JPS62282591A - 生物有機体の製造方法および光生物反応器 - Google Patents

生物有機体の製造方法および光生物反応器

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、生物有機体（ｂｉｏｌａｓｓ）の製造方法お
よびこの方法に使用する光生物反応器に関する。
（従来の技術） 藻類（ａｌｇａｅ）や海草のような、簡単な植物そのも
のを用いて光合成技術により有用な生産物を生産しよう
とする長期間にわたる商業上の潜在的要求が、従来から
認識されてきている。事実、青緑藻（ｂｌｕｅ　ｇｒｅ
ｅｎ　ａｌｇａｅ）のような簡単な単細胞有機物の、太
陽光線、二酸化炭素、および海水の無機成分をより複雑
な物を作るのに利用する能力が、発展過程で重要な役割
を果してきている。単純な有機物の能力を複雑な材料を
作るのに利用しようとする多くの試みがなされてきた。
藻類の開水路栽培（ｏｐｅｎ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｃｕｌ
ｔｉｖａｔｉｏｎ）が動物や人間の消費用に生物有機体
を生産するために試みられた。それほど驚くことではな
いが、この比較的未熟な方法は、純粋の高級品をつくる
には、敵対する種（時には危険な毒素をつくる）による
逆位、栄養素比率、温度およびｐｔ−＋のような変数の
調整の困難さ、二酸化炭素の大気中への逃散および生物
有機体の上部のみを照射する光の効率的でない利用等の
ために本質的に低収率であるという問題があるため、実
用的ないことがわかっている。
これよりやや進んだ試みとして、水平におかれた大きな
直径の透明な生物有機体生産用プラスチックチューブの
利用を内容に含むものるたく例えばイタリア特許出願Ｎ
ｏ、２１５２２　Ａ／７８）。このようなシステムの問
題点は、チューブ内の液における生物有搬体の低い密度
、透明度を減らすことになる低速の流れによる藻類のパ
イプへの被覆、夏期の過熱および高い土地の使用法を含
んでいる。
その代わりに、一つの構造物がイギリス特許Ｎｏ、２１
１８５７２で提案された。これは、約１平方メートルの
面積の実質的にそのパネル表面に対して水平に巻かれて
いる比較的小さな径のパイプを持つ平坦な垂直パネルか
ら成っている。これちまた、プラントのそれぞれ１平方
メートルを設置するのに土地面積１平方メートルを必要
とし、高い土地の利用法となっている。さらに、商業生
産用の多数のユニットを十分に操作するプロセス制御も
非常に大きい問題となっている。さらにこのようなパネ
ルの設計は、悪い気候条件に耐えない本質的に不安定な
構造を与える。
遭遇する他の問題は、特に戸外栽培で操作される時、生
物有機体栽培の中に、バクテリア、アメーバおよびくる
まむしくｒｏｔ　ｉ　ｆｅｒｓ）のような好ましからざ
る微生物が成長することである。
本発明は、このような従来の問題を解消すべくなされた
もので、土地利用を減らし、運転効率を改良した実質的
に商業的スケールで実施できる生物有機体の製造方法お
よび、これに用いる改良された光生物反応器を提供する
ことを目的とする。
［発明の構成］ したがって、本発明の生物有機体の製造方法は、藻類、
／＜　’）　７　！Ｊオフ？−ジ（ｂａｃｔｅｒｉｏｐ
ｈａ（］ｅＳ）および海草のような生きている植物物質
を含んでいる合成混合物を、植物物質の成長に必須の栄
養素と共に直立したコア構造体の上に巻かれた実質的に
透明なチューブの中を流し、前記チューブの外面が自然
光にさらされ、前記チューブおよび／または前記コア構
造体が、前記チューブと前記コア構造体の間の接触領域
側のチューブの中へ光の進入を助長する手段を備えて生
きている植物物質を含む合成混合物をもたらし、流れて
いる合成混合物に光エネルギーを受けさせ、さらに混合
物から生物有機体合成製品の流れを引取ることからなる
ことを特徴としており、また本発明の光生物反応器は、
直立したコア構造体と、使用時に外面が自然光にさらさ
れるようにコア構造体の上に巻かれた実質的に透明なチ
ューブと、前記チューブと前記コア構造体の間にある接
触領域側のチューブの中へと光の進入を助長する手段と
、合成混合物が前記巻かれたチューブの中を流れるよう
にする手段と、生物有機体合成製品の流れを取出ず手段
とを有することを特徴としている。
光の進入を助長する手段は、チューブとコア構造体の間
の接触領域側に、隣あって光反射手段を持ったチューブ
および／またはコア構造体を用意することを含んでいる
。この光反射手段は、コア構造体と巻かれたチューブの
間にアルミニウム箔のような材料を挟むことにより構成
することができる。この代わりに、コア構造体を白く塗
ったり、および／または、例えばバロテイニイ（ｂａｌ
ｏｔｉｎｉ）として知られる小さなガラス球の反射面を
用いることもできる。または、さらにこれらの代わりに
、コア構造体を、チューブ体の下側に十分な光を導入さ
せるすかし細工構造としてもよい。光進人をたすけるた
め、鏡のような反射手段をコア構造体の最上点近くに配
置することもできる。代わりに、コア構造体の中に、そ
の中空中心に垂直に配置された蛍光管のような任意の形
状の人工光源を配置することにより充分な照明を用意し
てもよい。このような追加の光源は連続的に、または必
要な時だけ、例えば夜間または、非常に暗い条件で使用
される。このような追加の照明は光の使用を最高にする
ように点滅照明するように備えつけてもよい。
好ましくは、コア構造体はほぼ円筒状であってチューブ
は円筒上に螺旋状に巻かれている。しかしながら、コア
構造体は必ずしも円筒状である必要はなく、例えば先を
切った円錐の形であってもよい。このような形状は、太
陽の光が真下に垂直にそそぐ熱帯における光利用に対し
て効果的であり、円錐構造は影の形成を最低にすること
ができる。好ましくは本方法と装置は、合成混合物のリ
サイクル用に用意されている手段を備えて、連続生産に
適用される。
合成混合物は乱流状態でコア構造体の最上部ヘボンブで
押し上げられ、乱流状態で巻かれたチューブを通って下
方に流れるようにされる。
代わりに、また好ましくは、合成混合物は、チューブの
基部で導入された適当なガスでヘッダータンク（ｈｅａ
ｄｅｒ　ｔａｎｋ）へチューブ内を押し上げられる。
本方法は好気性（ａｅｒｏｂｉｃ）または嫌気性（ａｎ
ａｅｒｏｂｉｃ）の条件で実施される。したがって二酸
化炭素または空気がチューブに供給され、または酸素、
または空気／酸素混合体が希望する合成製品により使用
される。ある植物合成反応は嫌気性で行われるが、この
場合には何等このようなガスの導入を必要としない。
本発明の一つの好ましい実施例では、ある生物有機体合
成製品は好気性的に進み、一方あるものは嫌気性的にす
すむという事実が、直列に運転される２個またはそれ以
上の反応お、すなわち第１の反応器（または反応器のバ
ンク）は二酸化炭素のようなガス発生へと導く嫌気性反
応を実施するのに用いられ、その発生ガスは第１の製品
生物有機体が分離された後に、第２の反応器でこのガス
を用いる好気性反応用に用いられるような反応器、を用
意することにより利用される。
本発明のより好ましい形態は、アンモニアガスが窒素源
として、あるいはその一つとして用いられる。制御され
たアンモニアの注入は、バクテリア、アメーバ、および
わむしのような好ましくない微生物の発生を最少にする
のに役立つことが分った。アンモニア塩およびアンモニ
アイオンの存在はこのような成長を阻止し、一方青緑１
（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ　）のような植物材料の成長に栄
養、素源として作用する。
代わりに、またはさらに、このような成長はチューブの
内部からまた外部から行われる選択的紫外線照射の使用
により阻止される。
合成のための栄養素は、砂糖プラントまたは石油精製廃
棄物または他の高いＢ　ＯＤ　（ｂｉｏｌｏａｉｃａｌ
ｏｘｙｇｅｎ　ｄｅｍａｎｄ）の炭化水素廃棄物から得
られるような廃棄流出物により少なくとも部分的に用意
される。廃棄物は本工程で精製され、それゆえ生産され
た生物有機体は流出処理工程の価値ある副成物である。
特に好ましいチューブ材料は、ポリエチレン、特に低密
度ポリエチレンである。これは光透過性に優れているし
、価格も安い。また生物有機体媒質による攻撃に対する
抵抗性があるという価値の高い利点を持っている。
（実施例） 本発明を以下に図面を引用しながら実施例により説明す
る。
第１図に示されるように、この光生物反応器は直立して
おり、またほぼ円筒形のコア構造体２（点線で示される
）から成っている。コア構造体２は、連続的な外表面を
備え、例えば中空コンクリートセクション（ｈｏｌｌｏ
ｗ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　５ｅｔｉｏｎ）からなっている
。反応器のサイズにより、コンクリートセクションは検
査および保守要員が内部に入ったりコア構造体の最上部
に位置する装置に到達したりできるように内部接近ステ
ップを持つこともできる。
代わりに、コア構造体はすかし細工構造体（ａｐｅｎ　
ｗｏｒｋ　Ｃｏｎ５ｔｒｕｃｔｉｏｎ）からなっていで
もよい。例えば商標゛Ｄｅｘｉｏｎ”で知られているよ
うな金属支持体で構成したり、またはその代わりにコア
が円筒状の形をした金属メツシュ構造であってもよい。
支持構造体は、アルミニウム箔のような光反射材料のＷ
Ｊ４に面している。光反射層４の上にほぼ透明な材料か
らなるチューブ６が螺旋状に巻かれている。好ましい材
料は、ポリエチレンであり、より好ましくは低密度ポリ
エチレンである。何故ならば、このようなチュービング
は優れた光透過性、低価格、さらに容易に押出し可能で
長尺で巻きとることができるからである。ポリエチレン
は、また良好な耐蝕性を有し、かつ普通に大量醗酵法で
使用されてきたステンレススチールのような材料よりも
大幅に反応混合物の化学的条件に耐えることができる。
しかしながらメチルメタクリレートまたは透明ポリ塩化
ビニルのような他のプラスチック材料、さらにはガラス
のような非プラスチック材料でさえも、使用条件に耐え
られれるならば使用可能である。光反射材料層４は、も
しチューブ６自身が半銀付け（ｈａ　Ｉ　ｆ−５ｉ　Ｉ
ｖｅｒｅｄ　）され、またはコア構造体２に隣あって光
反射表面を持つように他に処理されていれば、ある環境
では必ずしも必要ではない。コア構造体２からチューブ
を支え、巻回物の滑り落ちを防ぐために、杭（１）８０
）（図示せず）を突出させてもよい。
もしコア構造体が十分に開放された構造であれば、光反
射材料の層は、チュービングの下側にまで十分な光が入
込むであろうから必要とはされない。コア構造体の内部
に十分な光が入込むようにするため、プラスチックチュ
ーブ巻きは少なくともチューブ直径の１７４の間隔を離
すべきである。
好ましくは、チュービングは水平に対して例えば３°の
角度で巻かれる。
もし強度について必要があれば、チュービングは、例え
ば・透明樹脂のような強化外部被覆を持つこともできる
。これは特に生物有機体の生産をかなりの圧力のもとで
実施したい場合には有効である。
コア構造体は、例えば反射表面を有し、ときにはチュー
ブ巻きがその上になされているメツシュ構造体を有する
実在のタンクのようにソリッドである。もし必要ならば
、外側メツシュ支持構造がさらに巻回物の回りに備えら
れる。タンクは任意の径のものとすることができ、この
例では、２〜５ＩＩｌとされる。
コア構造体２の下端は地上に設置されており、さらにチ
ューブ６の下端１０は一般に１２で示されているボンピ
ング装置へ地上で延びている。ダイアフラムポンプまた
は他の適当な型のポンプ等からなるボンピング装置１２
は、例えば二酸化炭素および／または空気、栄養素とア
ンモニア、アンモニウム増、尿素、化合肥料などのよう
な窒素源を供給するライン１４に接続されている。供給
ラインは好都合にはコンピューター制御される。
出口チューブ１５は、合成混合物をコア構造体２の中空
中心を上方に伸びて配置されている中心チューブ１６を
上昇しヘッダータンク１８へ運ぶ。
ヘッダータンク１８はライン２０に製品の流れをとり込
むことができるように何らかの適当なとい手段（ｌａｕ
ｎｄｅｒ　１Ｉｌｅａｎｓ）　　（図示せず）を含むこ
とができる。例えば、といの中にある混合物の頂部に向
かって立上がってくるさらに濃縮された生産品は、項部
によって引込まれる。代わりに他の分離手段、ハイドロ
サイクロン（ｈｙｄｒｏｃｙｃ　１ｏｎｅ）のようなも
のをヘッダータンク１８に変えることができる。ライン
２０はヘッダータンク１８の側面から伸びているように
示されているが、生産品が構造体の基礎で引取られるよ
うにコア構造体の下の方に同じように伸びるようにして
もよい。ヘッダータンクはまた、過剰な空気を取去り、
作られた酸素を回収するパージシステムを含んでいる。
また合成混合物は、ヘッダータンク１８へコイルにまか
れたチューブ分基礎に導入された適当なガスによりコイ
ル巻きされたチューブ内を押し上げられ、タンク１８か
ら、必要であれば流量計および／または、熱交換機また
はそこに組込まれた類似の装置を持っているポンプへと
戻りライン１６を動かされることが理解されるであろう
。このような構成を第３図を引用して以下に述べる。
ライン２０の生産品の流れは、生物有機体から希望する
ものを処理するおよび／または抽出するため何らか適当
な補助設備を通すようにすることができる。それは、特
に生物有機体を適当な混合しにくい抽出用溶剤の流れに
同方向流または反対方向流で、固体／液体または液体／
液体接触器（ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）を通過させるのに有
用である。一連の生産品は一連の接触器に、もし必要な
ら接触器の間に抽残液（ｒａｆｆｉｎａｔｅ）相を循環
させて接触させることにより抽出される。適当な抽出機
はＧｒａｅｓｓｅｒ　ｃｏｎｔａｃｔｏｒとして知られ
るパケット型の接触器で英国特許明細書Ｎｏ、１，１４
５，８９．４および米国特許明細書Ｎｏ、　３．６４９
．２０９に記載されている。
光生物反応器の大きさは実施される生物有機体生産品に
より変わるであろう。
一つの例は青緑藻（５ｐｉｒｕｌ　１ｎａ）からの生物
有機体の生産である。このような場合コア構造体２の全
体の高さは、例えば８ｍでコア径は２Ｉｌｌである。巻
かれているチューブ６は約３０ｕ径の低密度ポリエチレ
ンで、中央チューブ、１６はポンプの制御下にある上昇
流を妨げることのないように大きな寸法（約１２０ｍｍ
　）を持っている。この寸法は、全体の表面積が１２６
平方メートル、そのうち１００平方メートルに利用しつ
る自然光により効果的な照射を与えるチュービング約１
，３４７ｍを搭載することのできるコア構造体として計
算されている。この反応器の容量はそれゆえ約１，２６
９１である。反応器の円形断面のために、このような反
応器の大多数は、第２図に示すように比較的小さな面積
に配置することができる。かくて反応器をきらんと詰込
んで整列させると、たった４ＩＩｌの最低間隔で各反応
器を昼間における最高照射とし、また影の影響を最低に
することができる。
上記実施例は、青緑藻からのミクロ生物有機体の生産を
説明したものであるが、ミクロ生物４Ｔｍ体生産は同じ
ように大きな径をもつチュービングにおいても実施され
ることが理解されるであろう。
一つの例は海草の光合成を行った例である。しかしなが
らチュービング直径は材料がコイルを下方に通過するよ
う乱流を助けるように十分小サクシておかねばならない
。乱流はチューブの内側に好ましくない被膜ができるの
を阻止するのに役立ち、したがって、プラントの使用寿
命を増加する。好ましくは乱流はレイノルズ数で少なく
とも２０００゜さらに好ましくは３０００以上の数を与
えるものである。さらに高い乱流は、細胞を断続的に光
にさらすため、各細胞は光合成の本質である断続的な性
質からの利益を受け、光合成の光利用を最大限のものと
する。
従来から、研究者らにより示されてきたように、連続的
な光よりむしろ断続的な光を用いることにより、即時の
成長速度が増大し、生物有機体生産において光エネルギ
ーの単位当りの収出が増した。
第１図に示された生物反応器の変形例として、高度に研
磨された簿く小さなアルミニウム形材がそこから間隔を
おいたコア構造体２のまわりに配列され、構造体２の頂
部にレールのような適当な手段で吊下げられる。ごく僅
かな風でさえもその形材を揺り動かしチューブ領域に光
を点滅させ成長速度を改良する。代わりに、またはさら
に、類似のカーテンが中空のコアの中に並べられる。カ
ーテンの形材の代わりに金属リボンのようなものが同じ
効果をあたえるように使用される。もし蛍光管のように
、照明がチューブ構造体の中で使われるとすれば、同じ
原理が成長速度を改善するのに使われる。蛍光管はこの
場合には光が点滅するようにセットされる。
図示されている光生物反応器は、各生物反応器の間の間
隔を最高に使用するように地面に埋められたボンピング
装置１２を有する、勿論ボンピング装置は地上に置くこ
とができるが、第２図に示される例では、ボンピング装
置を埋めることが生物反応器の間にサービスおよび製品
収集車を通すための適当な間隔を与えるであろう。この
ようなサービスは極端な気候条件についての対処の用意
、例えば回路に含まれている熱交換器や、また例えば凍
結の可能性のある低温夜間条件において必要な時は生物
反応器の上に除去可能な絶縁ジャケットの設備などを含
んでいる。同様に、非常に熱い条件では、冷却剤を外の
補助装置から反応器にスプレィすることもできる。また
生物反応器自身、必要な時にはチュービング６の上に直
接冷却剤をスプレィする用意ができており、例えば構造
体２の頂部に水スプレィ装置があって中空コア構造体を
通る供給チューブにより供給されるようになっている。
反応器の他の一つのの変形例（図示せず）では、コア構
造体２は、コア構造体の基礎に延びているチューブへ導
かれている中央円形といを経由して製品回収用に用意さ
れている手段を持つ回転するプラットフォームの上に搭
載されている。このような配置は回転速度がチューブに
おける流れ特性に影響を及ぼし、さらに／または藻類が
太陽光にさらされる時間に影響を及ぼすとσ１う利益が
ある。
大規模で使われるに適した生物有機体生産のもう一つの
方法は第３図に示されるプラントを用いて行われる。プ
ラントは平行に配置された一組のほぼ透明なコイル巻さ
れたチューブ２０と２２からなり、それぞれ適当なコア
構造体上に搭載されている（図示せず）。このコイルは
例えば長さ５００ｍ、直径３０ｍｍの透明なポリ塩化ビ
ニルのチュービングからなっている。適当なコア構造体
は、一般に円筒状の白塗りの本体で、時には反射ガラス
球で塗られている。２個のコイルが示されているが、そ
れ以上のコイルが使用され得ることも理解されよう。合
成混合物は、ポンプ装置（適当なものはダイアフラムポ
ンプ）２７により１申しあげられた循環反応体とともに
流母計２６を経由して供給される単一ライン２５からラ
イン２３と２４を経由してコイル２０および２２に供さ
れる。ライン２５に到達する前に、循環反応体は浸漬さ
れたヒーターの備えられた熱交換器２８を通過する。
ユニット２８は低温気候で必要なら熱をあたえ、一方熱
い周囲条件では熱を取去るのに役立つ。二酸化炭素およ
び空気は、それぞれライン３０および３１上の適当な流
ｍ計（図示されず）を経てライン２５に供される。
コイル２０および２２の頂部において、流れている合成
混合物はオーバーフロー取入れ装置３４がついているヘ
ッダータンク３３に進むためのライン３２につながって
いる。オーバーフロー取入れ装置３４は、生産された生
物有機体（例えば藻類）を収集し、バッグフィルター３
６へ戻りバイブ３５を通って混合物を周期的に下方へ流
すものである。バッグは大きな成熟した藻類を保有し一
方より小さな成長しつつある藻類を通過させるメツシュ
でできている。バッグフィルター３６は、ライン３８で
補給水を、一連の栄養素供給槽４０からライン３９で栄
養素を、それぞれ供給されるフィルターユニット３７中
に置かれている。添加した水と栄養素によるユニット３
９のろ液はレベルコントロールバルブ４３に応答するポ
ンプ４２の作用によりヘッダータンク３３ヘライン４１
で戻される。
過剰な二酸化炭素（および／または他のガス状生産物）
はライン４４でヘッダータンク３３から引取られる。必
要な空気は空気パージライン４５でヘッダータンク３３
に供給される。循環混合体はオーバーフロー３４を通過
しないでライン４６のポンプ２７へ戻る。
システムにおける循環および製品の取入れは電子的に操
作される圧力コントロール値４７により制御される、こ
の値はスタートした後に最適合成条件がえられた運転で
もたらされる（例えば光学濃度測定により決定される）
。
上述の装置で合成混合物はコイルをポンプで押し上げら
れ、できた生産物は鶏とりバイブ３５を重力により下方
に流れることが理解されよう。このような配置は、二酸
化炭素供給がヘッダータンク３３に放される前に変化す
るように成長しつつある藻類に比較的長い時間接触する
という利点を持っている。もし過剰二酸化炭素が出口ラ
イン４４にとどまっているとすれば、二酸化炭素の供給
は減少する。さらに真直ぐの、また比較的長いフィルタ
ーバッグ３６への下方への戻りバイブ３５は詰まるのを
阻止する高速を与える。
上述の図に示されている生物反応器は容易に組立てられ
、また希望すればユニット形態で組立てることができる
。したがってチューブ状コイルは容易にバルブや接続部
分で反応生成物を必要時に取除いたりおよび／または何
らかの必要な追加の栄養素を導入したりすることができ
るように組立てられる。これは特にある醗酵反応のよう
な急速反応に役立つ。
ポンプの運転は、しばしば希望されているように、チュ
ーブの中で高度の乱流を与えるに必要な誘因力をあたえ
るものと上述したが、ある反応では例えば生成細胞が微
妙な性質からなる場合には、より低い流れの条件を使用
することが望ましい。
このような場合には、循環を維持するよう揚力として空
気および／または他のガス状の供給体を使用すれば十分
である。もし必要あれば圧縮ガスベンチュリジェットま
たはスチームジェットが用いられる。スチーム注入は特
にある熱量が成長に必要とされる場合に適している。
チューブ状モジュールを使用する時には、長い流通路に
対してさえもチューブを通る流速を制御するように中間
ポンプ、および／または空気またはスチーム注入に対し
て準備が行われる。これは特に反応媒質が粘性になる傾
向をもつ時、例えばある醗酵工程では有効である。第４
図は圧力低下の問題（およびチューブが暖かい時、例え
ば３５℃での伸びの問題）を克服する用意を具体化する
変形された反応器を図示している。コイル５０はコア、
構造体５１上に配２されている。合成混合物はリサイク
ルポンプおよび熱交換器ユニット５２を経てコイルを押
しあげられる、しかし全てコイルの底に導入されずに、
入口ライン５３で連続的にそれに沿って導入される。空
気と二酸化炭素はまた各ライン５３ヘバルブ入口５８を
持つ主供給部５７を経由してそれぞれのライン５３に導
入される。同じく出口ライン５４は主立上がり部５６を
経てヘッダータンク５５へ各コイル部分から導かれる。
主立上がり部５６は、有利にはチューブの膨張に対する
要求を満すようにコイルの側面で動くことのできるよう
に組立てられる。したがって主体はフレキシブルである
か、またはリジッドであるがフレキシブルな台を備えて
いる。各コイル部分におけるチューブの長さは流れの速
度、チューブ孔および塔の高さなどに従って変わるであ
ろう。しかし約３００ｍ長で２０１チユーブ孔のほぼ８
個のサブユニットが適していることが分った。
上述の方法と装置は広範囲の生物有機体生産工程に応用
可能である。もし希望すれば、反応器への供給システム
はセレニウム、コバルト、銅、亜鉛、ガリウムおよびゲ
ルマニウムのような１またはそれ以上の微分元素の少量
を、微ｍ元素の量を変えるようにいろいろな条件のもと
で導入するよう制御することができる。この工程は、例
えば純粋で首尾一貫した生産品をあたえるように１ｉｌ
１１１１条件下で、藻類および海草から単一の偏った純
粋の生物有機体を生産させることが見られるだろう。
補助の工程の採用により、生物有機体のある種の価値あ
る製品の濃度を増加することができる。藻類や他の単純
な有機物は溶解した複合体、普通は蛋白質を生成できる
ことが分った、これは人間や動物のような存在に有用で
また重要でありさえもする。例えば、ガンマーリルイン
酸（ＧＬＡ）を含む高濃度の脂質は青緑藻から得ること
ができる。代わりに高級寒天はグラチラリア（Ｇｒａｃ
ｉｌａｒｉａ）から、またデユナリエラ（Ｄｕｎａｌｉ
ｅｌｌａ）からベーターカロチン（ＣａｒＯｔ１３ｎｅ
）を作ることができよう。もし実施された工程で反応器
のなかの色ＴＩ！ｉ度が結果的に増加する（水溶性天然
色素の量の増加により）とすれば、色素除去手段（クロ
マトグラフによる分離、または溶剤抽出、たぶん上述の
ようにＧｒａｅＳＳｅｒ接触器を使って）が適当に色素
回復手段とともに取入れら、れる。光の進入に悪い影響
を及ぼす過剰な着色の形成はこのようにして保護される
。このような色素はクロロフィル（ｃｈｌｏｒｏｐｈｙ
ｌｌｓ）、カロチン、フィコシアニン（ｐｈｙｃｏｃｙ
ａｎｉｎＳ）、フィコエリシン（ｐｈｙｃｏｅｒｙｔｈ
ｒｎｓ）を含んでいる。
生物反応器に供給される栄養素においてまた運転条件で
かなりの変化が可能であることが理解されよう。
窒素源の一つとして、または単独の窒素源としてアンモ
ニアを用いることが有効であることが判明した。アンモ
ニアガスの制御された注入は、−万骨緑藻のような有機
物の成長を促進するが、バクテリア、アメーバおよびわ
むしのような希望されない微生物の成長を阻止する。こ
れは、このような微生物の成長が以前に提案された生物
有機体製造法の主な問題であったので、かなり商業的に
重要である。バクテリアの成長を阻止する一酸化炭素の
ような他のガスも用いられる。
代わりに、またはさらに、バクテリア侵入の問題は少な
くとも部分的に、チュービングの部分を紫外線照射する
ことにより軽減することができる。
これは例えばチュービングの一つまたはそれ以上の部分
のまわりに紫外線発射コイルを巻くことによって、およ
び／またはチュービング自身のなかに、適宜特に広くな
ったチュービング部で、紫外線発射管を中に入れること
によって果たすことができる。
上述の反応器は、好気性および嫌気性生物有機体生産工
程のどちらにも使用するのに適している。
二酸化炭素または空気のようなガスは例えば青緑藻およ
びクロレラの生産に用いられる、一方空気／Ｍ素混合体
あるいは酸素単独ではイースト成長のようなあるプロセ
スに使用される。嫌気性プロセスは、栄養素として高い
ＢＯＤの炭水化物廃棄物を用いるロードブシトモナス　
パルストリス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　Ｐ
ａ１ｕｓｔｒｉｓ）の栽培、二酸化炭素を生じるような
反応に実施される。もう一つの゛プロセスはノルカディ
ア（Ｎｏｒｃａｄ　ｉａ）、カンデイダ（Ｃａｎｄｉｄ
ａ）および炭水化物を二酸化炭素に劣化させる他のブシ
ュトモナス（ＰｓｃｕｄＯｍＯｎａＳ）有機物を含んで
いる。
本発明の有用な他の実施例によれば、二つの生物反応器
、または生物反応器のバンクが直列につながれ、第１は
ＣＯ２４を生じるロードブシトモナス　パルストリスま
たはアシツドフイラ（Ａｃ　ｉ　ｄ。
ｐｈｉｌａ）の成長のように嫌気性反応用に用いられ、
一方第２の反応器はクロレラまたは青緑藻のようなＣＯ
２利用の酸素発生藻類の栽培において、このＣＯ２を利
用する。このようなシステムは第５図に示されている。
第５図のフローダイアグラムにおいて、高いＢＯＤの流
出液体は、ロードブシトモナス　アシツドフィラのよう
な二酸化炭素発生有機物の栽培に対する栄養素として反
応器６１の第１バンクにライン６０を通って入る。反応
器６１で作られる二酸化炭素はライン６２で引込まれる
。反応器６１からの液はライン６３でフィルターユニッ
ト６４へ引取られる、ここでは固体状の生物有機体が引
取られる。ライン６２の二酸化炭素流はフィルター６４
からの液とライン６５で一緒になり、青緑環のような二
酸化炭素消費、酸素発生有機物の栽培用の反応器６６の
第２バンクへ向かつていく。
酸素は何らか適当な目的用にライン６７に引込まれ、一
方ライン６８に引込まれた液はユニット６９でろ過され
固体状生物有機体製品を与える。残りのライン７０への
流出物はかなりＢＯＤ値が減っている。
勿論さらに段階を加えることができ、また希望する任意
の数の反応器を各バンクに用いることもできる。第１反
応器で作られるどんな他のガスもつぎの反応器または他
の目的に使用することができる。複数個の反応器の使用
は、第１の反応器が気体生成品として水素および酸素を
生じ、これが分離されて第２反応器で酸素消費物質用と
して使用されるような、例えばチャリダモナス　ライン
バルーｒ　イ（Ｃｈａｌｙｄａｍｏｎａｓ　Ｒｅ１ｎｈ
ａｒｄｔｉｉ）のような水分ｌｉｔ藻類の成長に用いら
れる時には有効なものである。
混合物のリサイクルを伴った連続運転可能のプロセスの
用意はガスと栄養素の消費をできるだけ最低の消費に押
えるものである。生成酸素はどんな隣接の化学プラント
でも使うことができる。どんな発生熱も熱交換器で使う
ことができる。本発明によれば、開放チャンネル光合成
プロセスで得られる密度の７倍、時には４０倍の高密度
の生物有機体を得ることができる。さらに本発明におい
ては、放棄された、または平坦でない土地でさえも利用
することができ、また設備の規模は成長需要をみたすた
め容易に拡張することができる。角度を持ったユニット
の使用は光利用を最大とし、拡散光でさえも有効に利用
される。このようにして生物有機体生産の可能な緯度範
囲は比較的広くなり曇った英国の冬の日でさえも藻類ま
たは海草の成長に十分であることが分った。はとんどの
場合、厳しい冬でさえも約１０℃の最低温度を保つわず
かな加熱が必要とされるだけである。厳しい天候では、
透明なポリエチレンシートの外、カーテンでチューブを
熱絶縁するのが有利であることが分った。夏季の冷却は
最高温度を約３５℃に保持するように行うことが望まし
い。乱流状態を用いることは洗浄を必要とする前に長い
運転期間を可能にし、これによって閉鎖期間を最低に維
持することができる。どんな場合でもチュービングの清
掃は比較的真直ぐな操作で、チュービングの中を清掃用
ビレット（ｂｕｌｌｅｔ）をむりに通すことにより行わ
れる。これは汚染物を壁から剥ぎとらねばならない通常
の醗酵タンクの清掃における問題点と対称的である。
以上説明した本発明のシステムはそれ自身自動制御に役
立ち、またモジュールの全設備はコンピューター制御す
ることができ、それにより人件費を節約することができ
る。さらに有利なことには、このようなマルチ−モジュ
ールシステムの役目はもし、必要があれば、一つのタイ
プの製品を作ることから、主なプラントの修正なしに、
他のタイプの製品の製造に切替えることができることで
ある。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の生物有機体の製造方法お
よび光生物反応器によれば、わずかの設置面積で、高い
運転効率で、実質的に商業的スケールで各種の生物有機
体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１−は本発明による光生物反応器の概略図、第２図は
複数個のこのような反応器の配置を説明する見取り図、
第３図は生物有機体生産の一方法についてのフローダイ
ヤグラム、第４図は修正した生物反応器の見取り図、第
５図は直列で運転されている光生物反応器の２つのバン
クのフローダイヤグラムである。 ２・・・・・・コア構造体、４・・・・・・光反射材料
の層、６・・・・・・チューブ、１２・・・・・・ポン
プ制御装置、１５・・・・・・出口チューブ、１６・・
・・・・中心チューブ、１８・・・・・・ヘッダータン
ク、２０．２・・・・・・コイル、２７・・・・・・ポ
ンプ装置、２８・・・・・・熱交換器、３３・・・・・
・ヘッダータンク、３４・・・・・・オ−バーフロー取
入れ装置、３５・・・・・・戻りパイプ、３６・・・・
・・バッグフィルター、３９・・・・・・ユニット、４
０・・・・・・栄養素供給槽、４゛３・・・・・・レベ
ルコントロールバルブ、４５・・・・・・空気パージラ
イン、５０・・・・・・コイル、５１・・・・・・コア
構造体、６１・・・・・・反応器、６４・・・・・・フ
ィルターユニット、６６・・・・・・反応器、６９・・
・・・・ユニット

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）生きている植物物質を含んでいる合成混合物を、
    植物物質の成長に必須の栄養素と共に直立したコア構造
    体の上に巻かれた実質的に透明なチューブの中を流し、
    前記チューブの外面が自然光にさらされ、前記チューブ
    および／または前記コア構造体が、前記チューブと前記
    コア構造体の間の接触領域側のチューブの中へ光の進入
    を助長する手段を備えて、生きている植物物質を含む合
    成混合物をもたらし、流れている合成混合物に光エネル
    ギーを受けさせ、さらに混合物から生物有機体合成製品
    の流れを引取ることからなる生物有機体の製造方法。
  2. （２）植物物質が、藻類であることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の生物有機体の製造方法。
  3. （３）光の進入を助長する手段が、光がチューブに進入
    するようチューブとコア構造体の間の接触領域に設けら
    れた光反射手段であることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項または第２項記載の生物有機体の製造方法。
  4. （４）前記植物物質の成長に必須の栄養素が、二酸化炭
    素および窒素源からなることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項ないし第３項のいずれか１項記載の生物有機体
    の製造方法。
  5. （５）前記窒素源が、アンモニアガスであることを特徴
    とする特許請求の範囲第４項記載の生物有機体の製造方
    法。
  6. （６）前記合成混合物が、乱流状態でチューブの中を上
    方に押しあげられる特許請求の範囲第１項ないし第５項
    のいずれか１項記載の生物有機体の製造方法。
  7. （７）嫌気性合成が前記チューブの中で行われ、そして
    第１の生物有機体合成製品が引取られた後で、合成混合
    物が前記嫌気性合成で発生した二酸化炭素を用いて好気
    性反応が行われる第２のチューブを通されて、第２の生
    物有機体合成製品が前記第２のチューブを通り抜けた後
    に引取られることを特徴とする特許請求の範囲１項ない
    し第６項のいずれか１項記載の生物有機体の製造方法。
  8. （８）直立したコア構造体と、使用時に外面が自然光に
    さらされるように前記コア構造体の上に巻かれた実質的
    に透明なチューブと、前記チューブと前記コア構造体の
    間にある接触領域側のチューブの中へと光の進入を助長
    する手段と、合成混合物が前記巻かれたチューブの中を
    流れるようにする手段と、生物有機体合成製品の流れを
    取出す手段とを有することを特徴とする光生物反応器。
  9. （９）前記チューブと前記コアの間の接触領域側にある
    前記チューブの中へと光の進入を助長する手段が、光反
    射手段からなることを特徴とする特許請求の範囲第８項
    記載の光生物反応器。
  10. （１０）前記コア構造体がほぼ円筒状をなし、かつ前記
    チューブが円筒上に螺旋状に巻かれていることを特徴と
    する特許請求の範囲第８項または第９項記載の光生物反
    応器。
  11. （１１）前記チューブがポリエチレンまたはポリ塩化ビ
    ニルからなることを特徴とする特許請求の範囲第８項な
    いし第１０項のいずれか１項記載の光生物反応器。
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