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バイオリアクター、それを用いたメタン生成方法及び水素ガス生成方法、並びに水/ガス/電気の自家的供給システム コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P150012032
掲載日 2015年6月15日
出願番号 特願2013-537517
出願日 平成24年10月2日(2012.10.2)
国際出願番号 JP2012075535
国際公開番号 WO2013051569
国際出願日 平成24年10月2日(2012.10.2)
国際公開日 平成25年4月11日(2013.4.11)
優先権データ
  • 特願2011-220274 (2011.10.4) JP
発明者
  • 木村 浩之
  • 増田 俊明
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 バイオリアクター、それを用いたメタン生成方法及び水素ガス生成方法、並びに水/ガス/電気の自家的供給システム コモンズ 新技術説明会
発明の概要 本発明は、リアクタータンクと、リアクタータンクに開閉自在のバルブを介して接続された不活性ガス供給装置と、リアクタータンク及び不活性ガス供給装置に開閉自在のバルブを介して接続されると共に第1のガス回収装置に接続された反応液貯蔵タンクと、リアクタータンク及び不活性ガス供給装置に開閉自在のバルブを介して接続され、基質液供給部を有する基質液貯蔵タンクと、リアクタータンクに接続された第2のガス回収装置と、を備える、密閉型のバイオリアクターを提供する。
従来技術、競合技術の概要



南西日本の太平洋側は、「付加帯」という地形からなる。付加帯は地下10km以上にもおよぶ厚い堆積層からなる。この堆積層は、プレートテクトニクスによって海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む際に、海洋プレート上の海底堆積物がはぎ取られて大陸プレートに付加して形成されたものである。付加帯の堆積層は、白亜紀(1億4000万年前~6500万年前)又は第三紀(6500万年前~250万年前)の太古の海底堆積物に由来する(図10及び図11参照)。さらに、付加帯は海洋プレートが大陸プレートに沈み込む際にできる海溝と平行して分布していることから、東海・東南海・南海地震といった大地震の災害想定区域に指定されている。





付加帯の深部帯水層には大量のメタンが溶存していることが知られている。このメタンは、堆積層中の有機物を分解して水素ガスと二酸化炭素を生成する水素生成型発酵細菌と、水素ガス及び二酸化炭素からメタンを生成する水素資化性メタン生成菌からなる“微生物共生システム”によって、短時間で生成されることが知られている(非特許文献1)。





一方、従来、下水処理施設の活性汚泥、家畜の糞尿、生ゴミ、及び廃材等をバイオマスとして利用する、微生物によるメタン/水素ガス生成システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。

産業上の利用分野



本発明は、バイオリアクター、それを用いたメタン生成方法及び水素ガス生成方法、並びに水/ガス/電気の自家的供給システム(Self-generating water/gas/electricity supply system)に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
リアクタータンクと、
該リアクタータンクに開閉自在のバルブを介して接続された不活性ガス供給装置と、
前記リアクタータンク及び前記不活性ガス供給装置に開閉自在のバルブを介して接続されると共に第1のガス回収装置に接続された反応液貯蔵タンクと、
前記リアクタータンク及び前記不活性ガス供給装置に開閉自在のバルブを介して接続され、基質液供給部を有する基質液貯蔵タンクと、
前記リアクタータンクに接続された第2のガス回収装置と、を備える、密閉型のバイオリアクター。

【請求項2】
前記反応液貯蔵タンクが前記リアクタータンクの底部に接続されており、かつ前記基質液貯蔵タンクが前記リアクタータンクの側面上部に接続されている、請求項1に記載のバイオリアクター。

【請求項3】
前記リアクタータンクを加熱する加熱装置を更に備える、請求項1又は2に記載のバイオリアクター。

【請求項4】
反応液が付加帯の深部地下水であり、かつ基質液が有機物を含む溶液である、請求項1~3のいずれか一項に記載のバイオリアクター。

【請求項5】
回収されるガスが、水素ガス又はメタンを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のバイオリアクター。

【請求項6】
請求項1~5のいずれか一項に記載のバイオリアクターを用いるメタン生成方法であって、
前記不活性ガス供給装置により前記リアクタータンクの内部に不活性ガスを供給し、前記リアクタータンクの内部のガスを不活性ガスで置換するステップと、
前記不活性ガス供給装置により前記反応液貯蔵タンクの内部に不活性ガスを供給し、前記反応液貯蔵タンクの内部の圧力を前記リアクタータンクの内部の圧力よりも高くするステップと、
前記不活性ガス供給装置により前記基質液貯蔵タンクの内部に不活性ガスを供給し、前記基質液貯蔵タンクの内部の圧力を前記リアクタータンクの内部の圧力よりも高くするステップと、
前記基質液貯蔵タンクを前記リアクタータンクと接続し、圧力差を利用して、前記基質液貯蔵タンクから前記リアクタータンクの内部に嫌気的に基質液を供給するステップと、
前記反応液貯蔵タンクを前記リアクタータンクと接続し、圧力差を利用して、前記反応液貯蔵タンクから前記リアクタータンクの内部に嫌気的に反応液を供給するステップと、
前記リアクタータンクの内部で、前記基質液に含まれる基質を前記反応液に含まれる微生物により発酵させてメタンを生成するステップと、を備え、
前記基質液が、有機物を含み、
前記反応液が、微生物として水素生成型発酵細菌及び水素資化性メタン生成菌を含み、かつ塩濃度が1.5%以下、溶存酸素濃度が0.01%未満、硫酸イオン濃度が5.0mg/L以下、硫化物イオン濃度が0.01mg/L未満、ヨウ素イオン濃度が5.0mg/L以下、及び前記微生物の細胞数が10~10cells/mLである、メタン生成方法。

【請求項7】
前記反応液が、付加帯の深部地下水である、請求項6に記載のメタン生成方法。

【請求項8】
請求項1~5のいずれか一項に記載のバイオリアクターを用いる水素ガス生成方法であって、
前記不活性ガス供給装置により前記リアクタータンクの内部に不活性ガスを供給し、前記リアクタータンクの内部のガスを不活性ガスで置換するステップと、
前記不活性ガス供給装置により前記反応液貯蔵タンクの内部に不活性ガスを供給し、前記反応液貯蔵タンクの内部の圧力を前記リアクタータンクの内部の圧力よりも高くするステップと、
前記不活性ガス供給装置により前記基質液貯蔵タンクの内部に不活性ガスを供給し、前記基質液貯蔵タンクの内部の圧力を前記リアクタータンクの内部の圧力よりも高くするステップと、
前記基質液貯蔵タンクを前記リアクタータンクと接続し、圧力差を利用して、前記基質液貯蔵タンクから前記リアクタータンクの内部に嫌気的に基質液を供給するステップと、
前記反応液貯蔵タンクを前記リアクタータンクと接続し、圧力差を利用して、前記反応液貯蔵タンクから前記リアクタータンクの内部に嫌気的に反応液を供給するステップと、
前記リアクタータンクの内部で、前記基質液に含まれる基質を前記反応液に含まれる微生物により発酵させて水素ガスを生成するステップと、を備え、
前記基質液が、有機物及び水素資化性メタン生成菌阻害剤を含み、
前記反応液が、微生物として水素生成型発酵細菌及び水素資化性メタン生成菌を含み、かつ塩濃度が1.5%以下、溶存酸素濃度が0.01%未満、硫酸イオン濃度が5.0mg/L以下、硫化物イオン濃度が0.01mg/L未満、ヨウ素イオン濃度が5.0mg/L以下、及び前記微生物の細胞数が10~10cells/mLである、水素ガス生成方法。

【請求項9】
前記反応液が、付加帯の深部地下水である、請求項8に記載の水素ガス生成方法。

【請求項10】
請求項1~5のいずれか一項に記載のバイオリアクターから構成されるメタン生成部と、
請求項1~5のいずれか一項に記載のバイオリアクターから構成される水素ガス生成部と、
前記メタン生成部と接続された、大深度掘削井戸から付加帯の深部地下水を汲み上げるポンプと、
前記メタン生成部に接続されたメタンタンクと、
前記水素ガス生成部に接続された水素ガスタンクと、
前記メタンタンクに接続されたガスエンジンを有する発電機と、
前記水素ガスタンクに接続された燃料電池と、を備える、水/ガス/電気の自家的供給システム。

【請求項11】
前記水素ガス生成部及び前記メタン生成部を加熱する加熱装置を更に備え、
前記加熱装置が、前記発電機又は前記燃料電池からの排熱を利用して前記水素ガス生成部及び前記メタン生成部を加熱する装置である、請求項10に記載の水/ガス/電気の自家的供給システム。

【請求項12】
前記メタン生成部と前記メタンタンクとの間に配置される二酸化炭素除去装置、又は前記水素ガス生成部と前記水素ガスタンクとの間に配置される二酸化炭素除去装置を更に備える、請求項10又は11に記載の水/ガス/電気の自家的供給システム。

【請求項13】
前記メタン生成部と前記メタンタンクとの間に配置される脱硫装置、又は前記水素ガス生成部と前記水素ガスタンクとの間に配置される脱硫装置を更に備える、請求項10~12のいずれか一項に記載の水/ガス/電気の自家的供給システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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