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JP7657690B2 - Cultivation method and culture device - Google Patents
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Description

本発明は、培養方法及び培養装置に関する。 The present invention relates to a culture method and a culture device.

例えば、特許文献1に記載されるように、独立栄養と従属栄養との何れの栄養形式によっても生命活動を営むことが可能な微細藻を培養する培養方法が知られている。この培養方法では、先ず、微細藻に光合成を行わせる光独立栄養での培養により培養槽内の微細藻の密度を十分に高める。その後、微細藻内に有機物を供給して従属栄養で微細藻を培養する。この従属栄養の培養では、培養槽内に混入(コンタミネーション)した細菌等の培養対象外の生物ではなく、培養対象である微細藻によって有機物の大部分が消費される。このため、微細藻の生産量の向上が図られる。 For example, as described in Patent Document 1, a culture method is known for culturing microalgae that can live by either autotrophic or heterotrophic nutrition. In this culture method, the density of the microalgae in the culture tank is first sufficiently increased by photoautotrophic cultivation, which causes the microalgae to perform photosynthesis. Then, organic matter is supplied to the microalgae to culture the microalgae heterotrophically. In this heterotrophic cultivation, most of the organic matter is consumed by the microalgae to be cultured, rather than by organisms that are not to be cultured, such as bacteria that have become mixed (contaminated) in the culture tank. This leads to an increase in the production volume of microalgae.

特開2013-85534号公報JP 2013-85534 A

ところで、例えば、屋外に設置された培養槽を用いて微細藻を培養するような場合、培養者の意図によらず、微細藻の培養環境が変化することがある。このように変化する培養環境下において、光独立栄養での培養後に従属栄養での培養を行うのみでは、光独立栄養での培養及び従属栄養での培養を、各々に適した条件で行うことが困難である。このため、微細藻の生産量を十分に向上させることができない懸念がある。 However, for example, when culturing microalgae using a culture tank installed outdoors, the culture environment of the microalgae may change regardless of the cultivator's intention. In such a changing culture environment, it is difficult to perform photoautotrophic culture and heterotrophic culture under conditions suitable for each, simply by performing heterotrophic culture after photoautotrophic culture. For this reason, there is a concern that the production volume of microalgae may not be sufficiently improved.

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems.

本発明の一態様は、変化する培養環境下で微細藻を培養する培養方法であって、前記培養環境に合わせて、前記微細藻の栄養形式を設定する設定工程と、前記設定工程で設定した前記栄養形式で前記微細藻を培養する培養工程と、を有し、前記設定工程で光独立栄養を設定した場合、前記培養工程では、前記微細藻に二酸化炭素を含むガスと、光と、を供給し、前記設定工程で従属栄養を設定した場合、前記培養工程では、前記微細藻に有機物を供給する。 One aspect of the present invention is a culture method for culturing microalgae in a changing culture environment, comprising a setting step of setting the nutritional form of the microalgae in accordance with the culture environment, and a culturing step of culturing the microalgae in the nutritional form set in the setting step. When photoautotrophy is set in the setting step, a gas containing carbon dioxide and light are supplied to the microalgae in the culturing step, and when heterotrophy is set in the setting step, organic matter is supplied to the microalgae in the culturing step.

本発明の別の一態様は、変化する培養環境下で微細藻を培養する培養装置であって、前記微細藻及び培養液を収容する培養槽と、前記培養環境に合わせて、前記微細藻の栄養形式を設定する設定部と、前記設定部が光独立栄養を設定した場合、前記培養槽に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給部と、前記設定部が従属栄養を設定した場合、前記培養槽に有機物を供給する有機物供給部と、を備える。 Another aspect of the present invention is a culture device for culturing microalgae in a changing culture environment, comprising a culture tank for accommodating the microalgae and a culture solution, a setting unit for setting the nutritional form of the microalgae according to the culture environment, a gas supply unit for supplying a gas containing carbon dioxide to the culture tank when the setting unit sets photoautotrophy, and an organic matter supply unit for supplying organic matter to the culture tank when the setting unit sets heterotrophy.

この培養方法及び培養装置では、培養環境に合わせて微細藻の栄養形式を設定することができる。このため、例えば、培養環境が光独立栄養での培養に適した条件にあるとき、光独立栄養により微細藻を培養することができる。また、培養環境が従属栄養での培養に適した条件にあるとき、従属栄養により微細藻を培養することができる。このように、培養環境に合わせた栄養形式で微細藻を培養することにより、微細藻の生産量を良好に向上させることができる。 With this culture method and culture device, the nutritional form of the microalgae can be set to suit the culture environment. Therefore, for example, when the culture environment is in conditions suitable for photoautotrophic culture, the microalgae can be cultured photoautotrophically. Also, when the culture environment is in conditions suitable for heterotrophic culture, the microalgae can be cultured heterotrophically. In this way, by culturing the microalgae in a nutritional form that suits the culture environment, the production volume of the microalgae can be improved.

図1は、本発明の実施形態に係る培養装置の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a culture device according to an embodiment of the present invention. 図2は、光独立栄養及び従属栄養の各々について、日射量と、微細藻の生産量との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation and the production amount of microalgae for each of photoautotrophy and heterotrophy. 図3は、本発明の実施形態に係る培養方法の一例を説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a culture method according to an embodiment of the present invention. 図4Aは、培養槽へのガス供給を停止してからの経過時間と、培養液中の溶存無機炭素量との関係を示すグラフである。図4Bは、培養槽への有機物供給を停止してからの経過時間と、培養液中の有機物量との関係を示すグラフである。4A and 4B are graphs showing the relationship between the amount of dissolved inorganic carbon in the culture solution and the time elapsed since the supply of gas to the culture tank was stopped, respectively. 図5は、変形例に係る培養方法を説明するフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating a culture method according to a modified example.

図1に示す本実施形態に係る培養装置10は、培養液及び微細藻を収容可能な培養槽12を備えている。培養装置10では、培養槽12に収容した培養液中で、微細藻を培養する。培養液は、水と、微細藻の培養に必要な栄養分(例えば、窒素、リン、カリウム等)とを含むことが好ましい。 The culture device 10 according to this embodiment shown in FIG. 1 includes a culture tank 12 capable of containing a culture solution and microalgae. In the culture device 10, microalgae are cultured in the culture solution contained in the culture tank 12. The culture solution preferably contains water and nutrients necessary for culturing microalgae (e.g., nitrogen, phosphorus, potassium, etc.).

培養装置10により培養する微細藻は、光独立栄養と従属栄養との何れの栄養形式によっても生命活動を営むことが可能である。光独立栄養は、エネルギー源として光を利用し、炭素源として二酸化炭素を利用することにより(光合成を行うことにより)、自力で有機物を合成して増殖、生育する栄養の摂取法をいう。従属栄養は、外部から取り入れた有機物を炭素源として増殖、生育する栄養の摂取法をいう。 The microalgae cultured in the culture device 10 can live by either photoautotrophy or heterotrophy. Photoautotrophy is a method of nutrient intake in which the microalgae grow and proliferate by synthesizing organic matter on their own using light as an energy source and carbon dioxide as a carbon source (by performing photosynthesis). Heterotrophy is a method of nutrient intake in which the microalgae grow and proliferate by using organic matter taken in from the outside as a carbon source.

なお、例えば、培養した微細藻を用いてエタノール等のバイオ燃料を製造する場合には、培養装置10により、緑藻綱(例えば、クラミドモナス、クロレラ)、プラシノ藻綱、クリプト藻綱、藍藻綱(例えば、スピルリナ)に分類される微細藻類を培養することが好ましい。しかしながら、培養装置10で培養可能な微細藻は、上記の微細藻類には限定されない。 For example, when using cultured microalgae to produce biofuels such as ethanol, it is preferable to culture microalgae classified in the Chlorophyceae (e.g., Chlamydomonas, Chlorella), Prasinophyceae, Cryptophyceae, and Cyanobacteria (e.g., Spirulina) using the culture device 10. However, the microalgae that can be cultured using the culture device 10 are not limited to the above-mentioned microalgae.

培養槽12は、微細藻及び培養液を収容可能であればよい。このため、培養槽12の形状、材質、形態は、特に制限されない。培養槽12は、例えば、オープンポンド方式であってもよいし、フォトバイオリアクターであってもよい。培養槽12がフォトバイオリアクターである場合、培養槽12の材料としては、例えば、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等のような可撓性及び透光性を有する材料から形成されてもよい。なお、ここでの透光性とは、微細藻の成長に必要な波長の光を透過可能であることをいう。 The culture tank 12 may be any tank capable of housing microalgae and a culture solution. Therefore, the shape, material, and form of the culture tank 12 are not particularly limited. The culture tank 12 may be, for example, an open pond type or a photobioreactor. When the culture tank 12 is a photobioreactor, the culture tank 12 may be made of a material that is flexible and translucent, such as linear low density polyethylene (LLDPE). Note that translucency here refers to the ability to transmit light of the wavelengths required for the growth of microalgae.

培養槽12は、微細藻の成長に必要な波長(例えば、340~700nm)の光として、例えば、太陽光を受光可能な屋外に設置される。なお、培養槽12は、太陽光を受光可能な室内に設置されてもよい。 The culture tank 12 is installed outdoors where it can receive sunlight, for example, as light with a wavelength (e.g., 340 to 700 nm) necessary for the growth of microalgae. The culture tank 12 may also be installed indoors where it can receive sunlight.

培養槽12には、該培養槽12に収容される培養液の溶存無機炭素量を検出することが可能な不図示の溶存無機炭素量検出部が設けられていてもよい。また、培養槽12には、該培養槽12に収容される培養液に含まれる有機物量を検出することが可能な不図示の槽内有機物量検出部が設けられていてもよい。 The culture tank 12 may be provided with a dissolved inorganic carbon amount detection unit (not shown) capable of detecting the amount of dissolved inorganic carbon in the culture solution contained in the culture tank 12. The culture tank 12 may also be provided with an in-tank organic matter amount detection unit (not shown) capable of detecting the amount of organic matter contained in the culture solution contained in the culture tank 12.

培養装置10は、培養槽12の他に、制御部14と、ガス供給部16と、有機物供給部18と、分配部20と、を備えている。制御部14は、例えば、不図示のCPU等を備えるマイクロコンピュータとして構成され、制御プログラムに従って所定の演算を実行することで、培養装置10に関する種々の処理や制御を行う。制御部14は、設定部22と、予測値取得部24とを有している。 In addition to the culture tank 12, the culture device 10 includes a control unit 14, a gas supply unit 16, an organic matter supply unit 18, and a distribution unit 20. The control unit 14 is configured as a microcomputer including, for example, a CPU (not shown), and performs various processes and controls related to the culture device 10 by executing predetermined calculations according to a control program. The control unit 14 includes a setting unit 22 and a predicted value acquisition unit 24.

設定部22は、培養環境に合わせて、微細藻の栄養形式を設定する。本実施形態では、設定部22は、例えば、培養環境として、微細藻に照射される日射量(以下、単に日射量ともいう)に合わせて栄養形式を設定する。この場合、設定部22は、日射量と日射基準値Pとを比較して、日射量が日射基準値Pを超えるとき、光独立栄養を設定する。また、設定部22は、日射量が日射基準値P以下であるとき、従属栄養を設定する。 The setting unit 22 sets the nutritional form of the microalgae according to the culture environment. In this embodiment, the setting unit 22 sets the nutritional form according to, for example, the amount of solar radiation irradiated to the microalgae (hereinafter also simply referred to as the amount of solar radiation) as the culture environment. In this case, the setting unit 22 compares the amount of solar radiation with a solar radiation reference value P, and sets photoautotrophy when the amount of solar radiation exceeds the solar radiation reference value P. Furthermore, the setting unit 22 sets heterotrophy when the amount of solar radiation is equal to or less than the solar radiation reference value P.

図2に示すように、光独立栄養で微細藻を培養する場合、日射量が多くなるほど、培養による微細藻の生産量(以下、単位生産量ともいう)が多くなる。換言すると、光独立栄養では、日射量が少なくなると生産量も少なくなる。一方、従属栄養で微細藻を培養する場合の生産量は、日射量の増減に関わらず一定である。このため、図2から、日射量が日射基準値Pを超えるとき、光独立栄養による生産量が従属栄養による生産量を超える。換言すると、日射量が日射基準値P以下であるとき、光独立栄養による生産量が従属栄養による生産量以下となる。つまり、日射基準値Pは、光独立栄養による生産量が、従属栄養による生産量以下になるときの日射量である。 As shown in FIG. 2, when culturing microalgae photoautotrophically, the greater the amount of solar radiation, the greater the amount of microalgae produced by the culture (hereinafter also referred to as unit production amount). In other words, with photoautotrophy, the less the amount of solar radiation, the less the production amount. On the other hand, when culturing microalgae heterotrophically, the production amount is constant regardless of whether the amount of solar radiation increases or decreases. Therefore, as shown in FIG. 2, when the amount of solar radiation exceeds the solar radiation reference value P, the amount of production by photoautotrophy exceeds the amount of production by heterotrophy. In other words, when the amount of solar radiation is equal to or less than the solar radiation reference value P, the amount of production by photoautotrophy is equal to or less than the amount of production by heterotrophy. In other words, the solar radiation reference value P is the amount of solar radiation when the amount of production by photoautotrophy becomes equal to or less than the amount of production by heterotrophy.

本実施形態では、図1の設定部22は、予測値取得部24により取得された日射量予測値と、日射基準値Pとを比較して栄養形式を設定する。予測値取得部24は、例えば、外部から培養時の天気、培養時の時刻、培養時の季節のような日射量に関する情報を得る。予測値取得部24は、外部から得た上記の日射量に関する情報に基づいて、培養時の日射量を予測する。これにより、予測値取得部24は、日射量予測値を取得する。なお、予測値取得部24は、培養時の日射量を予測して日射量予測値を取得することに代えて、予め予測された日射量予測値を外部から取得してもよい。 In this embodiment, the setting unit 22 in FIG. 1 compares the solar radiation prediction value acquired by the predicted value acquisition unit 24 with the solar radiation reference value P to set the nutritional format. The predicted value acquisition unit 24 acquires information on the amount of solar radiation, such as the weather at the time of cultivation, the time at the time of cultivation, and the season at the time of cultivation, from outside. The predicted value acquisition unit 24 predicts the amount of solar radiation at the time of cultivation based on the information on the amount of solar radiation acquired from outside. In this way, the predicted value acquisition unit 24 acquires the predicted amount of solar radiation. Note that the predicted value acquisition unit 24 may acquire a previously predicted predicted amount of solar radiation from outside, instead of acquiring the predicted amount of solar radiation by predicting the amount of solar radiation at the time of cultivation.

具体的には、予測値取得部24は、例えば、培養開始時刻から48時間後までの期間を1時間ごとに区分した48個の時間T1~T48の各々について、日射量予測値D1~D48を得る。設定部22は、日射量予測値D1~D48の各々と日射基準値Pとを比較して、時間T1~T48の各々の栄養形式を設定する。これにより、設定部22は、培養開始時刻から48時間後までの栄養形式を1時間ごとに設定した培養計画を作成する。 Specifically, the predicted value acquisition unit 24 obtains predicted solar radiation values D1 to D48 for each of 48 times T1 to T48, which are obtained by dividing the period from the start of the culture to 48 hours later into one-hour intervals. The setting unit 22 compares each of the predicted solar radiation values D1 to D48 with the solar radiation reference value P to set the nutrient type for each of the times T1 to T48. As a result, the setting unit 22 creates a culture plan in which the nutrient type is set for each hour from the start of the culture to 48 hours later.

なお、培養計画は、培養開始時刻から48時間後までの栄養形式を一時間ごとに設定したものには限定されない。設定部22は、例えば、培養する微細藻の種類、気象条件を含む培養条件等に応じた適切な期間を、適切な長さごとに区分して、各区分の栄養形式を設定することにより培養計画を作成することができる。 The culture plan is not limited to setting the nutrient type for each hour from the start of culture until 48 hours later. The setting unit 22 can create a culture plan by dividing an appropriate period into appropriate lengths according to the type of microalgae to be cultured, culture conditions including weather conditions, and the like, and setting the nutrient type for each division.

図1に示すように、ガス供給部16は、設定部22が光独立栄養を設定した場合に、分配部20を介して培養槽12に二酸化炭素ガスを含むガスを供給する。なお、ガスは、二酸化炭素ガスのみであってもよいし、例えば空気のように二酸化炭素ガスと他のガスとを含んでいてもよい。本実施形態では、ガス供給部16は、工場から排出される排ガスをガスとして培養槽12に供給する。 As shown in FIG. 1, when the setting unit 22 sets photoautotrophy, the gas supply unit 16 supplies gas containing carbon dioxide gas to the culture tank 12 via the distribution unit 20. The gas may be only carbon dioxide gas, or may contain carbon dioxide gas and other gases, such as air. In this embodiment, the gas supply unit 16 supplies exhaust gas discharged from a factory as gas to the culture tank 12.

有機物供給部18は、設定部22が従属栄養を設定した場合に、分配部20を介して培養槽12に有機物を供給する。ここでの有機物は、微細藻が該有機物を摂取して従属栄養を行うことが可能な物質である。本実施形態では、有機物供給部18は、排水設備から排出される排水に含まれる有機物を培養槽12に供給する。この場合、有機物供給部18は、排水設備から排出される排水に対して、有機物を濃縮する処理を行った上で、当該有機物を培養槽12に供給してもよい。また、有機物供給部18は、排水設備から排出される排水を培養槽12に直接供給してもよい。 When the setting unit 22 sets heterotrophy, the organic matter supply unit 18 supplies organic matter to the culture tank 12 via the distribution unit 20. The organic matter here is a substance that microalgae can ingest and use to perform heterotrophy. In this embodiment, the organic matter supply unit 18 supplies organic matter contained in wastewater discharged from the drainage equipment to the culture tank 12. In this case, the organic matter supply unit 18 may perform a process to concentrate the organic matter in the wastewater discharged from the drainage equipment and then supply the organic matter to the culture tank 12. The organic matter supply unit 18 may also directly supply the wastewater discharged from the drainage equipment to the culture tank 12.

分配部20は、ガス供給部16から供給されるガスと、有機物供給部18から供給される有機物との各々が培養槽12に供給される量を、制御部14の制御に基づき調整する。本実施形態では、分配部20は、ガス流路26を開閉するガス開閉弁28と、有機物流路30を開閉する有機物開閉弁32とを有する。ガス流路26は、ガス供給部16から培養槽12にガスを供給するための流路である。有機物流路30は、有機物供給部18から培養槽12に有機物を供給するための流路である。 The distribution unit 20 adjusts the amount of gas supplied from the gas supply unit 16 and the amount of organic matter supplied from the organic matter supply unit 18 supplied to the culture tank 12 based on the control of the control unit 14. In this embodiment, the distribution unit 20 has a gas on-off valve 28 that opens and closes the gas flow path 26, and an organic matter on-off valve 32 that opens and closes the organic matter flow path 30. The gas flow path 26 is a flow path for supplying gas from the gas supply unit 16 to the culture tank 12. The organic matter flow path 30 is a flow path for supplying organic matter from the organic matter supply unit 18 to the culture tank 12.

ガス流路26には、排ガス中の二酸化炭素ガス濃度を検出することが可能な二酸化炭素ガス検出部34が設けられることが好ましい。また、有機物流路30には、排水中の有機物の量を検出することが可能な流路内有機物量検出部36が設けられることが好ましい。 The gas flow path 26 is preferably provided with a carbon dioxide gas detector 34 capable of detecting the carbon dioxide gas concentration in the exhaust gas. In addition, the organic matter flow path 30 is preferably provided with an in-flow organic matter amount detector 36 capable of detecting the amount of organic matter in the wastewater.

ガス開閉弁28は、設定部22が光独立栄養を設定したときに開状態となる。また、ガス開閉弁28は、設定部22が従属栄養を設定したとき閉状態となる。なお、ガス開閉弁28は、ガス流路26の開度を調整可能に構成されてもよい。 The gas on-off valve 28 is in an open state when the setting unit 22 sets photoautotrophy. The gas on-off valve 28 is in a closed state when the setting unit 22 sets heterotrophy. The gas on-off valve 28 may be configured to adjust the opening of the gas flow path 26.

有機物開閉弁32は、設定部22が光独立栄養を設定したときに閉状態となる。また、有機物開閉弁32は、設定部22が従属栄養を設定したときに開状態となる。なお、有機物開閉弁32は、有機物流路30の開度を調整可能に構成されてもよい。 The organic matter on-off valve 32 is closed when the setting unit 22 sets photoautotrophy. The organic matter on-off valve 32 is open when the setting unit 22 sets heterotrophy. The organic matter on-off valve 32 may be configured to adjust the opening of the organic matter flow path 30.

制御部14は、設定部22により設定された栄養形式に基づいて、分配部20のガス開閉弁28及び有機物開閉弁32の開閉を制御する。これにより、培養槽12にガスを供給するか否かを設定することができる。また、培養槽12に有機物を供給するか否かを設定することができる。設定部22は、基本的には、光独立栄養及び従属栄養の何れか一方を選択して設定する。つまり、培養装置10では、基本的には、ガス及び有機物の何れか一方を選択的に培養槽12に供給する。しかしながら、設定部22は、光独立栄養及び従属栄養の両方を設定する場合があってもよい。つまり、培養装置10では、ガス及び有機物の両方を培養槽12に供給するタイミングが生じてもよい。また、設定部22は、光独立栄養及び従属栄養の何れも設定しない場合があってもよい。つまり、培養装置10では、ガス及び有機物の両方を培養槽12に供給しないタイミングが生じてもよい。 The control unit 14 controls the opening and closing of the gas on-off valve 28 and the organic matter on-off valve 32 of the distribution unit 20 based on the nutrient type set by the setting unit 22. This allows the setting of whether or not to supply gas to the culture tank 12. Also, it allows the setting of whether or not to supply organic matter to the culture tank 12. The setting unit 22 basically selects and sets either photoautotrophy or heterotrophy. In other words, in the culture device 10, basically, either gas or organic matter is selectively supplied to the culture tank 12. However, the setting unit 22 may set both photoautotrophy and heterotrophy in some cases. In other words, in the culture device 10, there may be a time when both gas and organic matter are supplied to the culture tank 12. Also, the setting unit 22 may not set either photoautotrophy or heterotrophy in some cases. In other words, in the culture device 10, there may be a time when both gas and organic matter are not supplied to the culture tank 12.

上記の通り、培養装置10では、光独立栄養で微細藻を培養する場合、太陽光(日射)と、工場から排出される排ガスとを利用する。また、培養装置10では、従属栄養で微細藻を培養する場合、排水設備から排出される排水に含まれる有機物を利用する。日射量は、例えば、時刻(太陽の位置)、天気、季節等に応じて変化する。また、例えば、工場から排出される排ガスの量、排ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度は、工場の稼働状況に応じて変化する。さらに、例えば、排水設備から排出される排水の量、排水に含まれる有機物の量は、排水設備の稼動状況に応じて変化する。すなわち、培養装置10は、微細藻を培養する培養環境が変化する。 As described above, when culturing microalgae photoautotrophically in the culture device 10, sunlight (solar radiation) and exhaust gas discharged from the factory are used. When culturing microalgae heterotrophically in the culture device 10, organic matter contained in wastewater discharged from the drainage facility is used. The amount of solar radiation changes, for example, depending on the time (position of the sun), weather, season, etc. Also, for example, the amount of exhaust gas discharged from the factory and the concentration of carbon dioxide gas contained in the exhaust gas change depending on the operating status of the factory. Furthermore, for example, the amount of wastewater discharged from the drainage facility and the amount of organic matter contained in the wastewater change depending on the operating status of the drainage facility. In other words, the culture environment in which the culture device 10 cultivates microalgae changes.

本実施形態に係る培養装置10は基本的には上記のように構成される。以下、図3のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係る培養方法を、図1の培養装置10を用いて実施する場合を例に挙げて説明する。この培養方法では、上記の通り、変化する培養環境下で微細藻を培養する。また、この培養方法では、変化する培養環境に合わせて微細藻を培養する栄養形式を設定する。以下では、培養環境の変化として、日射量の変化に合わせて栄養形式を設定して、微細藻を培養する培養方法の例を説明する。 The culture device 10 according to this embodiment is basically configured as described above. Below, with reference to the flowchart in FIG. 3, the culture method according to this embodiment will be described using an example in which it is carried out using the culture device 10 in FIG. 1. In this culture method, as described above, microalgae are cultured in a changing culture environment. Also, in this culture method, a nutrient form for culturing microalgae is set in accordance with the changing culture environment. Below, an example of a culture method for culturing microalgae by setting the nutrient form in accordance with changes in the amount of solar radiation as a change in the culture environment will be described.

この培養方法では、先ず、予測値取得工程を行う。予測値取得工程では、日射量予測値を取得する。日射量予測値は、微細藻の培養時の日射量を予測した値である。具体的には、予測値取得工程では、予測値取得部24により、上記のようにして、日射量予測値D1~D48を得る(図3のステップS1)。 In this cultivation method, first, a predicted value acquisition step is performed. In the predicted value acquisition step, a predicted solar radiation amount is acquired. The predicted solar radiation amount is a value that predicts the amount of solar radiation during cultivation of the microalgae. Specifically, in the predicted value acquisition step, the predicted solar radiation amount values D1 to D48 are obtained by the predicted value acquisition unit 24 as described above (step S1 in FIG. 3).

次に、設定工程を行う。設定工程では、培養環境(日射量)に合わせて、微細藻の栄養形式を設定する。具体的には、設定工程では、図1の設定部22により、上記のようにして、日射量予測値D1~D48の各々と日射基準値Pとを比較して、培養計画を作成する(図3のステップS2)。 Next, a setting process is performed. In the setting process, the nutritional form of the microalgae is set according to the culture environment (amount of solar radiation). Specifically, in the setting process, the setting unit 22 in FIG. 1 compares each of the predicted solar radiation values D1 to D48 with the solar radiation reference value P as described above to create a culture plan (step S2 in FIG. 3).

次に、培養工程を行う。培養工程では、設定工程で設定した栄養形式で微細藻を培養する。具体的には、図3のステップS3に示すように、T1~T48の何れかに相当する現在の時間Tnが、培養計画において光独立栄養に設定されているか否かを確認する。 Next, the culture process is performed. In the culture process, the microalgae are cultured in the nutritional form set in the setting process. Specifically, as shown in step S3 of FIG. 3, it is confirmed whether the current time Tn, which corresponds to any of T1 to T48, is set to photoautotrophy in the culture plan.

ステップS3で、現在の時間Tnが、光独立栄養に設定されていることを確認した場合(ステップS3:YES)には、図3のステップS4に進んで、ガス供給部16から分配部20を介して培養槽12にガスを供給する。なお、このとき、培養槽12内の微細藻には太陽光が照射されている。また、培養槽12への有機物供給は停止している。その結果、光独立栄養により微細藻が培養される。 If it is confirmed in step S3 that the current time Tn is set to photoautotrophy (step S3: YES), the process proceeds to step S4 in FIG. 3, where gas is supplied from the gas supply unit 16 to the culture tank 12 via the distribution unit 20. At this time, sunlight is irradiated onto the microalgae in the culture tank 12. In addition, the supply of organic matter to the culture tank 12 is stopped. As a result, the microalgae are cultivated by photoautotrophy.

培養計画において現在の時間Tnが光独立栄養に設定されている場合、微細藻への日射量は、日射基準値Pを超えている。このため、光独立栄養により微細藻を培養することで、従属栄養により微細藻を培養する場合に比べて微細藻の生産量を増やすことができる。 When the current time Tn is set to photoautotrophy in the cultivation plan, the amount of solar radiation on the microalgae exceeds the solar radiation reference value P. Therefore, by culturing microalgae photoautotrophically, it is possible to increase the production amount of microalgae compared to culturing microalgae heterotrophically.

次に、図3のステップS5に進んで、現在の時間Tnの次の時間Tn+1が培養計画において従属栄養に設定されているか否かを確認する。ステップS5で、次の時間Tn+1が従属栄養に設定されていない(光独立栄養に設定されている)ことを確認した場合(ステップS5:NO)には、ステップS3に戻って培養工程を続ける。 Next, proceed to step S5 in FIG. 3 to check whether the next time Tn+1 after the current time Tn is set to heterotrophy in the culture plan. If it is confirmed in step S5 that the next time Tn+1 is not set to heterotrophy (is set to photoautotrophy) (step S5: NO), return to step S3 to continue the culture process.

ステップS5で、次の時間Tn+1が従属栄養に設定されていることを確認した場合(ステップS5:YES)には、図3のステップS6に進む。ステップS6では、現時刻から次の時間Tn+1に達するまでの残り時間Txを求める。 If it is confirmed in step S5 that the next time Tn+1 is set to heterotrophy (step S5: YES), proceed to step S6 in FIG. 3. In step S6, the remaining time Tx from the current time until the next time Tn+1 is calculated.

次に、図3のステップS7に進む、ステップS7では、残り時間Txがガス猶予時間Tc1に達しているか否かを判定する。ここで、図4Aに示すように、培養槽12へのガスの供給を停止した場合、ガスの供給を停止した状態での経過時間が長くなるほど、培養液に溶存しているガスの濃度(溶存無機炭素量)は減少する。これは、例えば、微細藻により溶存無機炭素が消費されるためである。ガス猶予時間Tc1は、培養槽12へのガスの供給を停止してから、溶存無機炭素量が、微細藻が光独立栄養を行うために必要な溶存無機炭素量の下限値に達するまでの時間である。 Next, proceed to step S7 in FIG. 3. In step S7, it is determined whether the remaining time Tx has reached the gas grace period Tc1. Here, as shown in FIG. 4A, when the supply of gas to the culture tank 12 is stopped, the concentration of gas dissolved in the culture solution (amount of dissolved inorganic carbon) decreases as the time that elapses with the gas supply stopped increases. This is because, for example, the dissolved inorganic carbon is consumed by the microalgae. The gas grace period Tc1 is the time from when the supply of gas to the culture tank 12 is stopped until the amount of dissolved inorganic carbon reaches the lower limit of the amount of dissolved inorganic carbon required for the microalgae to perform photoautotrophy.

このため、培養工程では、例えば、光独立栄養から従属栄養へと栄養形式を切り替える場合、培養槽12へのガスの供給を停止してから、ガス猶予時間Tc1が経過する前に、培養槽12への有機物の供給を開始することが好ましい。これにより、微細藻が光独立栄養及び従属栄養の何れも行うことができない時間が生じることを回避できる。ひいては、微細藻の生産量を高めることができる。 For this reason, in the culture process, for example, when switching the nutritional form from photoautotrophy to heterotrophy, it is preferable to stop the supply of gas to the culture tank 12 and then start the supply of organic matter to the culture tank 12 before the gas grace period Tc1 has elapsed. This makes it possible to avoid a time when the microalgae cannot perform either photoautotrophy or heterotrophy. This in turn makes it possible to increase the production amount of microalgae.

また、残り時間Txが、ガス猶予時間Tc1に達した時点で、ガスの供給を停止し、且つ有機物の供給を開始する。これにより、その後、次の時間Tn+1に達したときに、速やかに従属栄養に移行することが可能になる。このように予めガス及び有機物の供給を切り替えておくことで、次の時間Tn+1に達したときに、培養液中のガスの量及び有機物の量の各々を従属栄養に適した値へと導き易い。一方、残り時間Txが、ガス猶予時間Tc1に達するまでは、ガス及び有機物の供給を切り替えずに維持することで、現在の時間Tnにおける光独立栄養による培養が妨げられることを回避できる。 When the remaining time Tx reaches the gas grace period Tc1, the gas supply is stopped and the organic matter supply is started. This makes it possible to quickly transition to heterotrophy when the next time Tn+1 is reached. By switching the gas and organic matter supply in advance in this way, it is easier to bring the amount of gas and the amount of organic matter in the culture solution to values suitable for heterotrophy when the next time Tn+1 is reached. On the other hand, by maintaining the gas and organic matter supply without switching until the remaining time Tx reaches the gas grace period Tc1, it is possible to avoid interfering with photoautotrophic cultivation at the current time Tn.

そこで、図3のステップS7で、残り時間Txが、ガス猶予時間Tc1より長いと判定した場合(ステップS7:NO)には、残り時間Txが、ガス猶予時間Tc1に達するまで、ステップS6及びステップS7の処理を繰り返す。 Therefore, if it is determined in step S7 of FIG. 3 that the remaining time Tx is longer than the gas grace period Tc1 (step S7: NO), the processes of steps S6 and S7 are repeated until the remaining time Tx reaches the gas grace period Tc1.

ステップS7で、残り時間Txが、ガス猶予時間Tc1に達していると判定した場合(ステップS7:YES)には、図3のステップS8に進む。ステップS8では、ガス供給部16から分配部20を介した培養槽12へのガス供給を停止する。また、有機物供給部18から分配部20を介した培養槽12への有機物供給を開始する。その結果、従属栄養による培養に切り替えられる。 If it is determined in step S7 that the remaining time Tx has reached the gas grace period Tc1 (step S7: YES), the process proceeds to step S8 in FIG. 3. In step S8, gas supply from the gas supply unit 16 to the culture tank 12 via the distribution unit 20 is stopped. Also, organic matter supply from the organic matter supply unit 18 to the culture tank 12 via the distribution unit 20 is started. As a result, the culture is switched to heterotrophic culture.

なお、従属栄養により微細藻を培養する場合、培養槽12に、日射を遮るための遮蔽部(不図示)を設けてもよい。これにより、微細藻に光が供給されることを回避できる。その結果、一層良好に従属栄養による微細藻の培養を行うことが可能になる。 When culturing microalgae heterotrophically, a shielding section (not shown) for blocking sunlight may be provided in the culture tank 12. This prevents light from being supplied to the microalgae. As a result, it becomes possible to more effectively cultivate the microalgae heterotrophically.

培養計画において従属栄養に設定されている時間は、微細藻への日射量が日射基準値P以下となっている。このため、従属栄養により微細藻を培養することで、光独立栄養により微細藻を培養する場合に比べて微細藻の生産量を増やすことができる。ステップS8の処理の後は、ステップS3に戻って培養工程を続ける。 During the time set for heterotrophy in the cultivation plan, the amount of solar radiation on the microalgae is equal to or less than the solar radiation reference value P. Therefore, by culturing the microalgae heterotrophically, the production amount of the microalgae can be increased compared to culturing the microalgae photoautotrophically. After the processing of step S8, the process returns to step S3 to continue the cultivation process.

ステップS3で、現在の時間Tnが、光独立栄養に設定されていないこと(従属栄養に設定されていること)を確認した場合(ステップS3:NO)には、図3のステップS9に進む。ステップS9では、有機物供給部18から分配部20を介して培養槽12に有機物を供給する。なお、このとき、培養槽12へのガス供給は停止している。その結果、従属栄養により微細藻が培養される。 If it is confirmed in step S3 that the current time Tn is not set to photoautotrophy (is set to heterotrophy) (step S3: NO), the process proceeds to step S9 in FIG. 3. In step S9, organic matter is supplied from the organic matter supply unit 18 to the culture tank 12 via the distribution unit 20. At this time, gas supply to the culture tank 12 is stopped. As a result, the microalgae are cultivated by heterotrophy.

培養計画において現在の時間Tnが従属栄養に設定されている場合、微細藻への日射量は、日射基準値P以下である。このため、従属栄養により微細藻を培養することで、光独立栄養により微細藻を培養する場合に比べて微細藻の生産量を増やすことができる。 When the current time Tn is set to heterotrophy in the cultivation plan, the amount of solar radiation on the microalgae is equal to or less than the solar radiation reference value P. Therefore, by culturing the microalgae heterotrophically, the production amount of the microalgae can be increased compared to culturing the microalgae photoautotrophically.

次に、図3のステップS10に進んで、現在の時間Tnの次の時間Tn+1が培養計画において光独立栄養に設定されているか否かを確認する。ステップS10で、次の時間Tn+1が光独立栄養に設定されていない(従属栄養に設定されている)ことを確認した場合(ステップS10:NO)には、ステップS3に戻って培養工程を続ける。 Next, proceed to step S10 in FIG. 3 to check whether the next time Tn+1 after the current time Tn is set to photoautotrophy in the culture plan. If it is confirmed in step S10 that the next time Tn+1 is not set to photoautotrophy (is set to heterotrophy) (step S10: NO), return to step S3 to continue the culture process.

ステップS10で、次の時間Tn+1が光独立栄養に設定されていることを確認した場合(ステップS10:YES)には、図3のステップS11に進む。ステップS11では、現時刻から次の時間Tn+1に達するまでの残り時間Txを求める。 If it is confirmed in step S10 that the next time Tn+1 is set to photoautotrophy (step S10: YES), proceed to step S11 in FIG. 3. In step S11, the remaining time Tx from the current time until the next time Tn+1 is calculated.

次に、図3のステップS12に進む。ステップS12では、残り時間Txが有機物猶予時間Tc2に達しているか否かを判定する。ここで、図4Bに示すように、培養槽12への有機物の供給を停止した場合、有機物の供給を停止した状態での経過時間が長くなるほど、培養液中の有機物の量は減少する。これは、例えば、微細藻により有機物が消費されるためである。有機物猶予時間Tc2は、培養槽12への有機物の供給を停止してから、培養液中の有機物の量が、微細藻が従属栄養を行うために必要な有機物量の下限値に達するまでの時間である。 Next, proceed to step S12 in FIG. 3. In step S12, it is determined whether the remaining time Tx has reached the organic matter grace period Tc2. Here, as shown in FIG. 4B, when the supply of organic matter to the culture tank 12 is stopped, the amount of organic matter in the culture solution decreases the longer the time that the supply of organic matter is stopped. This is because, for example, the organic matter is consumed by the microalgae. The organic matter grace period Tc2 is the time from when the supply of organic matter to the culture tank 12 is stopped until the amount of organic matter in the culture solution reaches the lower limit of the amount of organic matter required for the microalgae to perform heterotrophy.

このため、培養工程では、例えば、従属栄養から光独立栄養へと栄養形式を切り替える場合、培養槽12への有機物の供給を停止してから、有機物猶予時間Tc2が経過する前に、培養槽12へのガスの供給を開始することが好ましい。これにより、微細藻が従属栄養及び光独立栄養の何れも行うことができない時間が生じることを回避できる。ひいては、微細藻の生産量を高めることができる。 For this reason, in the culture process, for example, when switching the nutritional form from heterotrophy to photoautotrophy, it is preferable to stop the supply of organic matter to the culture tank 12 and then start the supply of gas to the culture tank 12 before the organic matter grace period Tc2 has elapsed. This makes it possible to avoid a time during which the microalgae cannot perform either heterotrophy or photoautotrophy. This in turn makes it possible to increase the production amount of microalgae.

また、残り時間Txが、有機物猶予時間Tc2に達した時点で、有機物の供給を停止し、且つガスの供給を開始する。これにより、その後、次の時間Tn+1に達したときに、速やかに光独立栄養に移行することが可能になる。このように予めガス及び有機物の供給を切り替えておくことで、次の時間Tn+1に達したときに、培養液中のガスの量及び有機物の量の各々を光独立栄養に適した値へと導き易い。一方、残り時間Txが、有機物猶予時間Tc2に達するまでは、ガス及び有機物の供給を切り替えずに維持することで、現在の時間Tnにおける従属栄養による培養が妨げられることを回避できる。 Furthermore, when the remaining time Tx reaches the organic matter grace period Tc2, the supply of organic matter is stopped and the supply of gas is started. This makes it possible to quickly transition to photoautotrophy when the next time Tn+1 is reached. By switching the supply of gas and organic matter in advance in this way, it is easier to bring the amount of gas and the amount of organic matter in the culture solution to values suitable for photoautotrophy when the next time Tn+1 is reached. On the other hand, by maintaining the supply of gas and organic matter without switching until the remaining time Tx reaches the organic matter grace period Tc2, it is possible to avoid interfering with heterotrophic cultivation at the current time Tn.

そこで、図3のステップS12で、残り時間Txが、有機物猶予時間Tc2より長いと判定した場合(ステップS12:NO)には、残り時間Txが、有機物猶予時間Tc2に達するまで、ステップS11及びステップS12の処理を繰り返す。 Therefore, if it is determined in step S12 of FIG. 3 that the remaining time Tx is longer than the organic matter grace period Tc2 (step S12: NO), the processes of steps S11 and S12 are repeated until the remaining time Tx reaches the organic matter grace period Tc2.

ステップS12で、残り時間Txが、有機物猶予時間Tc2に達していると判定した場合(ステップS12:YES)には、図3のステップS13に進む。ステップS13では、有機物供給部18から分配部20を介した培養槽12への有機物供給を停止する。また、ガス供給部16から分配部20を介した培養槽12へのガス供給を開始する。その結果、光独立栄養による培養に切り替えられる。 If it is determined in step S12 that the remaining time Tx has reached the organic matter grace period Tc2 (step S12: YES), the process proceeds to step S13 in FIG. 3. In step S13, the supply of organic matter from the organic matter supply unit 18 to the culture tank 12 via the distribution unit 20 is stopped. Also, gas supply from the gas supply unit 16 to the culture tank 12 via the distribution unit 20 is started. As a result, the culture is switched to photoautotrophic culture.

培養計画において光独立栄養に設定されている時間は、微細藻への日射量が日射基準値Pを超えている。このため、光独立栄養により微細藻を培養することで、従属栄養により微細藻を培養する場合に比べて微細藻の生産量を増やすことができる。ステップS13の処理の後は、ステップS3以降の処理を繰り返す。 During the time set for photoautotrophy in the cultivation plan, the amount of sunlight reaching the microalgae exceeds the standard sunlight value P. Therefore, by culturing the microalgae photoautotrophically, the production volume of the microalgae can be increased compared to culturing the microalgae heterotrophically. After the processing of step S13, the processing from step S3 onwards is repeated.

上記の培養工程において、培養計画により設定した時間T1~T48が経過するまで微細藻の培養を行った後、本実施形態に係るフローチャートは終了する。なお、時間T1~T48が経過するまで微細藻の培養を行った後、培養工程を終えて、培養槽12から培養液とともに微細藻を回収してもよい。この場合、微細藻と培養液とを分離することで培養した微細藻を得ることができる。 In the above culture process, the microalgae are cultured until the times T1 to T48 set in the culture plan have elapsed, and then the flowchart according to this embodiment ends. Note that after the microalgae are cultured until the times T1 to T48 have elapsed, the culture process may be ended and the microalgae may be collected together with the culture liquid from the culture tank 12. In this case, the cultured microalgae can be obtained by separating the microalgae from the culture liquid.

また、時間T1~T48が経過するまで微細藻の培養を行った後は、再び、ステップS1の予測値取得工程及びステップS2の設定工程を行ってもよい。この場合、新たに作成された培養計画に基づいて、培養工程を継続する。このようにして微細藻を培養することにより、培養槽12内で十分に微細藻を増殖させた後、培養槽12の内部から培養液とともに微細藻を回収する。そして、微細藻と培養液とを分離することで培養した微細藻を得ることができる。 After culturing the microalgae for times T1 to T48, the predicted value acquisition process of step S1 and the setting process of step S2 may be performed again. In this case, the culturing process is continued based on the newly created culturing plan. By culturing the microalgae in this manner, the microalgae are sufficiently proliferated in the culture tank 12, and then the microalgae are collected together with the culture fluid from inside the culture tank 12. The cultured microalgae can then be obtained by separating the microalgae from the culture fluid.

以上から、本実施形態に係る培養装置10及び培養方法では、培養環境に合わせて微細藻の栄養形式を設定することができる。このため、例えば、培養環境が光独立栄養での培養に適した条件にあるとき、光独立栄養により微細藻を培養することができる。また、培養環境が従属栄養での培養に適した条件にあるとき、従属栄養により微細藻を培養することができる。このように、培養環境に合わせた栄養形式で微細藻を培養することにより、微細藻の生産量を良好に高めることができる。 As described above, in the culture device 10 and culture method according to this embodiment, the nutritional form of the microalgae can be set to match the culture environment. Therefore, for example, when the culture environment is in a condition suitable for photoautotrophic culture, the microalgae can be cultured photoautotrophically. Also, when the culture environment is in a condition suitable for heterotrophic culture, the microalgae can be cultured heterotrophically. In this way, by culturing the microalgae in a nutritional form that matches the culture environment, the production volume of the microalgae can be increased effectively.

上記の実施形態に係る培養方法において、設定工程では、培養環境として、微細藻に照射される日射量に合わせて栄養形式を設定し、日射量が日射基準値Pを超えるとき、光独立栄養を選択し、日射量が日射基準値P以下であるとき、従属栄養を選択する。 In the culture method according to the above embodiment, in the setting process, the nutrition type is set according to the amount of solar radiation irradiated to the microalgae as the culture environment, and when the amount of solar radiation exceeds the solar radiation reference value P, photoautotrophy is selected, and when the amount of solar radiation is equal to or less than the solar radiation reference value P, heterotrophy is selected.

上記の実施形態に係る培養装置10において、培養槽12は、太陽光を受光可能に設置され、設定部22は、培養環境として、微細藻に照射される日射量に合わせて栄養形式を設定し、設定部22は、日射量が日射基準値Pを超えるとき、光独立栄養を設定し、設定部22は、日射量が日射基準値P以下であるとき、従属栄養を設定する。 In the culture device 10 according to the above embodiment, the culture tank 12 is installed so that it can receive sunlight, and the setting unit 22 sets the nutrition type according to the amount of solar radiation irradiated to the microalgae as the culture environment, and when the amount of solar radiation exceeds the solar radiation reference value P, the setting unit 22 sets photoautotrophy, and when the amount of solar radiation is equal to or less than the solar radiation reference value P, the setting unit 22 sets heterotrophy.

これらの場合、培養時の日射量に合わせて、微細藻の生産量がより高い栄養形式を設定することができる。このため、微細藻の生産量を良好に高めることができる。 In these cases, the nutritional form that produces the highest amount of microalgae can be set according to the amount of sunlight during cultivation. This allows the production of microalgae to be increased effectively.

上記の実施形態に係る培養方法において、設定工程の前に、微細藻の培養時の日射量を予測した日射量予測値を取得する予測値取得工程を有し、設定工程では、日射量予測値に基づいて栄養形式を設定する。 In the culture method according to the above embodiment, a predicted value acquisition step is performed before the setting step to acquire a predicted solar radiation value that predicts the amount of solar radiation during the culture of the microalgae, and in the setting step, the nutrient form is set based on the predicted solar radiation value.

上記の実施形態に係る培養装置10において、微細藻の培養時の日射量を予測した日射量予測値を取得する予測値取得部24を備え、設定部22は、日射量予測値に基づいて栄養形式を設定する。 The culture device 10 according to the above embodiment is provided with a predicted value acquisition unit 24 that acquires a predicted solar radiation value that predicts the amount of solar radiation during the culture of microalgae, and the setting unit 22 sets the nutrient type based on the predicted solar radiation value.

これらの場合、例えば、現在の時間Tnの次の時間Tn+1となる前に、次の時間Tn+1で設定されている栄養形式に移行する準備を行うことができる。このため、栄養形式の切り替を円滑に行うことが可能になる。その結果、微細藻の生産量を良好に高めることができる。 In these cases, for example, before the time Tn+1 following the current time Tn, preparations can be made to switch to the nutrient form set for the next time Tn+1. This makes it possible to smoothly switch nutrient forms. As a result, the production volume of microalgae can be increased satisfactorily.

上記の実施形態に係る培養方法において、培養工程で微細藻に供給するガスは、工場から排出される排ガスであり、培養工程で微細藻に供給する有機物は、排水設備から排出される排水に含まれる。 In the culture method according to the above embodiment, the gas supplied to the microalgae in the culture process is exhaust gas discharged from the factory, and the organic matter supplied to the microalgae in the culture process is contained in the wastewater discharged from the drainage facility.

上記の実施形態に係る培養装置10において、ガス供給部16は、工場から排出される排ガスをガスとして培養槽12に供給し、有機物供給部18は、排水設備から排出される排水に含まれる有機物を培養槽12に供給する。 In the culture device 10 according to the above embodiment, the gas supply unit 16 supplies exhaust gas discharged from the factory as gas to the culture tank 12, and the organic matter supply unit 18 supplies organic matter contained in wastewater discharged from the drainage facility to the culture tank 12.

工場の排ガスを培養槽12に供給し、排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを微細藻の培養に利用する。これにより、排ガス中の二酸化炭素ガスが大気に直接排気されることを抑制できる。この場合、排ガス中の二酸化炭素ガスの処理が容易になる。ひいては、地球温暖化対策に貢献することが可能になる。 Factory exhaust gas is supplied to the culture tank 12, and the carbon dioxide gas contained in the exhaust gas is used to cultivate microalgae. This prevents the carbon dioxide gas in the exhaust gas from being directly released into the atmosphere. In this case, it becomes easier to process the carbon dioxide gas in the exhaust gas. This in turn makes it possible to contribute to measures against global warming.

また、排水設備の排水に含まれる有機物を培養槽12に供給し、当該有機物を微細藻の培養に利用する。これにより、排水中の有機物の処理が容易になる。ひいては、水環境保全に貢献することが可能になる。 In addition, organic matter contained in the wastewater from the drainage system is supplied to the culture tank 12 and used to cultivate microalgae. This makes it easier to treat the organic matter in the wastewater, which in turn contributes to the conservation of the water environment.

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations may be adopted without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記の実施形態に係る培養装置10は、予測値取得部24を備え、設定部22では、予測値取得部24で取得された日射量予測値に基づいて栄養形式を設定する。しかしながら、設定部22は、日射量予測値に代えて、例えば、日射量測定値Drと、日射基準値Pとを比較して栄養形式を設定してもよい。日射量測定値Drは、例えば、培養槽12に設けられた不図示の日射量センサ(日射量測定部)によってリアルタイムに測定された培養時の日射量である。 For example, the culture device 10 according to the above embodiment includes a predicted value acquisition unit 24, and the setting unit 22 sets the nutrient format based on the predicted solar radiation value acquired by the predicted value acquisition unit 24. However, instead of the predicted solar radiation value, the setting unit 22 may set the nutrient format by, for example, comparing the measured solar radiation value Dr with the solar radiation reference value P. The measured solar radiation value Dr is, for example, the amount of solar radiation during culture measured in real time by a solar radiation sensor (solar radiation measurement unit) (not shown) provided in the culture tank 12.

また、上記の実施形態に係る培養方法の設定工程では、日射量予測値に基づいて栄養形式を設定する。しかしながら、設定工程では、日射量測定値Drに基づいて栄養形式を設定してもよい。この場合、例えば、培養工程は、予測値取得工程に代えて、日射量測定工程を有してもよい。 In addition, in the setting process of the culture method according to the above embodiment, the nutrition type is set based on the predicted solar radiation value. However, in the setting process, the nutrition type may be set based on the measured solar radiation value Dr. In this case, for example, the culture process may include a solar radiation measurement process instead of a predicted value acquisition process.

つまり、変形例に係る培養方法では、例えば、図5のフローチャートに示すように、先ず、日射量測定工程を行う。日射量測定工程では、培養時の日射量を測定して、日射量測定値Drを取得する(図5のステップS20)。 In other words, in the culture method according to the modified example, for example, as shown in the flowchart of FIG. 5, a solar radiation measurement step is first performed. In the solar radiation measurement step, the amount of solar radiation during culture is measured to obtain a solar radiation measurement value Dr (step S20 in FIG. 5).

次に、設定工程を行う。設定工程では、日射量測定値Drが日射基準値Pを超えているか否かを判定する(図5のステップS21)。ステップS21で、日射量測定値Drが日射基準値Pを超えていると判定した場合(ステップS21:YES)には、図5のステップS22に進んで光独立栄養を設定する。 Next, a setting process is performed. In the setting process, it is determined whether the measured solar radiation amount Dr exceeds the solar radiation reference value P (step S21 in FIG. 5). If it is determined in step S21 that the measured solar radiation amount Dr exceeds the solar radiation reference value P (step S21: YES), the process proceeds to step S22 in FIG. 5 to set photoautotrophy.

次に、図5のステップS23に進んで培養工程を行う。培養工程では、ガス供給部16から分配部20を介して培養槽12にガスを供給する。なお、このとき、培養槽12への有機物供給は停止している。その結果、光独立栄養により微細藻が培養される。 Next, proceed to step S23 in FIG. 5 to perform the culture process. In the culture process, gas is supplied from the gas supply unit 16 to the culture tank 12 via the distribution unit 20. At this time, the supply of organic matter to the culture tank 12 is stopped. As a result, the microalgae are cultured by photoautotrophy.

ステップS21で、日射量測定値Drが日射基準値P以下であると判定した場合(ステップS21:NO)には、図5のステップS24に進んで従属栄養を設定する。 If it is determined in step S21 that the measured solar radiation value Dr is equal to or less than the solar radiation reference value P (step S21: NO), the process proceeds to step S24 in FIG. 5 to set heterotrophy.

次に図5のステップS25に進んで培養工程を行う。培養工程では、有機物供給部18から分配部20を介して培養槽12に有機物を供給する。なお、このとき、培養槽12へのガス供給は停止している。その結果、従属栄養により微細藻が培養される。 Then, proceed to step S25 in FIG. 5 to perform the culture process. In the culture process, organic matter is supplied from the organic matter supply unit 18 to the culture tank 12 via the distribution unit 20. At this time, gas supply to the culture tank 12 is stopped. As a result, the microalgae are cultured by heterotrophy.

ステップS23又はステップS25の処理が終わった後は、再びステップS20に戻って、日射量測定工程を行う。このようにして微細藻を培養することにより、培養槽12内で十分に微細藻を増殖させた後、培養槽12の内部から培養液とともに微細藻を回収する。そして、微細藻と培養液とを分離することで培養した微細藻を得ることができる。 After the processing of step S23 or step S25 is completed, the process returns to step S20 and the solar radiation measurement process is performed. By culturing the microalgae in this manner, the microalgae are sufficiently grown in the culture tank 12, and then the microalgae are collected together with the culture liquid from inside the culture tank 12. The cultured microalgae can then be obtained by separating the microalgae from the culture liquid.

以上から、変形例に係る培養装置10及び培養方法では、実際の培養時の日射量である日射量測定値Drに合わせて、微細藻の生産量がより高い栄養形式を設定することができる。このため、微細藻の生産量を良好に高めることができる。 From the above, in the culture device 10 and culture method according to the modified example, the nutritional form that produces a higher production volume of microalgae can be set according to the measured solar radiation value Dr, which is the amount of solar radiation actually used during culture. This makes it possible to effectively increase the production volume of microalgae.

培養装置10は、予測値取得部24と、日射量センサ(日射量測定部)との両方を備えてもよい。この場合、設定部22は、上記のように培養計画を作成した上で、日射量測定値Drを用いて培養計画を修正することが好ましい。 The culture device 10 may include both a predicted value acquisition unit 24 and a solar radiation sensor (sun radiation measurement unit). In this case, it is preferable that the setting unit 22 creates a culture plan as described above and then modifies the culture plan using the measured solar radiation value Dr.

上記の実施形態に係る培養装置10の設定部22は、培養環境として、日射量に合わせて栄養形式を設定した。また、上記の実施形態に係る培養方法の設定工程では、培養環境として、日射量に合わせて栄養形式を設定した。しかしながら、これらには限定されない。 The setting unit 22 of the culture device 10 according to the above embodiment sets the nutrient type according to the amount of solar radiation as the culture environment. Also, in the setting process of the culture method according to the above embodiment, the nutrient type is set according to the amount of solar radiation as the culture environment. However, the present invention is not limited to these.

培養装置10の設定部22は、培養環境として、工場から排出される排ガスの排出量と、排水設備から排出される排水の排水量との少なくとも何れか一方に合わせて栄養形式を設定してもよい。 The setting unit 22 of the culture device 10 may set the nutrient type according to at least one of the amount of exhaust gas discharged from the factory and the amount of wastewater discharged from the drainage facility as the culture environment.

培養方法の設定工程では、培養環境として、工場から排出される排ガスの排出量と、排水設備から排出される排水の排水量との少なくとも何れか一方に合わせて栄養形式を設定してもよい。 In the process of setting the culture method, the nutrient form may be set according to at least one of the amount of exhaust gas discharged from the factory and the amount of wastewater discharged from the drainage facility as the culture environment.

設定部22は、例えば、工場の稼働状況に応じて、排ガスの量と、排ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度との少なくとも何れか一方が増大したとき、光独立栄養を設定する。具体的には、二酸化炭素ガス検出部34により検出された二酸化炭素ガスの濃度がガス基準値を超えた場合に、光独立栄養を設定する。これにより、排ガス中の二酸化炭素ガスを、微細藻の培養に積極的に利用することができる。その結果、微細藻の生産量を高めることができる。また、排ガス中の二酸化炭素ガスの処理を容易にして、地球温暖化対策に貢献することが可能になる。 The setting unit 22 sets photoautotrophy when at least one of the amount of exhaust gas and the concentration of carbon dioxide gas contained in the exhaust gas increases, for example, depending on the operating conditions of the factory. Specifically, photoautotrophy is set when the concentration of carbon dioxide gas detected by the carbon dioxide gas detection unit 34 exceeds the gas standard value. This allows the carbon dioxide gas in the exhaust gas to be actively used for culturing microalgae. As a result, the production volume of microalgae can be increased. In addition, it is possible to contribute to measures against global warming by making it easier to process the carbon dioxide gas in the exhaust gas.

設定部22は、例えば、排水設備の稼働状況に応じて、排水の量と、排水に含まれる有機物の量との少なくとも何れか一方が増大したとき、従属栄養を設定する。具体的には、流路内有機物量検出部36により検出された有機物量が有機物基準値を超えた場合に、従属栄養を設定する。これにより、排水中の有機物を、微細藻の培養に積極的に利用することができる。その結果、微細藻の生産量を高めることができる。また、排水中の有機物の処理を容易にして、水環境保全に貢献することが可能になる。 The setting unit 22 sets heterotrophy when at least one of the amount of wastewater and the amount of organic matter contained in the wastewater increases, for example, depending on the operating status of the drainage equipment. Specifically, heterotrophy is set when the amount of organic matter detected by the organic matter amount detection unit 36 in the flow path exceeds the organic matter standard value. This allows the organic matter in the wastewater to be actively used for cultivating microalgae. As a result, the production volume of microalgae can be increased. In addition, it is possible to contribute to the conservation of the water environment by making it easier to treat the organic matter in the wastewater.

なお、設定部22は、日射量と、工場から排出される排ガスの排出量と、排水設備から排出される排水の排水量とから選択される2つ以上を組み合わせた培養環境に合わせて栄養形式を設定することも可能である。例えば、設定部22は、培養時の日射量予測値又は日射量測定値が日射基準値Pよりも大きく、且つ流路内有機物量検出部36により検出された有機物量が有機物基準値を超えるとき、光独立栄養と従属栄養との両方を設定してもよい。この場合、培養槽12には、ガス供給部16からガスが供給されるとともに、有機物供給部18から有機物が供給される。その結果、微細藻の生産量を良好に高めることができる。また、排ガス中の二酸化炭素ガスの処理を容易にすることができる。さらに、排水中の有機物の処理を容易にすることができる。 The setting unit 22 can also set the nutrition type according to the culture environment that combines two or more selected from the amount of solar radiation, the amount of exhaust gas discharged from the factory, and the amount of wastewater discharged from the drainage facility. For example, the setting unit 22 may set both photoautotrophy and heterotrophy when the predicted value of the amount of solar radiation or the measured value of solar radiation during culture is greater than the solar radiation reference value P and the amount of organic matter detected by the organic matter amount detection unit 36 in the flow path exceeds the organic matter reference value. In this case, gas is supplied to the culture tank 12 from the gas supply unit 16, and organic matter is supplied from the organic matter supply unit 18. As a result, the production amount of microalgae can be improved. In addition, the carbon dioxide gas in the exhaust gas can be easily treated. Furthermore, the organic matter in the wastewater can be easily treated.

上記の実施形態では、培養槽12は、太陽光を受光可能に設置されることとした。しかしながら、上記の通り、培養環境として、工場から排出される排ガスの排出量と、排水設備から排出される排水の排水量との少なくとも何れか一方に合わせて栄養形式を設定する場合、培養槽12は太陽光を受光可能でなくてもよい。培養槽12は、太陽光に代えて、微細藻の成長に必要な波長(例えば、340~700nm)の人工光を受光可能に設置されてもよい。この場合、例えば、設定部22により、光独立栄養を設定した場合に、培養槽12に人工光を照射する。一方、設定部22により、従属栄養を設定した場合には、培養槽12への人工光の照射を停止する。 In the above embodiment, the culture tank 12 is installed so that it can receive sunlight. However, as described above, when the nutrient type is set according to at least one of the amount of exhaust gas discharged from the factory and the amount of wastewater discharged from the drainage facility as the culture environment, the culture tank 12 does not need to be able to receive sunlight. The culture tank 12 may be installed so that it can receive artificial light of a wavelength (e.g., 340 to 700 nm) required for the growth of microalgae instead of sunlight. In this case, for example, when photoautotrophy is set by the setting unit 22, artificial light is irradiated to the culture tank 12. On the other hand, when heterotrophy is set by the setting unit 22, irradiation of artificial light to the culture tank 12 is stopped.

ガス供給部16は、工場から排出される排ガスを培養槽12に供給することには限定されない。ガス供給部16は、工場から排出される排ガス以外のガスを培養槽12に供給してもよい。有機物供給部18は、排水設備から排出される排水に含まれる有機物を培養槽12に供給することには限定されない。有機物供給部18は、排水設備から排出される排水に含まれる有機物以外の有機物を培養槽12に供給してもよい。 The gas supply unit 16 is not limited to supplying exhaust gas discharged from a factory to the culture tank 12. The gas supply unit 16 may supply gas other than exhaust gas discharged from a factory to the culture tank 12. The organic matter supply unit 18 is not limited to supplying organic matter contained in wastewater discharged from a drainage facility to the culture tank 12. The organic matter supply unit 18 may supply organic matter other than organic matter contained in wastewater discharged from a drainage facility to the culture tank 12.

10…培養装置 12…培養槽
16…ガス供給部 18…有機物供給部
22…設定部 24…予測値取得部
P…日射基準値
10: Culture device 12: Culture tank 16: Gas supply unit 18: Organic matter supply unit 22: Setting unit 24: Predicted value acquisition unit P: Solar radiation reference value

Claims (4)

変化する培養環境下で微細藻を培養する培養方法であって、
前記微細藻に照射される日射量に合わせて、前記微細藻の栄養形式を設定する設定工程と、
前記設定工程で設定した前記栄養形式で前記微細藻を培養する培養工程と、
前記設定工程の前に、前記微細藻の培養時の前記日射量を予測した日射量予測値を取得する予測値取得工程と、
を有し、
前記予測値取得工程では、前記微細藻を培養する所定期間を所定時間ごとに区分した区分時間の各々について前記日射量予測値を取得し、
前記設定工程では、前記日射量予測値に基づいて、前記区分時間の各々について前記栄養形式を設定した培養計画を作成し、
前記設定工程では、前記日射量予測値が日射基準値を超える前記区分時間については光独立栄養を設定し、前記日射量予測値が前記日射基準値以下である前記区分時間については従属栄養を設定し、
前記設定工程で前記光独立栄養を設定した場合、前記培養工程では、培養液及び前記微細藻を収容した培養槽に二酸化炭素を含むガスと、光と、を供給し、
前記設定工程で前記従属栄養を設定した場合、前記培養工程では、前記培養槽に有機物を供給
前記培養工程では、
前記光独立栄養から前記従属栄養へと前記栄養形式を切り替える場合、現時刻から前記培養計画における次の区分時間(Tn+1)に達するまでの残り時間(Tx)がガス猶予時間(Tc1)に達したときに、前記培養槽への前記ガスの供給を停止するとともに前記培養槽への前記有機物の供給を開始し、
前記従属栄養から前記光独立栄養へと前記栄養形式を切り替える場合、現時刻から前記培養計画における次の区分時間に達するまでの残り時間が有機物猶予時間(Tc2)に達したときに、前記培養槽への前記有機物の供給を停止するとともに前記培養槽への前記ガスの供給を開始し、
前記ガス猶予時間は、前記培養槽への前記ガスの供給を停止してから、前記培養液に溶存している前記ガスの濃度が、前記微細藻が前記光独立栄養を行うために必要な濃度下限値に達するまでの時間であり、
前記有機物猶予時間は、前記培養槽への前記有機物の供給を停止してから、前記培養液中の前記有機物の量が、前記微細藻が前記従属栄養を行うために必要な有機物量下限値に達するまでの時間である、培養方法。
A culture method for culturing microalgae under a changing culture environment, comprising:
A setting step of setting the nutritional form of the microalgae according to the amount of solar radiation irradiated to the microalgae ;
A culture process for culturing the microalgae in the nutritional form set in the setting process;
A predicted value acquisition step of acquiring a predicted solar radiation amount value that predicts the solar radiation amount during the cultivation of the microalgae, prior to the setting step;
having
In the predicted value acquisition step, the solar radiation predicted value is acquired for each of the time periods obtained by dividing a predetermined period for culturing the microalgae into predetermined time periods,
In the setting step, a culture plan is created in which the nutrient form is set for each of the time segments based on the predicted solar radiation value,
In the setting step, photoautotrophy is set for the time period in which the predicted solar radiation amount exceeds a solar radiation reference value, and heterotrophy is set for the time period in which the predicted solar radiation amount is equal to or less than the solar radiation reference value.
When the photoautotrophy is set in the setting step, in the culturing step, a gas containing carbon dioxide and light are supplied to the culture tank containing the culture solution and the microalgae,
When the heterotrophic culture is set in the setting step, the culture step includes supplying organic matter to the culture tank ,
In the culturing step,
When switching the nutritional form from photoautotrophy to heterotrophy, when the remaining time (Tx) from the current time to the next division time (Tn+1) in the culture plan reaches the gas grace time (Tc1), the supply of the gas to the culture tank is stopped and the supply of the organic matter to the culture tank is started.
When switching the nutritional form from heterotrophy to photoautotrophy, when the remaining time from the current time to the next division time in the culture plan reaches the organic matter grace time (Tc2), the supply of the organic matter to the culture tank is stopped and the supply of the gas to the culture tank is started,
The gas grace period is the time from when the supply of the gas to the culture tank is stopped until the concentration of the gas dissolved in the culture solution reaches a lower limit concentration required for the microalgae to perform the photoautotrophy,
The organic matter grace period is the time from when the supply of the organic matter to the culture tank is stopped to when the amount of the organic matter in the culture solution reaches a lower limit of the amount of organic matter required for the microalgae to perform the heterotrophic process.
請求項1記載の培養方法において、
前記培養工程で前記微細藻に供給する前記ガスは、工場から排出される排ガスであり、
前記培養工程で前記微細藻に供給する前記有機物は、排水設備から排出される排水に含まれる、培養方法。
The culture method according to claim 1 ,
The gas supplied to the microalgae in the culture process is exhaust gas discharged from a factory,
The culture method, wherein the organic matter supplied to the microalgae in the culture step is contained in wastewater discharged from a drainage facility.
変化する培養環境下で微細藻を培養する培養装置であって、
太陽光を受光可能に設置され、前記微細藻及び培養液を収容する培養槽と、
前記微細藻に照射される日射量に合わせて、前記微細藻の栄養形式を設定する設定部と、
前記設定部が光独立栄養を設定した場合、前記培養槽に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給部と、
前記設定部が従属栄養を設定した場合、前記培養槽に有機物を供給する有機物供給部と、
前記微細藻の培養時の前記日射量を予測した日射量予測値を取得する予測値取得部と、
を備え、
前記予測値取得部は、前記微細藻を培養する所定期間を所定時間ごとに区分した区分時間の各々について前記日射量予測値を取得し、
前記設定部は、前記日射量予測値に基づいて、前記区分時間の各々について前記栄養形式を設定した培養計画を作成し、
前記設定部は、前記日射量予測値が日射基準値を超える前記区分時間については前記光独立栄養を設定し、前記日射量予測値が日射基準値以下である前記区分時間については前記従属栄養を設定し、
前記微細藻の培養中に前記光独立栄養から前記従属栄養へと前記栄養形式を切り替える場合、現時刻から前記培養計画における次の区分時間(Tn+1)に達するまでの残り時間(Tx)がガス猶予時間(Tc1)に達したときに、前記ガス供給部が前記培養槽への前記ガスの供給を停止するとともに、前記有機物供給部が前記培養槽への前記有機物の供給を開始し、
前記微細藻の培養中に前記従属栄養から前記光独立栄養へと前記栄養形式を切り替える場合、現時刻から前記培養計画における次の区分時間に達するまでの残り時間が有機物猶予時間(Tc2)に達したときに、前記有機物供給部が前記培養槽への前記有機物の供給を停止するとともに、前記ガス供給部が前記培養槽への前記ガスの供給を開始し、
前記ガス猶予時間は、前記培養槽への前記ガスの供給を停止してから、前記培養液に溶存している前記ガスの濃度が、前記微細藻が前記光独立栄養を行うために必要な濃度下限値に達するまでの時間であり、
前記有機物猶予時間は、前記培養槽への前記有機物の供給を停止してから、前記培養液中の前記有機物の量が、前記微細藻が前記従属栄養を行うために必要な有機物量下限値に達するまでの時間である、培養装置。
A culture device for culturing microalgae in a changing culture environment,
A culture tank that is installed so as to be able to receive sunlight and that contains the microalgae and a culture solution;
A setting unit that sets the nutritional form of the microalgae according to the amount of solar radiation irradiated to the microalgae ;
A gas supply unit that supplies a gas containing carbon dioxide to the culture tank when the setting unit sets photoautotrophy;
When the setting unit sets heterotrophy, an organic matter supplying unit that supplies organic matter to the culture tank;
A predicted value acquisition unit that acquires a predicted solar radiation amount value that predicts the solar radiation amount during the cultivation of the microalgae;
Equipped with
The predicted value acquisition unit acquires the solar radiation predicted value for each of the divided time periods obtained by dividing a predetermined period for culturing the microalgae into predetermined time periods,
The setting unit creates a culture plan in which the nutrient form is set for each of the time segments based on the predicted solar radiation value,
The setting unit sets the photoautotrophy for the time segment where the solar radiation predicted value exceeds a solar radiation reference value, and sets the heterotrophy for the time segment where the solar radiation predicted value is equal to or less than the solar radiation reference value.
When the nutritional form is switched from the photoautotrophic to the heterotrophic during the cultivation of the microalgae, when the remaining time (Tx) from the current time to the next division time (Tn+1) in the cultivation plan reaches the gas grace time (Tc1), the gas supply unit stops supplying the gas to the cultivation tank, and the organic matter supply unit starts supplying the organic matter to the cultivation tank;
When the nutritional form is switched from the heterotrophic to the photoautotrophic during the cultivation of the microalgae, when the remaining time from the current time to the next division time in the cultivation plan reaches the organic matter grace time (Tc2), the organic matter supply unit stops supplying the organic matter to the cultivation tank, and the gas supply unit starts supplying the gas to the cultivation tank;
The gas grace period is the time from when the supply of the gas to the culture tank is stopped until the concentration of the gas dissolved in the culture solution reaches a lower limit concentration required for the microalgae to perform the photoautotrophy,
A culture apparatus, wherein the organic matter grace period is the time from when the supply of the organic matter to the culture tank is stopped to when the amount of the organic matter in the culture solution reaches a lower limit of the amount of organic matter required for the microalgae to perform the heterotrophic process .
請求項記載の培養装置において、
前記ガス供給部は、工場から排出される排ガスを前記ガスとして前記培養槽に供給し、
前記有機物供給部は、排水設備から排出される排水に含まれる前記有機物を前記培養槽に供給する、培養装置。
In the culture apparatus according to claim 3 ,
The gas supply unit supplies exhaust gas discharged from a factory to the culture tank as the gas,
The organic matter supplying unit supplies the organic matter contained in wastewater discharged from a drainage facility to the culture tank.
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