微生物発電方法および微生物発電装置
【課題】微生物発電の発電効率を高くする。
【解決手段】有機物を電子供与体として微生物反応により酸化分解して発電する微生物発電装置１について、アノード室１１内の液のｐＨを７以上９以下に維持する。アノード室１１には負極として機能する導電体２１を配置し、導電体２１表面に微生物を保持して微生物反応による酸化分解を行わせて電子を取り出す。アノード室１１は複数の分室に分割し、各分室内での有機物分解量を少なくしてｐＨの低下を抑制してもよい。アノード室１１を分割する場合、各分室から流出する液のｐＨを調整して後段側の分室に送るとよい。
【解決手段】有機物を電子供与体として微生物反応により酸化分解して発電する微生物発電装置１について、アノード室１１内の液のｐＨを７以上９以下に維持する。アノード室１１には負極として機能する導電体２１を配置し、導電体２１表面に微生物を保持して微生物反応による酸化分解を行わせて電子を取り出す。アノード室１１は複数の分室に分割し、各分室内での有機物分解量を少なくしてｐＨの低下を抑制してもよい。アノード室１１を分割する場合、各分室から流出する液のｐＨを調整して後段側の分室に送るとよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の代謝反応を利用する発電方法および装置に関する。本発明は特に、有機物を微生物に酸化分解させる際に得られる還元力を電気エネルギーとして取り出す微生物発電方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に配慮した発電方法へのニーズが高まり、微生物発電の技術開発も進められている。微生物発電は、微生物が有機物を資化する際に得られる電気エネルギーを取り出すことにより発電する方法である。
【０００３】
一般的に、微生物発電では負極が配置されたアノード室内に、微生物、微生物に資化される有機物、および電子伝達媒体（電子メディエータ）を共存させる。電子メディエータは微生物体内に入り、微生物が有機物を酸化して発生する電子を受け取って負極に渡す。負極は正極と電気的に導通されており、負極に渡された電子は正極に移動して、正極と接する電子受容体に渡される。このような電子の移動により正極と負極との間に電流が生じ、電気エネルギーが得られる。
【０００４】
微生物発電では、電子メディエータが微生物体から直接、電子を取り出すため、理論上のエネルギー変換効率は高い。しかし、実際のエネルギー変換効率は低く、発電効率の向上が求められている。そこで、発電効率を高めるため、電極の材料や構造、電子メディエータの種類、および微生物種の選択等について様々な検討および開発が行われている（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
また、非特許文献１には高濃度のリン酸バッファを添加した液をアノード室に供給する微生物発電方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３３３２６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２４１２号公報
【非特許文献１】P. Aelterman er al.,2006 ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY vol.40, No.10 3388-3394
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した通り、微生物発電の発電効率を向上させるために様々な要素について検討が行われているが、発電効率に影響を与える要素については未解明な点も多い。非特許文献１では、アノード室に供給される液に高濃度のリン酸バッファを添加することで、アノード室内での反応に伴うｐＨ変化を最小限に抑制することを意図する。しかし、本発明者らが検討したところ、発電効率が高くなるとアノード室でのｐＨ低下が著しくなり、発電効率が低下することが判明した。このため、高い発電効率を得ようとする場合、バッファの添加量が少なければｐＨ変化を抑制しきれず発電効率の低下を招く一方、バッファによりｐＨの変化を抑制しようとすると多量のバッファの添加が必要で高コストとなり実用的でないことが判明した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、アノード室内でのｐＨ低下が微生物反応に伴う炭酸ガスの発生に起因しており、ｐＨを所定範囲に維持することで微生物発電の発電効率を高くできることを見出し、本発明を完成させた。具体的には、本発明は以下を提供する。
【０００９】
（１） 微生物および電子供与体を含む液を保持するアノード室において前記微生物の生物反応により前記電子供与体から電子を取り出し、前記アノード室に配置された負極から、前記負極と電気的に接続された正極に接する電子受容体に前記電子を供与して発電する微生物発電方法であって、
前記アノード室内の液のｐＨを７以上９以下にする微生物発電方法。
（２） 前記アノード室内の液または／および前記アノード室から流出する流出液のｐＨを測定して、前記液のｐＨを７以上９以下に調整する（１）に記載の微生物発電方法。
（３） 前記アノード室を、２以上の互いに直列接続された分室に分け、
直列接続された一対の前記分室の一方であって前記原液の流入口に近い前段分室に流入する液のｐＨを７以上９以下に調整し、
前記前段分室から流出する液のｐＨを上げた後、前記２分室の他方である後段分室に供給する（１）または（２）に記載の微生物発電方法。
（４） 前記前段分室から流出する液を脱気するまたは／および前記液にアルカリを添加することによりｐＨを上げる（３）に記載の微生物発電方法。
（５） 微生物および電子供与体を含む液を保持し負極が配置されたアノード室と、前記負極と電気的に接続された正極と、を含み、前記微生物の生物反応により前記電子供与体から取り出された電子を、前記負極から前記正極に送り発電する微生物発電装置であって、
前記アノード室内の前記液のｐＨを７以上９以下に維持するｐＨ調整手段をさらに含む微生物発電装置。
（６） 前記アノード室は、２以上の互いに直列接続された分室を有し、
前記分室はそれぞれ、当該分室から流出する液のｐＨが７以上となる大きさに設定されている（５）に記載の微生物発電装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微生物発電の発電効率を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下の図において、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。図面は発明の構成を模式的に示すものであり、構成の一部を省略または簡略化しており、寸法も実際の装置とは必ずしも同一ではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る微生物発電装置１の概要を示す斜視図である。図２は発電装置１のＸ−Ｘ線での切断面模式図、図３はＹ−Ｙ線での切断面模式図である。発電装置１は、２つのアノード室１１の間に１つのカソード室１２を配置した構成とされている。アノード室１１とカソード室１２の間には、非導電膜１５が配置されている。
【００１３】
非導電膜１５としては、プロトン選択性の高いカチオン透過膜を好適に使用でき、例えばデュポン株式会社製ナフィオン（登録商標）等が使用できる。非導電膜１５は、薄くて丈夫であることが好ましい。
【００１４】
本実施形態では２つのアノード室１１はそれぞれ３分割され、第１アノード分室１１Ａ、第２アノード分室１１Ｂ、および第３アノード分室１１Ｃを有する略直方体状である。第１アノード分室１１Ａ、第２アノード分室１１Ｂ、および第３アノード分室１１Ｃはこの順に直列接続されている。各アノード分室１１Ａ〜Ｃはそれぞれ略直方体状であり、対向する一対の壁面の一方に流入口１１１を有し、他方に流出口１１２を有する。隣接する一対のアノード分室の前段側の分室の流出口は、後段側の分室の流入口を兼ねている。具体的にはここでは、第１アノード分室１１Ａの流出口は第２アノード分室１１Ｂの流入口を兼ね、第２アノード分室１１Ｂの流出口は第３アノード分室１１Ｃの流入口を兼ねている。
【００１５】
各アノード分室１１Ａ〜Ｃ内には導電体２１が充填され、導電体２１表面には従属栄養微生物が保持されている。アノード室１１には、電子供与体として微生物により酸化分解され電子が取り出される有機物（例えば酢酸）を含む液が原液として供給される。原液は、第１アノード分室１１Ａの流入口１１１を流入口としてアノード室１１内に供給される。アノード室１１内の液は、第３アノード分室１１Ｃの流出口１１２を流出口としてアノード室１１から排出される。
【００１６】
微生物および有機物は特に限定されない。アノード室１１内での微生物反応は嫌気的条件で行うが、アノード室１１に保持される微生物種は特に限定されない。アノード室１１には、下水等の有機物含有水を処理する生物処理槽から得られる活性汚泥、下水の最初沈澱池からの流出水に含まれる微生物、嫌気性消化汚泥等を植種として供給し、微生物を保持させることができる。また、発電効率を高くするためには、アノード室１１内に保持される微生物量は高濃度であることが好ましく、例えば微生物濃度は１ｇ／Ｌ以上であることが好ましい。さらに、アノード室１１での微生物反応により酸化分解される電子供与体（有機物）もある程度、濃度が高い方が発電効率を高くできるため、アノード室１１に供給する流入液の有機物濃度は１００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。
【００１７】
有機物は、微生物により酸化され、その際に発生する電子は導電体２１を負極としてアノード室１１外へ取り出される。導電体２１は負極として機能するよう、導電性の炭素材（例えばグラファイト）で構成されている。導電体２１は、多くの微生物を保持できるよう、表面積が大きく空隙が多く形成され通水性を有する多孔体が好ましい。具体的には、少なくとも表面が粗とされた導電性物質のシート、および導電性物質をフェルト状その他の多孔性シートにした多孔性導電体（例えばグラファイトフェルト、発泡チタン、発泡ステンレス等）が挙げられる。複数のシート状導電体を積層して負極用の導電体２１とする場合、同種の導電体シートを積層してもよく、異なる種類の導電体シート同士（例えばグラファイトフェルトと粗面を有するグラファイトシート）を積層してもよい。負極用の導電体２１は全体の厚さが３ｍｍ以上４０ｍｍ以下、特に５〜２０ｍｍ程度で、であることが好ましい。
【００１８】
本実施形態では図２に示すように厚さ１ｃｍのグラファイトフェルト４枚を導電性ペーストで張り合わせて負極として機能する導電体２１とする。各アノード室１１には、この導電体２１が一つずつ配置されている。導電体２１を構成する４枚のグラファイトフェルト２１Ａ〜Ｄは、流入口と流出口とが設けられた一対の壁面に対して並列に並んで壁面と直交するように配置されている。よって、流入口から供給された液は、各グラファイトフェルトの表面を伝うように向かい合うグラファイトフェルト同士の間を流れる。各グラファイトフェルト２１Ａ〜Ｄ表面には、微生物が保持されている。微生物は、各アノード分室１１Ａ〜Ｃにおいて、流入口から供給され流出口から流出する液中に含まれる有機物を電子供与体とする微生物反応を担う。
【００１９】
微生物による有機物の酸化分解により得られた電子を取り出すため、各グラファイトフェルト２１Ａ〜２１Ｄには、アノード引き出し線２３が接続されている。アノード引き出し線２３は、金属線等の導電性材料で構成される。各アノード分室１１Ａ〜Ｃの導電体に接続されたアノード引き出し線同士は１本の導通線１７に接続されている。
【００２０】
導通線１７は、カソード室１２に設けられ正極として機能する導電体２２と接続され、負極と正極とが導通される。正極として用いられる導電体２２は、電子受容体の種類によって適宜、選択すればよい。例えば、酸素を電子受容体とする場合は白金を用いることが好ましく、例えばグラファイトフェルトを基材として白金を坦持させて導電体２２とできる。電子受容体とする物質の種類によっては安価なグラファイト電極をそのまま（つまり、白金を担持させずに）正極として使用してもよい。導電体２２にはカソード引き出し線２４が接続され、カソード引き出し線２４は導通線１７に接続されている
【００２１】
ここでは、カソード室１２には電子受容体としてヘキサシアノ酸鉄（ＩＩ）カリウム（フェリシアン化カリウム）を含む液（正極溶液）を供給することとし、正極として機能する導電体２２として、グラファイトフェルトを使用している。電子受容体としては他にマンガン、鉄、および硝酸等を用いてもよく、この場合もカソードとしてはグラファイトフェルトのような多孔性のグラファイトを使用するとよい。
【００２２】
非導電膜１５を介してアノード室１１からＨ＋を移動させてカソード室１２で還元する場合、カソード室１２内の導電体２２が非導電膜１５とできるだけ、密に接していることが好ましい。そこで、両者をスペーサで挟んで密着させてもよく、溶着や接着剤等を用いて接着してもよい。カソード室１２での還元反応は、微生物反応を利用して行ってもよいが、微生物を利用しない場合は、カソード室１２に微生物を保持する必要がない。このため、カソード室１２内の導電体２２と非導電膜１５とを密着させることで、アノード室１１からのＨ＋の移動とカソード室１２での還元を促進できる。
【００２３】
一方、アノード室１１の導電体２１は表面に微生物を保持し、非導電膜１５と導電体２１との間にも微生物を存在させるため、接着は避ける方が好ましい。しかし、非導電膜１５と導電体２１との間は導電体２１表面に付着した微生物を挟んでできるだけ密に接触するように配置することが好ましい。例えば、両者を締付け部材で挟んだりスペーサを挿入したりして、軽い（０．１〜１００ｇ／ｃｍ２程度、好ましくは０．１〜１０ｇ／ｃｍ２程度の）圧力がかかった状態で両者の全面が互いに接触するようにし、非導電膜１５と導電体２１との間に１〜２層の微生物層が形成されるようにするとよい。このとき、導電体２１として多孔性で通水可能な材料を用いることで、導電体（アノード）を通って微生物層に有機物が供給されるようにするとよい。このように、表面積が大きい導電体２１と非導電膜１５とを軽い圧力下で接触させて微生物層を両者間に形成させて微生物反応を行わせるようにすれば、微生物は電子を直接、負極に渡すと推定され、電子メディエータを不要とすることができる。
【００２４】
本発明では、上記のような発電装置１を用い、アノード室１１で微生物により有機物を酸化分解させる際、アノード室１１内の液のｐＨが７以上９以下に維持されるよう、ｐＨ調整を行う。
【００２５】
ｐＨ調整の手段は特に限定されない。例えば、アノード室内の液またはアノード室からの流出液のｐＨを測定し、この測定値が７以上９以下となるようにｐＨ調整剤（特にアルカリ）を添加する方法が挙げられる。アルカリは、アノード室に供給される原液、アノード室内の液、およびアノード室内から排出され循環される循環液のいずれに添加してもよい。
【００２６】
ただし、アノード室内では、液の緩衝能力と有機物濃度および有機物分解量の３要素の関係によってｐＨが変化し、例えば液の緩衝能力が低い一方で有機物濃度が高く分解量が大きければ、流入液のｐＨを上限の９にしていても流出液のｐＨが７を下回りうる。液の緩衝能力を高めるためにバッファを多量に添加すれば、この問題は回避可能であるが、バッファの添加コストがかさむ。
【００２７】
このため、原液のｐＨを上限値に調整するよりは、アノード室内の液または循環液のｐＨ調整を行う方が好ましく、特に循環液のｐＨを調整することが好ましい。循環液のｐＨ調整を行う方法としては、アルカリを添加してもよいし、アノード室からの流出液をアノード室に循環させる循環路の途中に脱気装置を設けて脱炭酸処理をすることでｐＨを高くしてもよい。
【００２８】
また、図１に示す発電装置１のように、アノード室１１を２以上の分室に分割して、これらを直列接続してもよい。アノード室１１を分割すれば、各分室での有機物分解量が小さくなるため、炭酸ガスの生成量も小さくなり、各分室でのｐＨ低下を少なくできる。分割する数はアノード室１１に流入させる原液の有機物濃度によって変えればよく、各分室から流出する液のｐＨが７を下回らないような大きさとなるように分割すればよい。例えば、原液のアルカリ度が１００ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３として）であれば、１０〜２０程度に分割すればよい。また、原液のアルカリ度が２００ｍｇ／Ｌであれば、５〜１０程度に分割すればよい。
【００２９】
各分室は直列接続し、原液が分割された各分室を順次、流れるようにする。例えば図１の発電装置１では、互いに隣接する一対の分室である第１アノード分室１１Ａと第２アノード分室１１Ｂのうち、原液が供給される流入口（第１アノード分室１１Ａの流入口１１１）に近い側である第１アノード分室１１Ａから第２アノード分室１１Ｂに向かって液が流れる。
【００３０】
このようにアノード室１１を分割する場合は、各分室について、その排出口からの流出液のｐＨを上げて次の分室に流入させるとよい。例えば、図では示していないが各分室を連通路で接続し、前段側分室（例えば第１アノード分室１１Ａ）から流出する液のｐＨを測定し、これにアルカリを添加するか、脱炭酸処理を施してｐＨを上げてから次の分室（例えば第２アノード分室１１Ｂ）に送るようにするとよい。
【００３１】
上記方法によってアノード室１１内の液のｐＨが７以上９以下を維持するようにｐＨ調整した状態でアノード室１１において微生物反応による有機物（電子供与体）の酸化反応を進める。電子供与体として酢酸を用いる場合であれば、下記化学式に示す反応により二酸化炭素、Ｈ＋、および電子が生成される。
[化学式１]
ＣＨ３ＣＯＯＨ＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ２＋８Ｈ＋＋８ｅ−
【００３２】
生成されたＨ＋は、カチオンを透過させる非導電膜１５を通ってカソード室１２に移動させる。電子は負極として機能する導電体２１から取り出され、アノード引き出し線２３と導通線１７とを介して導電体２２側に送られる。この過程で導電体２１（負極）と導電体２２（正極）との間には電流が流れ、発電することができる。
【００３３】
本実施形態ではカソード室１２にフェリシアン化カリウムを含む正極溶液を供給して下記化学式による還元反応を行い、アノード室１１で生成された電子を消費させる。
[化学式２]
８Ｆｅ（ＣＮ）６３−＋８ｅ−＋８Ｈ＋→８ＦｅＨ（ＣＮ）６３−
【００３４】
なお、正極として例えば白金を使用するような場合であれば、下記化学式による還元反応を行わせることもできる。
[化学式３]
２Ｏ２＋８Ｈ＋＋８ｅ−→４Ｈ２Ｏ
【実施例】
【００３５】
［試験例１］
試験用の発電装置として図４に示す微生物発電装置２を作成した。発電装置２は、２つの正極用導電体２２で１つの負極用導電体２１を挟む構成とし、全体で容積７００ｍＬ、アノード室１１の容積は７００ｍＬ、各カソード室１２の容積は１７５ｍＬとした。発電装置２には、アノード室１１からの排出液を循環させる循環槽を備える循環路３０を設け、循環路を流れる液のｐＨを測定するｐＨ測定器を設けた。また、循環路には２Ｎの水酸化ナトリウムを添加できるようにし、これをｐＨ調整手段３１とした。
【００３６】
導電体２１は、発電装置１と同様に厚さ１ｃｍのグラファイトフェルト（東洋カーボン株式会社製）４枚を導電性接着剤で張り合わせて構成した。各グラファイトフェルトは大きさが２５０ｍｍ×７０ｍｍの長方形状であり、両表面は粗面である。なお、図４では各グラファイトフェルトについては図示を省略しているが、導電体２１は図に示すようにアノード室１１内全体に充填され、アノード室１１内には空間が実質的に存在しない。すなわちアノード室１１に供給された液は多孔性の導電体２１を通るようにされており、導電体２１内を通らずにアノード室１１を通過すること（ショートパス）が実質的にないよう構成されている。アノード室１１には種菌として下水処理場の生物処理槽から採取した活性汚泥を添加して培養し各グラファイトフェルト表面に微生物を付着させた。これにより、アノード室１１内には４層のグラファイトフェルト層と５層の微生物層とが形成され、アノード１１室内の微生物濃度は約２，２００ｍｇ／Ｌであった。
【００３７】
一方、正極用の導電体２２はそれぞれ、厚さ３ｍｍのグラファイトフェルト１枚で構成した。正極用の導電体２２は、厚さが異なる以外は負極用のグラファイトフェルトと同様の構成であり、両表面は粗面である。
【００３８】
負極用の導電体２１と正極用の導電体２２の間には非導電膜１５としてカチオン透過膜（デュポン株式会社製 商品名「ナフィオン」）を配置した。導電体２２と非導電膜１５とはスペーサ（図示せず）で挟んで互いに密着させた。カソード室１２には、導電体２２の表面のうち非導電膜１５と接する側と反対側に、正極溶液が通液される液室２６を設けた。液室には、電子受容体として５０ｍＭのフェリシアン化カリウムとリン酸バッファとを含む正極溶液を７０ｍＬ／ｍｉｎの流入量となるように供給した。一方、アノード室１１には、１，０００ｍｇ／Ｌの濃度の酢酸と、５０ｍＭの濃度のリン酸バッファ、および塩化アンモニウムとを含む原液を７０ｍＬ／ｍｉｎの流入量で供給した。
【００３９】
導電体２１にはアノード引き出し線２３を接続し、導電体２２にはカソード引き出し線２４を接続し、アノード引き出し線２３とカソード引き出し線２４とは導通線１７で導通させた。アノード引き出し線２３、カソード引き出し線２４、および導通線１７はステンレス製針金で構成した。
【００４０】
上記条件で循環液に対する水酸化ナトリウムの添加量を変え、アノード室１１内の液のｐＨと発電量の関係を求めた。結果を図５に示す。図中、発電効率はアノードの単位容積あたりの発電量として示す。図５に示すように、アノード室１１からの流出液のｐＨが７を下回ると、発電効率が急激に低下することが判明した。同様に、アノード室１１からの流出液がｐＨ９を上回る場合も発電効率が急激に低下した。
【００４１】
［実施例１］
上記試験より、アノード室１１内の液のｐＨが発電効率に影響することが示された。そこで、実施例１として、試験例１で用いた装置の循環路に、水酸化ナトリウムを自動添加してアノード室１１からの流出液のｐＨが７．５を維持するようにした。このとき、アノード室１１に循環流入させる循環液はｐＨ８．２とした。発電装置２に供給した原液および正極溶液の組成、濃度、供給量等のその他の条件については、試験例１と同様とした。
【００４２】
実施例１では、アノード室１１から流出した流出液の炭酸濃度は、無機炭酸（ＩＣ）として３４０ｍｇ／Ｌであった。また、アノードの単位容積あたり５８０Ｗ／ｍ３の電力が得られた。
【００４３】
［実施例２］
実施例２として、循環液に対するアルカリ添加をやめ、代わりに循環路の途中に設置した循環槽に脱気膜（CELGARD社製、リキセル脱気モジュール 直径１inch×長さ５．５inch）を設置しｐＨ調整手段３１とした。このモジュール内部を真空ポンプで減圧することで循環液中の炭酸ガスを脱気した。その他の条件は実施例１と同様にした。その結果、循環液のｐＨを８．０に維持することができ、アノード室１１からの流出液のｐＨは７．２、アノードの単位容積あたりに得られた発電量は５７２Ｗ／ｍ３であった。
【００４４】
［実施例３］
実施例３として、循環路の途中に設置した循環槽に脱気膜を設ける代わりに窒素脱気装置を設けｐＨ調整手段３１とし、循環液中の炭酸ガスを脱気した。その他の条件は実施例２と同様にした。その結果、循環液のｐＨを７．９に維持することができ、アノード室１１からの流出液のｐＨは７．１、アノードの単位容積あたりに得られた発電量は５６６Ｗ／ｍ３であった。
【００４５】
［実施例４］
実施例４では、図１に示す装置を模した発電装置１で実験した。発電装置１のアノード室は４分割し、各分室を配管で接続した各配管には内部を流れる液のｐＨを測定するためにｐＨ計を設けるとともにアルカリを添加するアルカリ注入管を接続した。アノード室１１に供給する原液のｐＨを８．０とし、第１アノード分室から順次、後段側分室に通液する際、各分室から流出する液のｐＨを測定し、この値が７．０以上となるように適宜、アルカリを添加したアノード室を分割し、各分室管を流れる液のｐＨを調整するようにした他は実施例１と同様の条件で試験をしたところ、アノード室１１からの流出液のｐＨは７．０、アノードの単位容積あたりに得られた発電量は５５６Ｗ／ｍ３となった。
【００４６】
上述した通り、本発明によれば、微生物を利用して高い発電効率で発電できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、微生物を利用した発電に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る微生物発電装置の全体模式図。
【図２】前記微生物発電装置のＸ−Ｘ線での断面図。
【図３】前記微生物発電装置のＹ−Ｙ線での断面図。
【図４】試験に用いた微生物発電装置の構成図。
【図５】試験結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４９】
１、２ 微生物発電装置
１１ アノード室
１１Ａ〜Ｃ アノード分室
１２ カソード室
１５ 非導電膜
１７ 導通線
２１ 導電体（アノード）
２２ 導電体（カソード）
２３ アノード引き出し線
２４ カソード引き出し線
３０ 循環路
３１ ｐＨ調整手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の代謝反応を利用する発電方法および装置に関する。本発明は特に、有機物を微生物に酸化分解させる際に得られる還元力を電気エネルギーとして取り出す微生物発電方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に配慮した発電方法へのニーズが高まり、微生物発電の技術開発も進められている。微生物発電は、微生物が有機物を資化する際に得られる電気エネルギーを取り出すことにより発電する方法である。
【０００３】
一般的に、微生物発電では負極が配置されたアノード室内に、微生物、微生物に資化される有機物、および電子伝達媒体（電子メディエータ）を共存させる。電子メディエータは微生物体内に入り、微生物が有機物を酸化して発生する電子を受け取って負極に渡す。負極は正極と電気的に導通されており、負極に渡された電子は正極に移動して、正極と接する電子受容体に渡される。このような電子の移動により正極と負極との間に電流が生じ、電気エネルギーが得られる。
【０００４】
微生物発電では、電子メディエータが微生物体から直接、電子を取り出すため、理論上のエネルギー変換効率は高い。しかし、実際のエネルギー変換効率は低く、発電効率の向上が求められている。そこで、発電効率を高めるため、電極の材料や構造、電子メディエータの種類、および微生物種の選択等について様々な検討および開発が行われている（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
また、非特許文献１には高濃度のリン酸バッファを添加した液をアノード室に供給する微生物発電方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３３３２６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２４１２号公報
【非特許文献１】P. Aelterman er al.,2006 ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY vol.40, No.10 3388-3394
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した通り、微生物発電の発電効率を向上させるために様々な要素について検討が行われているが、発電効率に影響を与える要素については未解明な点も多い。非特許文献１では、アノード室に供給される液に高濃度のリン酸バッファを添加することで、アノード室内での反応に伴うｐＨ変化を最小限に抑制することを意図する。しかし、本発明者らが検討したところ、発電効率が高くなるとアノード室でのｐＨ低下が著しくなり、発電効率が低下することが判明した。このため、高い発電効率を得ようとする場合、バッファの添加量が少なければｐＨ変化を抑制しきれず発電効率の低下を招く一方、バッファによりｐＨの変化を抑制しようとすると多量のバッファの添加が必要で高コストとなり実用的でないことが判明した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、アノード室内でのｐＨ低下が微生物反応に伴う炭酸ガスの発生に起因しており、ｐＨを所定範囲に維持することで微生物発電の発電効率を高くできることを見出し、本発明を完成させた。具体的には、本発明は以下を提供する。
【０００９】
（１） 微生物および電子供与体を含む液を保持するアノード室において前記微生物の生物反応により前記電子供与体から電子を取り出し、前記アノード室に配置された負極から、前記負極と電気的に接続された正極に接する電子受容体に前記電子を供与して発電する微生物発電方法であって、
前記アノード室内の液のｐＨを７以上９以下にする微生物発電方法。
（２） 前記アノード室内の液または／および前記アノード室から流出する流出液のｐＨを測定して、前記液のｐＨを７以上９以下に調整する（１）に記載の微生物発電方法。
（３） 前記アノード室を、２以上の互いに直列接続された分室に分け、
直列接続された一対の前記分室の一方であって前記原液の流入口に近い前段分室に流入する液のｐＨを７以上９以下に調整し、
前記前段分室から流出する液のｐＨを上げた後、前記２分室の他方である後段分室に供給する（１）または（２）に記載の微生物発電方法。
（４） 前記前段分室から流出する液を脱気するまたは／および前記液にアルカリを添加することによりｐＨを上げる（３）に記載の微生物発電方法。
（５） 微生物および電子供与体を含む液を保持し負極が配置されたアノード室と、前記負極と電気的に接続された正極と、を含み、前記微生物の生物反応により前記電子供与体から取り出された電子を、前記負極から前記正極に送り発電する微生物発電装置であって、
前記アノード室内の前記液のｐＨを７以上９以下に維持するｐＨ調整手段をさらに含む微生物発電装置。
（６） 前記アノード室は、２以上の互いに直列接続された分室を有し、
前記分室はそれぞれ、当該分室から流出する液のｐＨが７以上となる大きさに設定されている（５）に記載の微生物発電装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微生物発電の発電効率を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下の図において、同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。図面は発明の構成を模式的に示すものであり、構成の一部を省略または簡略化しており、寸法も実際の装置とは必ずしも同一ではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る微生物発電装置１の概要を示す斜視図である。図２は発電装置１のＸ−Ｘ線での切断面模式図、図３はＹ−Ｙ線での切断面模式図である。発電装置１は、２つのアノード室１１の間に１つのカソード室１２を配置した構成とされている。アノード室１１とカソード室１２の間には、非導電膜１５が配置されている。
【００１３】
非導電膜１５としては、プロトン選択性の高いカチオン透過膜を好適に使用でき、例えばデュポン株式会社製ナフィオン（登録商標）等が使用できる。非導電膜１５は、薄くて丈夫であることが好ましい。
【００１４】
本実施形態では２つのアノード室１１はそれぞれ３分割され、第１アノード分室１１Ａ、第２アノード分室１１Ｂ、および第３アノード分室１１Ｃを有する略直方体状である。第１アノード分室１１Ａ、第２アノード分室１１Ｂ、および第３アノード分室１１Ｃはこの順に直列接続されている。各アノード分室１１Ａ〜Ｃはそれぞれ略直方体状であり、対向する一対の壁面の一方に流入口１１１を有し、他方に流出口１１２を有する。隣接する一対のアノード分室の前段側の分室の流出口は、後段側の分室の流入口を兼ねている。具体的にはここでは、第１アノード分室１１Ａの流出口は第２アノード分室１１Ｂの流入口を兼ね、第２アノード分室１１Ｂの流出口は第３アノード分室１１Ｃの流入口を兼ねている。
【００１５】
各アノード分室１１Ａ〜Ｃ内には導電体２１が充填され、導電体２１表面には従属栄養微生物が保持されている。アノード室１１には、電子供与体として微生物により酸化分解され電子が取り出される有機物（例えば酢酸）を含む液が原液として供給される。原液は、第１アノード分室１１Ａの流入口１１１を流入口としてアノード室１１内に供給される。アノード室１１内の液は、第３アノード分室１１Ｃの流出口１１２を流出口としてアノード室１１から排出される。
【００１６】
微生物および有機物は特に限定されない。アノード室１１内での微生物反応は嫌気的条件で行うが、アノード室１１に保持される微生物種は特に限定されない。アノード室１１には、下水等の有機物含有水を処理する生物処理槽から得られる活性汚泥、下水の最初沈澱池からの流出水に含まれる微生物、嫌気性消化汚泥等を植種として供給し、微生物を保持させることができる。また、発電効率を高くするためには、アノード室１１内に保持される微生物量は高濃度であることが好ましく、例えば微生物濃度は１ｇ／Ｌ以上であることが好ましい。さらに、アノード室１１での微生物反応により酸化分解される電子供与体（有機物）もある程度、濃度が高い方が発電効率を高くできるため、アノード室１１に供給する流入液の有機物濃度は１００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。
【００１７】
有機物は、微生物により酸化され、その際に発生する電子は導電体２１を負極としてアノード室１１外へ取り出される。導電体２１は負極として機能するよう、導電性の炭素材（例えばグラファイト）で構成されている。導電体２１は、多くの微生物を保持できるよう、表面積が大きく空隙が多く形成され通水性を有する多孔体が好ましい。具体的には、少なくとも表面が粗とされた導電性物質のシート、および導電性物質をフェルト状その他の多孔性シートにした多孔性導電体（例えばグラファイトフェルト、発泡チタン、発泡ステンレス等）が挙げられる。複数のシート状導電体を積層して負極用の導電体２１とする場合、同種の導電体シートを積層してもよく、異なる種類の導電体シート同士（例えばグラファイトフェルトと粗面を有するグラファイトシート）を積層してもよい。負極用の導電体２１は全体の厚さが３ｍｍ以上４０ｍｍ以下、特に５〜２０ｍｍ程度で、であることが好ましい。
【００１８】
本実施形態では図２に示すように厚さ１ｃｍのグラファイトフェルト４枚を導電性ペーストで張り合わせて負極として機能する導電体２１とする。各アノード室１１には、この導電体２１が一つずつ配置されている。導電体２１を構成する４枚のグラファイトフェルト２１Ａ〜Ｄは、流入口と流出口とが設けられた一対の壁面に対して並列に並んで壁面と直交するように配置されている。よって、流入口から供給された液は、各グラファイトフェルトの表面を伝うように向かい合うグラファイトフェルト同士の間を流れる。各グラファイトフェルト２１Ａ〜Ｄ表面には、微生物が保持されている。微生物は、各アノード分室１１Ａ〜Ｃにおいて、流入口から供給され流出口から流出する液中に含まれる有機物を電子供与体とする微生物反応を担う。
【００１９】
微生物による有機物の酸化分解により得られた電子を取り出すため、各グラファイトフェルト２１Ａ〜２１Ｄには、アノード引き出し線２３が接続されている。アノード引き出し線２３は、金属線等の導電性材料で構成される。各アノード分室１１Ａ〜Ｃの導電体に接続されたアノード引き出し線同士は１本の導通線１７に接続されている。
【００２０】
導通線１７は、カソード室１２に設けられ正極として機能する導電体２２と接続され、負極と正極とが導通される。正極として用いられる導電体２２は、電子受容体の種類によって適宜、選択すればよい。例えば、酸素を電子受容体とする場合は白金を用いることが好ましく、例えばグラファイトフェルトを基材として白金を坦持させて導電体２２とできる。電子受容体とする物質の種類によっては安価なグラファイト電極をそのまま（つまり、白金を担持させずに）正極として使用してもよい。導電体２２にはカソード引き出し線２４が接続され、カソード引き出し線２４は導通線１７に接続されている
【００２１】
ここでは、カソード室１２には電子受容体としてヘキサシアノ酸鉄（ＩＩ）カリウム（フェリシアン化カリウム）を含む液（正極溶液）を供給することとし、正極として機能する導電体２２として、グラファイトフェルトを使用している。電子受容体としては他にマンガン、鉄、および硝酸等を用いてもよく、この場合もカソードとしてはグラファイトフェルトのような多孔性のグラファイトを使用するとよい。
【００２２】
非導電膜１５を介してアノード室１１からＨ＋を移動させてカソード室１２で還元する場合、カソード室１２内の導電体２２が非導電膜１５とできるだけ、密に接していることが好ましい。そこで、両者をスペーサで挟んで密着させてもよく、溶着や接着剤等を用いて接着してもよい。カソード室１２での還元反応は、微生物反応を利用して行ってもよいが、微生物を利用しない場合は、カソード室１２に微生物を保持する必要がない。このため、カソード室１２内の導電体２２と非導電膜１５とを密着させることで、アノード室１１からのＨ＋の移動とカソード室１２での還元を促進できる。
【００２３】
一方、アノード室１１の導電体２１は表面に微生物を保持し、非導電膜１５と導電体２１との間にも微生物を存在させるため、接着は避ける方が好ましい。しかし、非導電膜１５と導電体２１との間は導電体２１表面に付着した微生物を挟んでできるだけ密に接触するように配置することが好ましい。例えば、両者を締付け部材で挟んだりスペーサを挿入したりして、軽い（０．１〜１００ｇ／ｃｍ２程度、好ましくは０．１〜１０ｇ／ｃｍ２程度の）圧力がかかった状態で両者の全面が互いに接触するようにし、非導電膜１５と導電体２１との間に１〜２層の微生物層が形成されるようにするとよい。このとき、導電体２１として多孔性で通水可能な材料を用いることで、導電体（アノード）を通って微生物層に有機物が供給されるようにするとよい。このように、表面積が大きい導電体２１と非導電膜１５とを軽い圧力下で接触させて微生物層を両者間に形成させて微生物反応を行わせるようにすれば、微生物は電子を直接、負極に渡すと推定され、電子メディエータを不要とすることができる。
【００２４】
本発明では、上記のような発電装置１を用い、アノード室１１で微生物により有機物を酸化分解させる際、アノード室１１内の液のｐＨが７以上９以下に維持されるよう、ｐＨ調整を行う。
【００２５】
ｐＨ調整の手段は特に限定されない。例えば、アノード室内の液またはアノード室からの流出液のｐＨを測定し、この測定値が７以上９以下となるようにｐＨ調整剤（特にアルカリ）を添加する方法が挙げられる。アルカリは、アノード室に供給される原液、アノード室内の液、およびアノード室内から排出され循環される循環液のいずれに添加してもよい。
【００２６】
ただし、アノード室内では、液の緩衝能力と有機物濃度および有機物分解量の３要素の関係によってｐＨが変化し、例えば液の緩衝能力が低い一方で有機物濃度が高く分解量が大きければ、流入液のｐＨを上限の９にしていても流出液のｐＨが７を下回りうる。液の緩衝能力を高めるためにバッファを多量に添加すれば、この問題は回避可能であるが、バッファの添加コストがかさむ。
【００２７】
このため、原液のｐＨを上限値に調整するよりは、アノード室内の液または循環液のｐＨ調整を行う方が好ましく、特に循環液のｐＨを調整することが好ましい。循環液のｐＨ調整を行う方法としては、アルカリを添加してもよいし、アノード室からの流出液をアノード室に循環させる循環路の途中に脱気装置を設けて脱炭酸処理をすることでｐＨを高くしてもよい。
【００２８】
また、図１に示す発電装置１のように、アノード室１１を２以上の分室に分割して、これらを直列接続してもよい。アノード室１１を分割すれば、各分室での有機物分解量が小さくなるため、炭酸ガスの生成量も小さくなり、各分室でのｐＨ低下を少なくできる。分割する数はアノード室１１に流入させる原液の有機物濃度によって変えればよく、各分室から流出する液のｐＨが７を下回らないような大きさとなるように分割すればよい。例えば、原液のアルカリ度が１００ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３として）であれば、１０〜２０程度に分割すればよい。また、原液のアルカリ度が２００ｍｇ／Ｌであれば、５〜１０程度に分割すればよい。
【００２９】
各分室は直列接続し、原液が分割された各分室を順次、流れるようにする。例えば図１の発電装置１では、互いに隣接する一対の分室である第１アノード分室１１Ａと第２アノード分室１１Ｂのうち、原液が供給される流入口（第１アノード分室１１Ａの流入口１１１）に近い側である第１アノード分室１１Ａから第２アノード分室１１Ｂに向かって液が流れる。
【００３０】
このようにアノード室１１を分割する場合は、各分室について、その排出口からの流出液のｐＨを上げて次の分室に流入させるとよい。例えば、図では示していないが各分室を連通路で接続し、前段側分室（例えば第１アノード分室１１Ａ）から流出する液のｐＨを測定し、これにアルカリを添加するか、脱炭酸処理を施してｐＨを上げてから次の分室（例えば第２アノード分室１１Ｂ）に送るようにするとよい。
【００３１】
上記方法によってアノード室１１内の液のｐＨが７以上９以下を維持するようにｐＨ調整した状態でアノード室１１において微生物反応による有機物（電子供与体）の酸化反応を進める。電子供与体として酢酸を用いる場合であれば、下記化学式に示す反応により二酸化炭素、Ｈ＋、および電子が生成される。
[化学式１]
ＣＨ３ＣＯＯＨ＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ２＋８Ｈ＋＋８ｅ−
【００３２】
生成されたＨ＋は、カチオンを透過させる非導電膜１５を通ってカソード室１２に移動させる。電子は負極として機能する導電体２１から取り出され、アノード引き出し線２３と導通線１７とを介して導電体２２側に送られる。この過程で導電体２１（負極）と導電体２２（正極）との間には電流が流れ、発電することができる。
【００３３】
本実施形態ではカソード室１２にフェリシアン化カリウムを含む正極溶液を供給して下記化学式による還元反応を行い、アノード室１１で生成された電子を消費させる。
[化学式２]
８Ｆｅ（ＣＮ）６３−＋８ｅ−＋８Ｈ＋→８ＦｅＨ（ＣＮ）６３−
【００３４】
なお、正極として例えば白金を使用するような場合であれば、下記化学式による還元反応を行わせることもできる。
[化学式３]
２Ｏ２＋８Ｈ＋＋８ｅ−→４Ｈ２Ｏ
【実施例】
【００３５】
［試験例１］
試験用の発電装置として図４に示す微生物発電装置２を作成した。発電装置２は、２つの正極用導電体２２で１つの負極用導電体２１を挟む構成とし、全体で容積７００ｍＬ、アノード室１１の容積は７００ｍＬ、各カソード室１２の容積は１７５ｍＬとした。発電装置２には、アノード室１１からの排出液を循環させる循環槽を備える循環路３０を設け、循環路を流れる液のｐＨを測定するｐＨ測定器を設けた。また、循環路には２Ｎの水酸化ナトリウムを添加できるようにし、これをｐＨ調整手段３１とした。
【００３６】
導電体２１は、発電装置１と同様に厚さ１ｃｍのグラファイトフェルト（東洋カーボン株式会社製）４枚を導電性接着剤で張り合わせて構成した。各グラファイトフェルトは大きさが２５０ｍｍ×７０ｍｍの長方形状であり、両表面は粗面である。なお、図４では各グラファイトフェルトについては図示を省略しているが、導電体２１は図に示すようにアノード室１１内全体に充填され、アノード室１１内には空間が実質的に存在しない。すなわちアノード室１１に供給された液は多孔性の導電体２１を通るようにされており、導電体２１内を通らずにアノード室１１を通過すること（ショートパス）が実質的にないよう構成されている。アノード室１１には種菌として下水処理場の生物処理槽から採取した活性汚泥を添加して培養し各グラファイトフェルト表面に微生物を付着させた。これにより、アノード室１１内には４層のグラファイトフェルト層と５層の微生物層とが形成され、アノード１１室内の微生物濃度は約２，２００ｍｇ／Ｌであった。
【００３７】
一方、正極用の導電体２２はそれぞれ、厚さ３ｍｍのグラファイトフェルト１枚で構成した。正極用の導電体２２は、厚さが異なる以外は負極用のグラファイトフェルトと同様の構成であり、両表面は粗面である。
【００３８】
負極用の導電体２１と正極用の導電体２２の間には非導電膜１５としてカチオン透過膜（デュポン株式会社製 商品名「ナフィオン」）を配置した。導電体２２と非導電膜１５とはスペーサ（図示せず）で挟んで互いに密着させた。カソード室１２には、導電体２２の表面のうち非導電膜１５と接する側と反対側に、正極溶液が通液される液室２６を設けた。液室には、電子受容体として５０ｍＭのフェリシアン化カリウムとリン酸バッファとを含む正極溶液を７０ｍＬ／ｍｉｎの流入量となるように供給した。一方、アノード室１１には、１，０００ｍｇ／Ｌの濃度の酢酸と、５０ｍＭの濃度のリン酸バッファ、および塩化アンモニウムとを含む原液を７０ｍＬ／ｍｉｎの流入量で供給した。
【００３９】
導電体２１にはアノード引き出し線２３を接続し、導電体２２にはカソード引き出し線２４を接続し、アノード引き出し線２３とカソード引き出し線２４とは導通線１７で導通させた。アノード引き出し線２３、カソード引き出し線２４、および導通線１７はステンレス製針金で構成した。
【００４０】
上記条件で循環液に対する水酸化ナトリウムの添加量を変え、アノード室１１内の液のｐＨと発電量の関係を求めた。結果を図５に示す。図中、発電効率はアノードの単位容積あたりの発電量として示す。図５に示すように、アノード室１１からの流出液のｐＨが７を下回ると、発電効率が急激に低下することが判明した。同様に、アノード室１１からの流出液がｐＨ９を上回る場合も発電効率が急激に低下した。
【００４１】
［実施例１］
上記試験より、アノード室１１内の液のｐＨが発電効率に影響することが示された。そこで、実施例１として、試験例１で用いた装置の循環路に、水酸化ナトリウムを自動添加してアノード室１１からの流出液のｐＨが７．５を維持するようにした。このとき、アノード室１１に循環流入させる循環液はｐＨ８．２とした。発電装置２に供給した原液および正極溶液の組成、濃度、供給量等のその他の条件については、試験例１と同様とした。
【００４２】
実施例１では、アノード室１１から流出した流出液の炭酸濃度は、無機炭酸（ＩＣ）として３４０ｍｇ／Ｌであった。また、アノードの単位容積あたり５８０Ｗ／ｍ３の電力が得られた。
【００４３】
［実施例２］
実施例２として、循環液に対するアルカリ添加をやめ、代わりに循環路の途中に設置した循環槽に脱気膜（CELGARD社製、リキセル脱気モジュール 直径１inch×長さ５．５inch）を設置しｐＨ調整手段３１とした。このモジュール内部を真空ポンプで減圧することで循環液中の炭酸ガスを脱気した。その他の条件は実施例１と同様にした。その結果、循環液のｐＨを８．０に維持することができ、アノード室１１からの流出液のｐＨは７．２、アノードの単位容積あたりに得られた発電量は５７２Ｗ／ｍ３であった。
【００４４】
［実施例３］
実施例３として、循環路の途中に設置した循環槽に脱気膜を設ける代わりに窒素脱気装置を設けｐＨ調整手段３１とし、循環液中の炭酸ガスを脱気した。その他の条件は実施例２と同様にした。その結果、循環液のｐＨを７．９に維持することができ、アノード室１１からの流出液のｐＨは７．１、アノードの単位容積あたりに得られた発電量は５６６Ｗ／ｍ３であった。
【００４５】
［実施例４］
実施例４では、図１に示す装置を模した発電装置１で実験した。発電装置１のアノード室は４分割し、各分室を配管で接続した各配管には内部を流れる液のｐＨを測定するためにｐＨ計を設けるとともにアルカリを添加するアルカリ注入管を接続した。アノード室１１に供給する原液のｐＨを８．０とし、第１アノード分室から順次、後段側分室に通液する際、各分室から流出する液のｐＨを測定し、この値が７．０以上となるように適宜、アルカリを添加したアノード室を分割し、各分室管を流れる液のｐＨを調整するようにした他は実施例１と同様の条件で試験をしたところ、アノード室１１からの流出液のｐＨは７．０、アノードの単位容積あたりに得られた発電量は５５６Ｗ／ｍ３となった。
【００４６】
上述した通り、本発明によれば、微生物を利用して高い発電効率で発電できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、微生物を利用した発電に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る微生物発電装置の全体模式図。
【図２】前記微生物発電装置のＸ−Ｘ線での断面図。
【図３】前記微生物発電装置のＹ−Ｙ線での断面図。
【図４】試験に用いた微生物発電装置の構成図。
【図５】試験結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４９】
１、２ 微生物発電装置
１１ アノード室
１１Ａ〜Ｃ アノード分室
１２ カソード室
１５ 非導電膜
１７ 導通線
２１ 導電体（アノード）
２２ 導電体（カソード）
２３ アノード引き出し線
２４ カソード引き出し線
３０ 循環路
３１ ｐＨ調整手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物および電子供与体を含む液を保持するアノード室において前記微生物の生物反応により前記電子供与体から電子を取り出し、前記アノード室に配置された負極から、前記負極と電気的に接続された正極に接する電子受容体に前記電子を供与して発電する微生物発電方法であって、
前記アノード室内の液のｐＨを７以上９以下にする微生物発電方法。
【請求項２】
前記アノード室内の液または／および前記アノード室から流出する流出液のｐＨを測定して、前記液のｐＨを７以上９以下に調整する請求項１に記載の微生物発電方法。
【請求項３】
前記アノード室を、２以上の互いに直列接続された分室に分け、
直列接続された一対の前記分室の一方であって前記原液の流入口に近い前段分室に流入する液のｐＨを７以上９以下に調整し、
前記前段分室から流出する液のｐＨを上げた後、前記２分室の他方である後段分室に供給する請求項１または２に記載の微生物発電方法。
【請求項４】
前記前段分室から流出する液を脱気するまたは／および前記液にアルカリを添加することによりｐＨを上げる請求項３に記載の微生物発電方法。
【請求項５】
微生物および電子供与体を含む液を保持し負極が配置されたアノード室と、前記負極と電気的に接続された正極と、を含み、前記微生物の生物反応により前記電子供与体から取り出された電子を、前記負極から前記正極に送り発電する微生物発電装置であって、
前記アノード室内の前記液のｐＨを７以上９以下に維持するｐＨ調整手段をさらに含む微生物発電装置。
【請求項６】
前記アノード室は、２以上の互いに直列接続された分室を有し、
前記分室はそれぞれ、当該分室から流出する液のｐＨが７以上となる大きさに設定されている請求項５に記載の微生物発電装置。
【請求項１】
微生物および電子供与体を含む液を保持するアノード室において前記微生物の生物反応により前記電子供与体から電子を取り出し、前記アノード室に配置された負極から、前記負極と電気的に接続された正極に接する電子受容体に前記電子を供与して発電する微生物発電方法であって、
前記アノード室内の液のｐＨを７以上９以下にする微生物発電方法。
【請求項２】
前記アノード室内の液または／および前記アノード室から流出する流出液のｐＨを測定して、前記液のｐＨを７以上９以下に調整する請求項１に記載の微生物発電方法。
【請求項３】
前記アノード室を、２以上の互いに直列接続された分室に分け、
直列接続された一対の前記分室の一方であって前記原液の流入口に近い前段分室に流入する液のｐＨを７以上９以下に調整し、
前記前段分室から流出する液のｐＨを上げた後、前記２分室の他方である後段分室に供給する請求項１または２に記載の微生物発電方法。
【請求項４】
前記前段分室から流出する液を脱気するまたは／および前記液にアルカリを添加することによりｐＨを上げる請求項３に記載の微生物発電方法。
【請求項５】
微生物および電子供与体を含む液を保持し負極が配置されたアノード室と、前記負極と電気的に接続された正極と、を含み、前記微生物の生物反応により前記電子供与体から取り出された電子を、前記負極から前記正極に送り発電する微生物発電装置であって、
前記アノード室内の前記液のｐＨを７以上９以下に維持するｐＨ調整手段をさらに含む微生物発電装置。
【請求項６】
前記アノード室は、２以上の互いに直列接続された分室を有し、
前記分室はそれぞれ、当該分室から流出する液のｐＨが７以上となる大きさに設定されている請求項５に記載の微生物発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１５２０９７（Ｐ２００９−１５２０９７Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２９７７６（Ｐ２００７−３２９７７６）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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