定されないが、シート状、板状、メッシュ状、格子状、ブロック状、多孔質状等を挙げることができる。
このアノード電極１１は、第１の微生物による有機物の分解で生じる電子と水素イオンのうち、電子を受け取るための電極である。
つまり、アノード電極１１の材質は、第１の微生物が有機物を分解して産生された電子を受け取ることができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料、炭素材料等の導電材料を挙げることができる。金属材料としては、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、白金等を挙げることができ、炭素材料としては、グラファイト、炭素繊維、カーボンクロス、カーボンマット、カーボンフェルト、カーボンペーパー等を挙げることができる。
また、アノード電極１１の形状は、特に限定されないが、シート状、板状、メッシュ状、格子状、ブロック状、多孔質状等を挙げることができる。
【0019】
なお、実施形態１の微生物燃料電池１００におけるアノード電極１１は、第１の槽１０（貯水槽や湖沼）の底に堆積している底質Ｂに少なくとも一部が埋め込まれて設置されている。
こうすることで、底質Ｂ中の第１の微生物がアノード電極１１に付着し易くなるので好ましい。
こうすることで、底質Ｂ中の第１の微生物がアノード電極１１に付着し易くなるので好ましい。
【0020】
第１のカソード電極１２は、アノード電極１１から電線１を通じて移動してきた電子と、水中を移動してきた水素イオン（例えば、アノード電極１１側から水中を移動してきた水素イオン）を、その電極周辺の酸素と反応させて、酸素を還元するための電極である。
つまり、第１のカソード電極１２の材質は、アノード電極１１からの電子と水素イオンとにより酸素を還元することができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料、炭素材料等の導電材料を挙げることができる。金属材料としては、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、白金等を挙げることができ、炭素材料としては、グラファイト、炭素繊維、カーボンクロス、カーボンマット、カーボンフェルト、カーボンペーパー等を挙げることができる。
また、第１のカソード電極１２の形状は、特に限定されないが、シート状、板状、メッシュ状、格子状、ブロック状、多孔質状等を挙げることができる。
なお、第１のカソード電極１２は、第１の槽１０の水面寄りの水深に配置されている。水面近くの表層では溶存酸素が多く、溶存酸素が飽和していると見なすこともできるので、酸素を還元するための電極である第１のカソード電極１２を第１の槽１０の表層側に配置するようにした。
つまり、第１のカソード電極１２の材質は、アノード電極１１からの電子と水素イオンとにより酸素を還元することができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料、炭素材料等の導電材料を挙げることができる。金属材料としては、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、白金等を挙げることができ、炭素材料としては、グラファイト、炭素繊維、カーボンクロス、カーボンマット、カーボンフェルト、カーボンペーパー等を挙げることができる。
また、第１のカソード電極１２の形状は、特に限定されないが、シート状、板状、メッシュ状、格子状、ブロック状、多孔質状等を挙げることができる。
なお、第１のカソード電極１２は、第１の槽１０の水面寄りの水深に配置されている。水面近くの表層では溶存酸素が多く、溶存酸素が飽和していると見なすこともできるので、酸素を還元するための電極である第１のカソード電極１２を第１の槽１０の表層側に配置するようにした。
【0021】
第２のカソード電極２２には、電子を受け取って二酸化炭素を炭化水素に変換する第２の微生物が付着している。なお、第２のカソード電極２２に付着している第２の微生物は、バイオフィルムなどを用いて植種したものでも、第２のカソード電極２２に自然に付着して定着したものでもよい。
この第２のカソード電極２２は、アノード電極１１から電線１を通じて移動してきた電子を第２の微生物に受け渡すための電極である。
そして、第２のカソード電極２２において、アノード電極１１から電線１を通じて移動してきた電子を第２の微生物が受け取り、その第２の微生物が受け取った電子と、隔膜２１を透過して水中を移動してきた水素イオン（例えば、アノード電極１１側から水中を移動してきた水素イオン）と、電極周辺の二酸化炭素とを反応させている。具体的には、第２のカソード電極２２において、第２の微生物が電子と水素イオンと二酸化炭素とを反応させて、二酸化炭素を還元して炭化水素（例えばメタン）に変換している。
つまり、第２のカソード電極２２の材質は、アノード電極１１からの電子を第２の微生物に受け渡すことができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料、炭素材料等の導電材料を挙げることができる。金属材料としては、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、白金等を挙げることができ、炭素材料としては、グラファイト、炭素繊維、カーボンクロス、カーボンマット、カーボンフェルト、カーボンペーパー等を挙げることができる。
また、第２のカソード電極２２の形状は、特に限定されないが、シート状、板状、メッシュ状、格子状、ブロック状、多孔質状等を挙げることができる。
この第２のカソード電極２２は、アノード電極１１から電線１を通じて移動してきた電子を第２の微生物に受け渡すための電極である。
そして、第２のカソード電極２２において、アノード電極１１から電線１を通じて移動してきた電子を第２の微生物が受け取り、その第２の微生物が受け取った電子と、隔膜２１を透過して水中を移動してきた水素イオン（例えば、アノード電極１１側から水中を移動してきた水素イオン）と、電極周辺の二酸化炭素とを反応させている。具体的には、第２のカソード電極２２において、第２の微生物が電子と水素イオンと二酸化炭素とを反応させて、二酸化炭素を還元して炭化水素（例えばメタン）に変換している。
つまり、第２のカソード電極２２の材質は、アノード電極１１からの電子を第２の微生物に受け渡すことができるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料、炭素材料等の導電材料を挙げることができる。金属材料としては、鉄、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、白金等を挙げることができ、炭素材料としては、グラファイト、炭素繊維、カーボンクロス、カーボンマット、カーボンフェルト、カーボンペーパー等を挙げることができる。
また、第２のカソード電極２２の形状は、特に限定されないが、シート状、板状、メッシュ状、格子状、ブロック状、多孔質状等を挙げることができる。
【0022】
このような構成の微生物燃料電池１００において、第１の微生物が有機物を分解して産生された電子をアノード電極１１が受け取り、第１のカソード電極１２においてアノード電極１１からの電子により酸素を還元することによる発電と、第２のカソード電極２２においてアノード電極１１からの電子を第２の微生物が受け取り、二酸化炭素を還元して炭化水素を生成する反応とが行われるようになっている。
つまり、この微生物燃料電池１００では、第１のカソード電極１２側で発電が行われ、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を炭化水素に還元することが行われるように構成されており、発電と二酸化炭素の変換がともに行われている。
それにより、第１のカソード電極１２側での発電に際して二酸化炭素が発生する場合でも、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素が他の化合物に変換されるので、この反応系での二酸化炭素の排出を抑えることができる。
例えば、上記特許文献１の技術では、二酸化炭素の排出を抑えるために、外部電源（外部エネルギー由来の光源）を用いる必要があったが、本実施形態の微生物燃料電池１００では外部電源は不要である。
このように、本実施形態の微生物燃料電池１００であれば、二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる。
つまり、この微生物燃料電池１００では、第１のカソード電極１２側で発電が行われ、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を炭化水素に還元することが行われるように構成されており、発電と二酸化炭素の変換がともに行われている。
それにより、第１のカソード電極１２側での発電に際して二酸化炭素が発生する場合でも、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素が他の化合物に変換されるので、この反応系での二酸化炭素の排出を抑えることができる。
例えば、上記特許文献１の技術では、二酸化炭素の排出を抑えるために、外部電源（外部エネルギー由来の光源）を用いる必要があったが、本実施形態の微生物燃料電池１００では外部電源は不要である。
このように、本実施形態の微生物燃料電池１００であれば、二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる。
【0023】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図２に示すように、アノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とを接続している電線１の分岐部分に、切替スイッチ４０と蓄電部５０を設けるようにしてもよい。
例えば、図２に示すように、アノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とを接続している電線１の分岐部分に、切替スイッチ４０と蓄電部５０を設けるようにしてもよい。
【0024】
切替スイッチ４０は、アノード電極１１と第１のカソード電極１２を電気的に接続する態様と、アノード電極１１と第２のカソード電極２２を電気的に接続する態様との切り替えを行う素子である。
また、切替スイッチ４０は、アノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とを電気的に接続する切り替えを行うこともできる。
つまり、切替スイッチ４０は、第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２の少なくとも一方にアノード電極１１を電気的に接続するための切り替えを行うものである。
この切替スイッチ４０の切り替えは、電線１に流れる電流量に応じて切り替えられる自動式であっても、この電池の管理者による手動式であってもよい。
また、切替スイッチ４０は、アノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とを電気的に接続する切り替えを行うこともできる。
つまり、切替スイッチ４０は、第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２の少なくとも一方にアノード電極１１を電気的に接続するための切り替えを行うものである。
この切替スイッチ４０の切り替えは、電線１に流れる電流量に応じて切り替えられる自動式であっても、この電池の管理者による手動式であってもよい。
【0025】
蓄電部５０は、所謂充電式電池であり、微生物燃料電池１００の第１のカソード電極１２側で発電された電気を充電する機能と、微生物燃料電池１００の第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を炭化水素に還元する際の電子の供給源としての機能を有している。
なお、切替スイッチ４０によってアノード電極１１と第１のカソード電極１２が電気的に接続されている状態で、蓄電部５０に電気が充電され、切替スイッチ４０によってアノード電極１１と第２のカソード電極２２が電気的に接続されている状態で、蓄電部５０から第２のカソード電極２２に電子が供給されるようになっている。
なお、切替スイッチ４０によってアノード電極１１と第１のカソード電極１２が電気的に接続されている状態で、蓄電部５０に電気が充電され、切替スイッチ４０によってアノード電極１１と第２のカソード電極２２が電気的に接続されている状態で、蓄電部５０から第２のカソード電極２２に電子が供給されるようになっている。
【0026】
また、切替スイッチ４０によってアノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とが電気的に接続されている状態で、蓄電部５０に電気を充電しつつ、蓄電部５０から第２のカソード電極２２に電子を供給するようにして、第２のカソード電極２２側にて二酸化炭素を炭化水素に還元するのをアシストするようにしてもよい。
【0027】
このような構成の微生物燃料電池１００であっても、二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる。
【0028】
（実施形態２）
次に、本発明に係る微生物燃料電池の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明に係る微生物燃料電池の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【0029】
実施形態２の微生物燃料電池２００は、例えば、図３に示すように、有機物を含む水が貯留されている第１の槽１０と、第１の槽１０に配置されているアノード電極１１と、アノード電極１１と電気的に接続されており、第１の槽１０に配置されている第１のカソード電極１２と、二酸化炭素を含む水が貯留され、所定の隔膜２１を介して第１の槽１０と隣接している第２の槽２０と、アノード電極１１と電気的に接続されており、第２の槽２０に配置されている第２のカソード電極２２等を備えている。
また、アノード電極１１と第１のカソード電極１２、およびアノード電極１１と第２のカソード電極２２は、電線１によって接続されている。
また、アノード電極１１と第１のカソード電極１２の間の電線１には外部抵抗２ａが接続されており、アノード電極１１と第２のカソード電極２２の間の電線１には外部抵抗２ｂが接続されている。
また、アノード電極１１と第１のカソード電極１２、およびアノード電極１１と第２のカソード電極２２は、電線１によって接続されている。
また、アノード電極１１と第１のカソード電極１２の間の電線１には外部抵抗２ａが接続されており、アノード電極１１と第２のカソード電極２２の間の電線１には外部抵抗２ｂが接続されている。
【0030】
実施形態２の微生物燃料電池２００は、例えば、第１の槽１０と第２の槽２０が一体的に形成された槽を用いた場合、第１の槽１０と第２の槽２０を区画するように隔膜２１を配設した構造を有している。
また、実施形態２の微生物燃料電池２００は、例えば、第１の槽１０と第２の槽２０が別体として形成された槽を用いた場合、隔膜２１を介して第１の槽１０と第２の槽２０を隣接させた構造を有している。
いずれの構造であっても、第１の槽１０の水と第２の槽２０の水はそれぞれ隔膜２１に接触しており、その隔膜２１によって第１の槽１０の水と第２の槽２０の水が隔てられた状態になっている。
また、実施形態２の微生物燃料電池２００は、例えば、第１の槽１０と第２の槽２０が別体として形成された槽を用いた場合、隔膜２１を介して第１の槽１０と第２の槽２０を隣接させた構造を有している。
いずれの構造であっても、第１の槽１０の水と第２の槽２０の水はそれぞれ隔膜２１に接触しており、その隔膜２１によって第１の槽１０の水と第２の槽２０の水が隔てられた状態になっている。
【0031】
また、この微生物燃料電池２００の第１のカソード電極１２はエアカソードであり、一方の面側が有機物を含む水と接し、他方の面側が外気と接するように第１の槽１０に配置されている。
第１のカソード電極１２がエアカソードであれば、空気中の酸素を効率よく取り込むようにして、その第１のカソード電極１２においてアノード電極１１からの電子により酸素を還元することによる発電を良好に行うことができる。
勿論、微生物燃料電池２００の第１のカソード電極１２がエアカソードであることに限らず、上記実施形態１の第１のカソード電極１２と同様に水中に配置されたカソード電極であってもよい。
第１のカソード電極１２がエアカソードであれば、空気中の酸素を効率よく取り込むようにして、その第１のカソード電極１２においてアノード電極１１からの電子により酸素を還元することによる発電を良好に行うことができる。
勿論、微生物燃料電池２００の第１のカソード電極１２がエアカソードであることに限らず、上記実施形態１の第１のカソード電極１２と同様に水中に配置されたカソード電極であってもよい。
【0032】
このような微生物燃料電池２００であっても、二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる。
【0033】
そして、この微生物燃料電池２００は、例えば、工場の設備として使用することができる。
実施形態２の微生物燃料電池２００を工場の設備として設けた場合、工場における有機物を含む排水を第１の槽１０に供給し、工場における二酸化炭素を含む排気を第２の槽３０に供給するようにする。
こうすることで、工場排水に含まれている有機物を使った発電を行うことができ、また、工場排気に含まれている二酸化炭素を他の化合物に変換することで、二酸化炭素の排出を抑えることができる。
つまり、工場の排気や排水を利用した発電を行うことができ、発電した電気を工場にて使うことも可能になる。
また、微生物燃料電池２００を工場の設備とし、工場における二酸化炭素を含む排気が第２の槽２０に供給される場合には、二酸化炭素供給手段３０を設けなくてもよい。
実施形態２の微生物燃料電池２００を工場の設備として設けた場合、工場における有機物を含む排水を第１の槽１０に供給し、工場における二酸化炭素を含む排気を第２の槽３０に供給するようにする。
こうすることで、工場排水に含まれている有機物を使った発電を行うことができ、また、工場排気に含まれている二酸化炭素を他の化合物に変換することで、二酸化炭素の排出を抑えることができる。
つまり、工場の排気や排水を利用した発電を行うことができ、発電した電気を工場にて使うことも可能になる。
また、微生物燃料電池２００を工場の設備とし、工場における二酸化炭素を含む排気が第２の槽２０に供給される場合には、二酸化炭素供給手段３０を設けなくてもよい。
【0034】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図４に示すように、微生物燃料電池２００において、アノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とを接続している電線１の分岐部分に、切替スイッチ４０と蓄電部５０を設けるようにしてもよい。
このような構成の微生物燃料電池２００であっても、二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる。
例えば、図４に示すように、微生物燃料電池２００において、アノード電極１１と第１のカソード電極１２と第２のカソード電極２２とを接続している電線１の分岐部分に、切替スイッチ４０と蓄電部５０を設けるようにしてもよい。
このような構成の微生物燃料電池２００であっても、二酸化炭素の排出を抑えた発電を行うことができる。
【0035】
なお、以上の実施の形態の微生物燃料電池（１００，２００）においては、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を還元して炭化水素（例えばメタン）を生成するとしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を還元して有機酸（例えばギ酸）を生成するようにしてもよい。
つまり、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を還元して他の化合物に変換できればよい。
例えば、第２のカソード電極２２に付着させる第２の微生物に応じて、その還元反応をコントロールすることができる。
つまり、第２のカソード電極２２側で二酸化炭素を還元して他の化合物に変換できればよい。
例えば、第２のカソード電極２２に付着させる第２の微生物に応じて、その還元反応をコントロールすることができる。
【0036】
また、上記実施形態１の微生物燃料電池１００において、第１の槽１０として屋外の貯水槽を利用するとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、勿論、屋内の水槽を利用するようにしてもよい。そして、その水槽（第１の槽１０）に底質Ｂが堆積していなければ、第１のカソード電極１２は第１の槽１０の水中に設置されていればよい。
【0037】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【0038】
１ 電線
２ａ、２ｂ 外部抵抗
１０ 第１の槽
１１ アノード電極
１２ 第１のカソード電極
２０ 第２の槽
２１ 隔膜
２２ 第２のカソード電極
３０ 二酸化炭素供給手段
４０ 切替スイッチ
５０ 蓄電部
１００ 微生物燃料電池
２００ 微生物燃料電池
Ｂ 底質
２ａ、２ｂ 外部抵抗
１０ 第１の槽
１１ アノード電極
１２ 第１のカソード電極
２０ 第２の槽
２１ 隔膜
２２ 第２のカソード電極
３０ 二酸化炭素供給手段
４０ 切替スイッチ
５０ 蓄電部
１００ 微生物燃料電池
２００ 微生物燃料電池
Ｂ 底質
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】