移動体
【課題】安全性に優れかつ環境負荷が少ない移動体を提供する。
【解決手段】移動体１の動力源として、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定され、負極で燃料の酸化反応が生じて電子を放出すると共に、正極でこの電子と外部から供給される酸素とにより還元反応が進行することで、電力を発生する酵素電池２を搭載する。また、この移動体１には、酵素電池２と共に、食品廃棄物等のバイオマス原料から、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物等のバイオマス燃料を生成する燃料発生部と、生成したバイオマス燃料を酵素電池２に導入する燃料導入部とを搭載することもできる。
【解決手段】移動体１の動力源として、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定され、負極で燃料の酸化反応が生じて電子を放出すると共に、正極でこの電子と外部から供給される酸素とにより還元反応が進行することで、電力を発生する酵素電池２を搭載する。また、この移動体１には、酵素電池２と共に、食品廃棄物等のバイオマス原料から、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物等のバイオマス燃料を生成する燃料発生部と、生成したバイオマス燃料を酵素電池２に導入する燃料導入部とを搭載することもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車及び列車等の移動体に関する。より詳しくは、酸化還元酵素を使用した酵素電池を動力源として搭載した移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の移動体の燃料には、ガソリン又は軽油等の可燃性液体が使用されている。しかしながら、このような可燃性液体を搭載した移動体は、衝突及び追突等の大きな事故の場合に、燃料への引火及び爆発等が発生する可能性があり、２次的被害を招くおそれがある。また、ガソリン及び軽油等の化石燃料により動力源を駆動させると、温暖化ガスである二酸化炭素や大気汚染物質である窒素酸化物が排出されるため、環境負荷が大きいという問題点もある。
【０００３】
そこで、近年、安全性向上及び環境負荷低減の観点から、化石燃料を使用しない移動体の開発が進められており、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池を動力源として使用した電気自動車等が実用化されている。
【０００４】
また、本格的な実用化には至っていないが、動力源として燃料電池を使用した移動体も提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。しかしながら、従来の燃料電池自動車には、起動性、耐久性、燃料の安全性、高出力化、排熱の冷却対策及び寒冷地対策等、種々の課題がある。
【０００５】
そこで、現在開発されている燃料電池自動車では、前述した課題の１つである起動性に関係する発進時及び加速時の出力不足を補うため、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池等の補助電源を搭載している。図５は特許文献１に記載の燃料電池搭載車両の構成を模式的に示す図である。図５に示すように、特許文献１に記載の燃料電池搭載車両１００においては、燃料電池１０１と二次電池１０２とを併用した場合の運転環境を良好にするために、フロントシート１０３の下方領域に燃料電池１０１を集約して配置すると共に、リアシート１０４の下方領域に二次電池１０２を集約して配置している。また、二次電池１０２の後方には、水素等の燃料ガスが充填された燃料タンク１０５が設置されている。
【０００６】
一方、従来の燃料電池は、燃料として水素ガス及び天然ガス等の爆発性・可燃性があるガスや、メタノール等のアルコール類又はガソリンを改質した燃料等の安全対策が必要な燃料を使用している。このため、従来の燃料電池を自動車等の移動体に適用する場合は、安全性の観点から燃料が外部に漏洩しないようにする必要がある。そこで、特許文献２に記載の燃料電池自動車では、燃料ガス、酸化ガス及び冷却水を供給する流体配給手段を、燃料電池の最下部左右端でかつ駆動モーターの上側左右端に配置することにより流体供給手段のシール範囲を小さくして、ガス漏れ防止による安全性向上を図っている。
【０００７】
また、特許文献３に記載の燃料電池車両では、アイドル停止中に燃料電池の発電安定性が低下することを防止するため、ディスチャージ制御による生成水が燃料電池内に蓄積されないようにしている。更に、特許文献４には、他の機器の排熱を利用して燃料電池の暖機を効率的に行う燃料電池自動車が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１８６２００号公報
【特許文献２】特開２００７−１４５３０９号公報
【特許文献３】特開２００７−１９４０４２号公報
【特許文献４】特開２００７−２３８０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。先ず、電気自動車のように、リチウムイオン二次電池及びニッケル水素二次電池等の二次電池を動力源する移動体の場合、二次電池単独では駆動に必要な動力が得られないため、化石燃料を使用した従来の動力源と併用しなければならず、安全性及び環境負荷の問題を完全に解決することはできないという問題点がある。
【００１０】
また、燃料電池を動力源として使用した従来の移動体は、燃料として爆発性・可燃性のガス又は引火性がある液体を使用しているため、特許文献２に記載されている燃料電池自動車のように、安全性を確保するための機構及びシステムが必要となるという問題点がある。特に、燃料として安全性が極めて低い水素ガスを使用した場合は、クリーンなシステムは実現できるが、化石燃料を使用した従来の動力源以上の安全対策が必要となる。
【００１１】
更に、従来の燃料電池は、触媒に白金等の希少金属を使用するため、製造コストが増加すると共に、資源枯渇の問題も引き起こす。従って、特許文献１〜４に記載されているような従来の燃料電池を使用した移動体では、安全性確保及び環境負荷低減の両方を実現することはできない。
【００１２】
そこで、本発明は、安全性に優れかつ環境負荷が少ない移動体を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る移動体は、動力源として、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定された酵素電池が搭載されている。
本発明においては、動力源が酵素電池であるため、可燃性及び爆発性のない安全な燃料を使用することができる。また、本発明で使用している酵素電池は、触媒が酵素であり、環境負荷が大きいガス等の排出もないため、資源枯渇及び環境汚染の問題は発生しない。
また、本発明の移動体は、バイオマス燃料を生成する燃料発生部と、生成したバイオマス燃料を前記酵素電池に導入する燃料導入部とを備えていてもよい。
この場合のバイオマス燃料は、例えば糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物から選択された少なくとも１種である。
更に、前述した移動体は、例えば自動車である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、動力源として可燃性及び爆発性のない燃料が使用可能な酵素電池を使用しているため、事故の際も爆発及び引火による二次災害のおそれがなく、また触媒は酵素で、エネルギーを発生する際に温室効果ガスや環境汚染物質を排出しないため、安全でかつ環境負荷が少ない移動体を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
先ず、本発明の第１の実施形態に係る移動体について説明する。図１は本実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。図１に示すように、本実施形態の移動体１には、動力源として酵素電池２が搭載されている。
【００１７】
酵素電池２は、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素を固定した燃料電池であり、例えばグルコース及びエタノール等のように通常の工業触媒では利用できない燃料から、効率よく電子を取り出すことができるため、高容量でかつ安全性が高い電池である。
【００１８】
図２は酵素電池２の構成及び反応機構の一例を模式的に示す図である。本実施形態の移動体１に設けられる酵素電池２の構造は特に限定されるものではないが、例えば、図２に示すように、負極２１と正極２２とが、プロトンのみを伝達する電解質層２３を介して対向した構造とすることができる。
【００１９】
上述した酵素電池２における負極２１は、例えば、多孔質カーボン等からなる電極上に、単糖類、多糖類及びデンプン等の燃料の分解に関与する酵素と、燃料の分解プロセスにおける酸化反応によって還元体が生成される補酵素と、補酵素の還元体を酸化する補酵素酸化酵素と、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って電極に渡す電子メディエーターとが、例えばポリマー等からなる固定化材によって固定化された構成となっている。
【００２０】
酵素電池２の負極２１を構成する電極の材料は、前述した多孔質カーボンに限定されるものではなく、公知のあらゆる素材を用いることができ、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されるものではない。例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＨｆ等の金属材料、アルメル、真ちゅう、ジュラルミン、青銅、ニッケリン、白金ロジウム、ハイパーコ、パーマロイ、パーメンダー、洋銀及びリン青銅等の合金類、ポリアセチレン類等の導電性高分子、グラファイト及びカーボンブラック等の炭素材、ＨｆＢ２、ＮｂＢ、ＣｒＢ２及びＢ４Ｃ等の硼化物、ＴｉＮ及びＺｒＮ等の窒化物、ＶＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２及びＴａＳｉ２等の珪化物、並びにこれらの複合材料を用いることができる。
【００２１】
また、負極２に固定される酵素は、使用する燃料の種類に応じて適宜選択することができるが、例えば燃料として糖類を用いる場合には、糖類の酸化を促進し分解する酸化酵素が適用される。このような酸化酵素の一例としては、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコネート５デヒドロゲナーゼ、グルコネート２デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドレダクターゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシパルベートレダクターゼ、グリセレートデヒドロゲナーゼ、フォルメートデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ガラクトースデヒドロゲナーゼ等が挙げられる。
【００２２】
更に、負極２１に固定される補酵素としては、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（nicotinamide adenine dinucleotide；以下、ＮＡＤ＋と称する。）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate；以下、ＮＡＤＰ＋と称する。）、フラビンアデニンジヌクレオチド（flavin adenine dinucleotide；以下、ＦＡＤ＋と称する。）、ピロロキノリンキノン（pyrrollo-quinoline quinone；以下、ＰＱＱ２＋と称する。）等が挙げられる。また、補酵素酸化酵素としては、例えば、ジアホラーゼが挙げられる。
【００２３】
更にまた、発生した電子の電極への受け渡しをスムーズにするために負極に固定される電子伝達メディエーターとしては、例えば、２−アミノ−３−カルボキシ−１，４−ナフトキノン（ＡＣＮＱ）、ビタミンＫ３、２−アミノ−１，４−ナフトキノン（ＡＮＱ）、２−アミノ−３−メチル−１，４−ナフトキノン（ＡＭＮＱ）、２、３−ジアミノ−１，４−ナフトキノン、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の金属錯体、ベンジルビオローゲン等のビオローゲン化合物、キノン骨格を有する化合物、ニコチンアミド構造を有する化合物、リボフラビン構造を有する化合物、ヌクレオチド−リン酸構造を有する化合物等が挙げられる。なお、これらの電子伝達メディエーターの中でも特に、ＡＮＱを使用することが好ましく、これにより０．５Ｖ以上の高出力を得ることができる。
【００２４】
一方、酵素電池２における正極２２は、例えば、触媒が担持された炭素粉末又は炭素に保持されない触媒粒子により構成されている。正極２２の触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）の微粒子、又は鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びルテニウム（Ｒｕ）等の遷移金属と白金との合金若しくは酸化物からなる微粒子を使用することができる。また、正極２２は、例えば、電解質層２３の側から順に触媒又は触媒を含む炭化粉末からなる触媒層と多孔質の炭素材料からなるガス拡散層とが積層された構造とすることもできる。
【００２５】
更に、正極２２は、前述した負極２１と同様に、触媒として酸化還元酵素を固定した構造にすることもできる。その場合、電極材料としては、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されるものではないが、例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＨｆ等の金属材料、アルメル、真ちゅう、ジュラルミン、青銅、ニッケリン、白金ロジウム、ハイパーコ、パーマロイ、パーメンダー、洋銀及びリン青銅等の合金類、ポリアセチレン類等の導電性高分子、グラファイト及びカーボンブラック等の炭素材、ＨｆＢ２、ＮｂＢ、ＣｒＢ２及びＢ４Ｃ等の硼化物、ＴｉＮ及びＺｒＮ等の窒化物、ＶＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２及びＴａＳｉ２等の珪化物、並びにこれらの複合材料を用いることができる。
【００２６】
また、正極２２に固定し得る酵素としては、酸素を反応基質とするオキシダーゼ活性を有する酵素であれば、その種類は特に限定されず、必要に応じて適宜選択することが可能である。具体的には、ラッカーゼ、ビリルビンオキシダーゼ及びアスコルビン酸オキシダーゼ等を用いることができる。
【００２７】
更に、正極２２には、上述した酵素に加えて、電子伝達メディエーターを固定してもよい。これにより、負極２１で発生した電子の受け取りを、スムーズにすることができる。なお、正極２２に固定し得る電子伝達メディエーターの種類は特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＡＢＴＳ（2,2'-azinobis (3-ethylbenzoline-6-sulfonate)）及びＫ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］等を用いることが可能である。
【００２８】
また、酵素電池２における電解質層２３は、負極２１において発生したプロトン（Ｈ＋）を正極２２に輸送するものであり、電子は輸送せずにプロトンのみを輸送することが可能な材料で形成されたプロトン伝導膜と、緩衝物質を含む電解質とで構成されている。電解質層２３を構成するプロトン伝導膜としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸（ＰＦＳ）系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含有させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、ＰＳＳＡ−ＰＶＡ（ポリスチレンスルホン酸ポリビニルアルコール共重合体）、及びＰＳＳＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホン酸エチレンビニルアルコール共重合体）等からなるものが挙げられる。
【００２９】
また、電解質に含まれる緩衝物質としては、例えば、リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）やリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）等が生成するリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）、２−アミノ−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール（略称トリス）、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（ＭＥＳ）、カコジル酸、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、クエン酸水素イオン、Ｎ−（２−アセトアミド）イミノ二酢酸（ＡＤＡ）、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス（２−エタンスルホン酸）（ＰＩＰＥＳ）、Ｎ−（２−アセトアミド）−２−アミノエタンスルホン酸（ＡＣＥＳ）、３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−２−エタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−３−プロパンスルホン酸（ＨＥＰＰＳ）、Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］グリシン（略称トリシン）、グリシルグリシン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン（略称ビシン）、イミダゾール、トリアゾール、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、イミダゾール誘導体（ヒスチジン、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、イミダゾール−２−カルボン酸エチル、イミダゾール−２−カルボキシアルデヒド、イミダゾール−４−カルボン酸、イミダゾール−４，５−ジカルボン酸、イミダゾール−１−イル−酢酸、２−アセチルベンズイミダゾール、１−アセチルイミダゾール、Ｎ−アセチルイミダゾール、２−アミノベンズイミダゾール、Ｎ−（３−アミノプロピル) イミダゾール、５−アミノ−２−（トリフルオロメチル) ベンズイミダゾール、４−アザベンズイミダゾール、４−アザ−２−メルカプトベンズイミダゾール、ベンズイミダゾール、１−ベンジルイミダゾール、１−ブチルイミダゾール）等のイミダゾール環を含む化合物等が挙げられる。
【００３０】
そして、少なくとも、負極２１及び正極２２に固定化された酵素の周囲の電解質層２３に含まれる緩衝物質の濃度は、０．２〜２．５Ｍであることが好ましく、より好ましくは０．４〜２Ｍ、更に好ましくは０．８〜１．２Ｍである。これにより、高い緩衝能を得ることができ、燃料電池２が高出力作動時においても、酵素本来の能力を十分に発揮することができる。
【００３１】
なお、このように電解質層３の緩衝物質濃度が高い酵素電池２においては、燃料溶液との接触部を腐食防止加工した素材で形成することが望ましい。これにより、耐久性を向上させることができる。また、移動体１用の酵素電池２では、スプレー法等により各酵素を均一に塗布した大面積の電極を使用することが望ましい。これにより、個々の酵素電池の出力を安定して向上させることができる。
【００３２】
上述の如く構成された酵素電池２においては、負極２１で燃料の酸化反応が生じて電子を放出する。具体的には、燃料の酸化分解に伴い、酸化型の補酵素がそれぞれの還元型であるＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ、ＦＡＤＨ及びＰＱＱＨ２に還元される反応と、補酵素酸化酵素により、還元型の補酵素が酸化型の補酵素へ戻される反応とからなる酸化還元反応が繰り返され、補酵素が還元型から酸化型に戻る際に２電子が発生する。この反応で発生した電子は、電解質層２３介して負極２１から正極２２に移動する。そして、正極２２において、電子と外部から供給される酸素とにより還元反応が進行する。この酵素電池２では、上述した一連の反応を進行させることにより、電気エネルギーを発生する。
【００３３】
例えば、酵素電池２の燃料にグルコースを使用した場合は、負極２１でグルコース（Glucose）の酸化反応が進行し、正極２２で大気中の酸素（Ｏ２）の還元反応が進行する。そして、負極２１では、グルコース（Glucose）、グルコース脱水素酵素（Glucose Dehydrogenase）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋；Nicotinamide Adenine Dinucleotide）、ジアホラーゼ（Diaphorase）、ミディエーター、電極の順に電子が受け渡される。
【００３４】
次に、酵素電池２を搭載した移動体１の具体的構成について、移動体１が自動車である場合を例にして説明する。図３は酵素電池搭載自動車の構成の一例を示す図である。図３に示す酵素電池搭載自動車３０では、車両本体の前方にモータールーム３１、中央部に車室３２、後方にトランクルーム３３が設けられている。そして、モータールーム３１の下部には左右一対の前輪３４が取り付けられ、車室３２の後方下部には左右一対の後輪３５が取り付けられている。
【００３５】
この自動車３０は、モータールーム３１に駆動モーター３８が搭載されており、この駆動モーター３８で前輪３４を回転させることにより走行する。また、モータールーム３１には、自動車３０に搭載された各機器類に電力を供給する酵素電池２が搭載されている。即ち、図３に示す自動車３０では、駆動モーター３８と酵素電池２とが電気的に接続されており、酵素電池２で発生した電力によって駆動モーター３８が作動し、走行する。
【００３６】
また、車室３２の下部には、酵素電池２の燃料を貯留する燃料タンク３６が設置されており、この燃料タンク３６は管３９によって酵素電池２と連結されている。更に、燃料タンク３６と酵素電池２との間には、燃料を酵素電池２に向かって通流させるためのポンプ及び燃料の流量を調整するためのフローメーター等を備えた燃料供給装置３７が設けられている。
【００３７】
図３に示す酵素電池搭載自動車３０においては、例えばラジエター４０等の駆動モーター３８以外の機器類にも、酵素電池２から電力が供給される。また、この自動車３０では、車室３２の下部に電力制御装置４１等の各種制御装置が設置されるが、補酵素電池２で使用される燃料は安全性が高いものであるため、これらを燃料タンク３６の近傍に配置しても問題はない。
【００３８】
なお、図３に示す自動車３０では、モータールーム３１に酵素電池２を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、酵素電池２を車室３２の下部に配置することもできる。ただし、正極に空気を取り入れやすくするためには、酵素電池２は車体下部又は前方部に、正極が下側になるように配置することが望ましい。また、車体の前面から空気を取り込んだ空気を正極に導入するための経路を設けたり、正極を露出させたり、ファンで空気を送るような機構を設けたりしてもよい。
【００３９】
上述の如く本実施形態の移動体１は、動力源が酵素電池２であるため、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物等の生物が通常エネルギー源としている安全な物質を燃料として使用することができる。これにより、衝突事故等の大事故が起こった場合でも、燃料への引火及び爆発等による二次災害の心配がなくなるため、安全性を確保するための機構及びシステムが不要になる。
【００４０】
また、本実施形態の移動体１に搭載されている酵素電池２は、少なくとも一方の電極に固定される触媒が酵素であるため、燃料電池を使用した従来の移動体に比べて白金等の希少金属の使用量を大幅に低減することができる。更に、酵素電池２は、二酸化炭素等の温暖化ガス及び窒素酸化物等の環境汚染物質を発生しないため、本実施形態の移動体１では、排気ガスを浄化するための設備が不要となり、低コストでクリーンなシステムを実現することができる。その結果、製造コストの低減、安全性確保及び環境負荷低減の全てを満たす移動体を実現することができる。
【００４１】
また、酵素電池２は、従来の燃料電池よりも安全性が高い燃料を使用することができるため、本実施形態の移動体１では、燃料補充を運転者又は同乗者が容易に行うことができ、更に、室内から燃料を補充することも可能となる。更に、酵素電池２は、安全性確保のための設備が不要であるため、従来の燃料電池に比べて小型化することが可能である。このため、本実施形態の移動体１は、従来の燃料電池を使用した移動体に比べて、動力源を設置するために要するスペースを小さくすることができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る移動体について説明する。図２は本実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。図２に示すように、本実施形態の移動体１１は、酵素電池１２に加えて、原料からバイオマス燃料を生成する燃料発生部１３と、この燃料発生部１３で生成したバイオマス燃料を酵素電池１２に導入する燃料導入部１４とが設けられている。
【００４３】
本実施形態の移動体１１における燃料発生部１３は、例えば、バイオマス原料を粉砕する原材料粉砕部と、粉砕された原料を発酵させてバイオマス燃料を生成する原材料発酵部とを備えた構成とすることができる。また、燃料導入部１４は、例えば、バイオマス原料と生成したバイオマス燃料とを分離するバイオ燃料抽出部と、抽出されたバイオマス燃料と酵素電池で用いる電解液とを混合する燃料−電解液混合部とを備えた構成とすることができる。
【００４４】
上述の如く構成された移動体１１においては、燃料発生部１３に、例えば、食品廃棄物、下水汚泥、廃棄紙、黒液（パルプ廃液）、木質廃材、家畜糞尿、食用油、米、麦、トウモロコシ及びサトウキビ等のバイオマス原料を投入することにより、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物等のバイオマス燃料が生成する。そして、生成したバイオマス燃料は、燃料導入部１４を介して酵素電池１２に導入され、これにより酵素電池１２で電力が発生し、移動体１１が駆動する。
【００４５】
本実施形態の移動体１１は、燃料発生部１３で酵素電池１２の燃料を生成することができるため、あらゆるバイオマス原料を、移動体１１の燃料として直接使用することができる。
【００４６】
なお、本実施形態の移動体１１における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態の移動体と同様である。
【００４７】
前述した第１及び第２の実施形態においては、移動体が自動車である場合を例に説明しているが、本発明は自動車に限定されるものではなく、例えば、列車、バイク、動力付自転車、車椅子及び電動立ち乗り二輪車等の各種移動体、更には、無線操縦可能な自動車及び飛行機等の移動体玩具等にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。
【図２】酵素電池２の構成及び反応機構の一例を模式的に示す図である。
【図３】酵素電池搭載自動車の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。
【図５】特許文献１に記載の燃料電池搭載車両の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１１ 移動体
２、１２ 酵素電池
１３ 燃料発生部
１４ 燃料導入部
２１ 負極
２２ 正極
２３ 電解質層
３０ 酵素電池搭載自動車
３１ モータールーム
３２ 車室
３３ トランクルーム
３４ 前輪
３５ 後輪
３６ 燃料タンク
３７ 燃料供給装置
３８ 駆動モーター
３９ 管
４０ ラジエター
４１ 電力制御装置
１００ 燃料電池搭載車両
１０１ 燃料電池
１０２ 二次電池
１０３ フロントシート
１０４ リアシート
１０５ 燃料タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車及び列車等の移動体に関する。より詳しくは、酸化還元酵素を使用した酵素電池を動力源として搭載した移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の移動体の燃料には、ガソリン又は軽油等の可燃性液体が使用されている。しかしながら、このような可燃性液体を搭載した移動体は、衝突及び追突等の大きな事故の場合に、燃料への引火及び爆発等が発生する可能性があり、２次的被害を招くおそれがある。また、ガソリン及び軽油等の化石燃料により動力源を駆動させると、温暖化ガスである二酸化炭素や大気汚染物質である窒素酸化物が排出されるため、環境負荷が大きいという問題点もある。
【０００３】
そこで、近年、安全性向上及び環境負荷低減の観点から、化石燃料を使用しない移動体の開発が進められており、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池を動力源として使用した電気自動車等が実用化されている。
【０００４】
また、本格的な実用化には至っていないが、動力源として燃料電池を使用した移動体も提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。しかしながら、従来の燃料電池自動車には、起動性、耐久性、燃料の安全性、高出力化、排熱の冷却対策及び寒冷地対策等、種々の課題がある。
【０００５】
そこで、現在開発されている燃料電池自動車では、前述した課題の１つである起動性に関係する発進時及び加速時の出力不足を補うため、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池等の補助電源を搭載している。図５は特許文献１に記載の燃料電池搭載車両の構成を模式的に示す図である。図５に示すように、特許文献１に記載の燃料電池搭載車両１００においては、燃料電池１０１と二次電池１０２とを併用した場合の運転環境を良好にするために、フロントシート１０３の下方領域に燃料電池１０１を集約して配置すると共に、リアシート１０４の下方領域に二次電池１０２を集約して配置している。また、二次電池１０２の後方には、水素等の燃料ガスが充填された燃料タンク１０５が設置されている。
【０００６】
一方、従来の燃料電池は、燃料として水素ガス及び天然ガス等の爆発性・可燃性があるガスや、メタノール等のアルコール類又はガソリンを改質した燃料等の安全対策が必要な燃料を使用している。このため、従来の燃料電池を自動車等の移動体に適用する場合は、安全性の観点から燃料が外部に漏洩しないようにする必要がある。そこで、特許文献２に記載の燃料電池自動車では、燃料ガス、酸化ガス及び冷却水を供給する流体配給手段を、燃料電池の最下部左右端でかつ駆動モーターの上側左右端に配置することにより流体供給手段のシール範囲を小さくして、ガス漏れ防止による安全性向上を図っている。
【０００７】
また、特許文献３に記載の燃料電池車両では、アイドル停止中に燃料電池の発電安定性が低下することを防止するため、ディスチャージ制御による生成水が燃料電池内に蓄積されないようにしている。更に、特許文献４には、他の機器の排熱を利用して燃料電池の暖機を効率的に行う燃料電池自動車が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１８６２００号公報
【特許文献２】特開２００７−１４５３０９号公報
【特許文献３】特開２００７−１９４０４２号公報
【特許文献４】特開２００７−２３８０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。先ず、電気自動車のように、リチウムイオン二次電池及びニッケル水素二次電池等の二次電池を動力源する移動体の場合、二次電池単独では駆動に必要な動力が得られないため、化石燃料を使用した従来の動力源と併用しなければならず、安全性及び環境負荷の問題を完全に解決することはできないという問題点がある。
【００１０】
また、燃料電池を動力源として使用した従来の移動体は、燃料として爆発性・可燃性のガス又は引火性がある液体を使用しているため、特許文献２に記載されている燃料電池自動車のように、安全性を確保するための機構及びシステムが必要となるという問題点がある。特に、燃料として安全性が極めて低い水素ガスを使用した場合は、クリーンなシステムは実現できるが、化石燃料を使用した従来の動力源以上の安全対策が必要となる。
【００１１】
更に、従来の燃料電池は、触媒に白金等の希少金属を使用するため、製造コストが増加すると共に、資源枯渇の問題も引き起こす。従って、特許文献１〜４に記載されているような従来の燃料電池を使用した移動体では、安全性確保及び環境負荷低減の両方を実現することはできない。
【００１２】
そこで、本発明は、安全性に優れかつ環境負荷が少ない移動体を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る移動体は、動力源として、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定された酵素電池が搭載されている。
本発明においては、動力源が酵素電池であるため、可燃性及び爆発性のない安全な燃料を使用することができる。また、本発明で使用している酵素電池は、触媒が酵素であり、環境負荷が大きいガス等の排出もないため、資源枯渇及び環境汚染の問題は発生しない。
また、本発明の移動体は、バイオマス燃料を生成する燃料発生部と、生成したバイオマス燃料を前記酵素電池に導入する燃料導入部とを備えていてもよい。
この場合のバイオマス燃料は、例えば糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物から選択された少なくとも１種である。
更に、前述した移動体は、例えば自動車である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、動力源として可燃性及び爆発性のない燃料が使用可能な酵素電池を使用しているため、事故の際も爆発及び引火による二次災害のおそれがなく、また触媒は酵素で、エネルギーを発生する際に温室効果ガスや環境汚染物質を排出しないため、安全でかつ環境負荷が少ない移動体を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
先ず、本発明の第１の実施形態に係る移動体について説明する。図１は本実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。図１に示すように、本実施形態の移動体１には、動力源として酵素電池２が搭載されている。
【００１７】
酵素電池２は、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素を固定した燃料電池であり、例えばグルコース及びエタノール等のように通常の工業触媒では利用できない燃料から、効率よく電子を取り出すことができるため、高容量でかつ安全性が高い電池である。
【００１８】
図２は酵素電池２の構成及び反応機構の一例を模式的に示す図である。本実施形態の移動体１に設けられる酵素電池２の構造は特に限定されるものではないが、例えば、図２に示すように、負極２１と正極２２とが、プロトンのみを伝達する電解質層２３を介して対向した構造とすることができる。
【００１９】
上述した酵素電池２における負極２１は、例えば、多孔質カーボン等からなる電極上に、単糖類、多糖類及びデンプン等の燃料の分解に関与する酵素と、燃料の分解プロセスにおける酸化反応によって還元体が生成される補酵素と、補酵素の還元体を酸化する補酵素酸化酵素と、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って電極に渡す電子メディエーターとが、例えばポリマー等からなる固定化材によって固定化された構成となっている。
【００２０】
酵素電池２の負極２１を構成する電極の材料は、前述した多孔質カーボンに限定されるものではなく、公知のあらゆる素材を用いることができ、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されるものではない。例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＨｆ等の金属材料、アルメル、真ちゅう、ジュラルミン、青銅、ニッケリン、白金ロジウム、ハイパーコ、パーマロイ、パーメンダー、洋銀及びリン青銅等の合金類、ポリアセチレン類等の導電性高分子、グラファイト及びカーボンブラック等の炭素材、ＨｆＢ２、ＮｂＢ、ＣｒＢ２及びＢ４Ｃ等の硼化物、ＴｉＮ及びＺｒＮ等の窒化物、ＶＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２及びＴａＳｉ２等の珪化物、並びにこれらの複合材料を用いることができる。
【００２１】
また、負極２に固定される酵素は、使用する燃料の種類に応じて適宜選択することができるが、例えば燃料として糖類を用いる場合には、糖類の酸化を促進し分解する酸化酵素が適用される。このような酸化酵素の一例としては、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコネート５デヒドロゲナーゼ、グルコネート２デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドレダクターゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシパルベートレダクターゼ、グリセレートデヒドロゲナーゼ、フォルメートデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ガラクトースデヒドロゲナーゼ等が挙げられる。
【００２２】
更に、負極２１に固定される補酵素としては、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（nicotinamide adenine dinucleotide；以下、ＮＡＤ＋と称する。）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate；以下、ＮＡＤＰ＋と称する。）、フラビンアデニンジヌクレオチド（flavin adenine dinucleotide；以下、ＦＡＤ＋と称する。）、ピロロキノリンキノン（pyrrollo-quinoline quinone；以下、ＰＱＱ２＋と称する。）等が挙げられる。また、補酵素酸化酵素としては、例えば、ジアホラーゼが挙げられる。
【００２３】
更にまた、発生した電子の電極への受け渡しをスムーズにするために負極に固定される電子伝達メディエーターとしては、例えば、２−アミノ−３−カルボキシ−１，４−ナフトキノン（ＡＣＮＱ）、ビタミンＫ３、２−アミノ−１，４−ナフトキノン（ＡＮＱ）、２−アミノ−３−メチル−１，４−ナフトキノン（ＡＭＮＱ）、２、３−ジアミノ−１，４−ナフトキノン、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の金属錯体、ベンジルビオローゲン等のビオローゲン化合物、キノン骨格を有する化合物、ニコチンアミド構造を有する化合物、リボフラビン構造を有する化合物、ヌクレオチド−リン酸構造を有する化合物等が挙げられる。なお、これらの電子伝達メディエーターの中でも特に、ＡＮＱを使用することが好ましく、これにより０．５Ｖ以上の高出力を得ることができる。
【００２４】
一方、酵素電池２における正極２２は、例えば、触媒が担持された炭素粉末又は炭素に保持されない触媒粒子により構成されている。正極２２の触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）の微粒子、又は鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びルテニウム（Ｒｕ）等の遷移金属と白金との合金若しくは酸化物からなる微粒子を使用することができる。また、正極２２は、例えば、電解質層２３の側から順に触媒又は触媒を含む炭化粉末からなる触媒層と多孔質の炭素材料からなるガス拡散層とが積層された構造とすることもできる。
【００２５】
更に、正極２２は、前述した負極２１と同様に、触媒として酸化還元酵素を固定した構造にすることもできる。その場合、電極材料としては、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されるものではないが、例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＨｆ等の金属材料、アルメル、真ちゅう、ジュラルミン、青銅、ニッケリン、白金ロジウム、ハイパーコ、パーマロイ、パーメンダー、洋銀及びリン青銅等の合金類、ポリアセチレン類等の導電性高分子、グラファイト及びカーボンブラック等の炭素材、ＨｆＢ２、ＮｂＢ、ＣｒＢ２及びＢ４Ｃ等の硼化物、ＴｉＮ及びＺｒＮ等の窒化物、ＶＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２及びＴａＳｉ２等の珪化物、並びにこれらの複合材料を用いることができる。
【００２６】
また、正極２２に固定し得る酵素としては、酸素を反応基質とするオキシダーゼ活性を有する酵素であれば、その種類は特に限定されず、必要に応じて適宜選択することが可能である。具体的には、ラッカーゼ、ビリルビンオキシダーゼ及びアスコルビン酸オキシダーゼ等を用いることができる。
【００２７】
更に、正極２２には、上述した酵素に加えて、電子伝達メディエーターを固定してもよい。これにより、負極２１で発生した電子の受け取りを、スムーズにすることができる。なお、正極２２に固定し得る電子伝達メディエーターの種類は特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＡＢＴＳ（2,2'-azinobis (3-ethylbenzoline-6-sulfonate)）及びＫ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］等を用いることが可能である。
【００２８】
また、酵素電池２における電解質層２３は、負極２１において発生したプロトン（Ｈ＋）を正極２２に輸送するものであり、電子は輸送せずにプロトンのみを輸送することが可能な材料で形成されたプロトン伝導膜と、緩衝物質を含む電解質とで構成されている。電解質層２３を構成するプロトン伝導膜としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸（ＰＦＳ）系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含有させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、ＰＳＳＡ−ＰＶＡ（ポリスチレンスルホン酸ポリビニルアルコール共重合体）、及びＰＳＳＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホン酸エチレンビニルアルコール共重合体）等からなるものが挙げられる。
【００２９】
また、電解質に含まれる緩衝物質としては、例えば、リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）やリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）等が生成するリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）、２−アミノ−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール（略称トリス）、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（ＭＥＳ）、カコジル酸、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、クエン酸水素イオン、Ｎ−（２−アセトアミド）イミノ二酢酸（ＡＤＡ）、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス（２−エタンスルホン酸）（ＰＩＰＥＳ）、Ｎ−（２−アセトアミド）−２−アミノエタンスルホン酸（ＡＣＥＳ）、３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−２−エタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−３−プロパンスルホン酸（ＨＥＰＰＳ）、Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］グリシン（略称トリシン）、グリシルグリシン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン（略称ビシン）、イミダゾール、トリアゾール、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、イミダゾール誘導体（ヒスチジン、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、イミダゾール−２−カルボン酸エチル、イミダゾール−２−カルボキシアルデヒド、イミダゾール−４−カルボン酸、イミダゾール−４，５−ジカルボン酸、イミダゾール−１−イル−酢酸、２−アセチルベンズイミダゾール、１−アセチルイミダゾール、Ｎ−アセチルイミダゾール、２−アミノベンズイミダゾール、Ｎ−（３−アミノプロピル) イミダゾール、５−アミノ−２−（トリフルオロメチル) ベンズイミダゾール、４−アザベンズイミダゾール、４−アザ−２−メルカプトベンズイミダゾール、ベンズイミダゾール、１−ベンジルイミダゾール、１−ブチルイミダゾール）等のイミダゾール環を含む化合物等が挙げられる。
【００３０】
そして、少なくとも、負極２１及び正極２２に固定化された酵素の周囲の電解質層２３に含まれる緩衝物質の濃度は、０．２〜２．５Ｍであることが好ましく、より好ましくは０．４〜２Ｍ、更に好ましくは０．８〜１．２Ｍである。これにより、高い緩衝能を得ることができ、燃料電池２が高出力作動時においても、酵素本来の能力を十分に発揮することができる。
【００３１】
なお、このように電解質層３の緩衝物質濃度が高い酵素電池２においては、燃料溶液との接触部を腐食防止加工した素材で形成することが望ましい。これにより、耐久性を向上させることができる。また、移動体１用の酵素電池２では、スプレー法等により各酵素を均一に塗布した大面積の電極を使用することが望ましい。これにより、個々の酵素電池の出力を安定して向上させることができる。
【００３２】
上述の如く構成された酵素電池２においては、負極２１で燃料の酸化反応が生じて電子を放出する。具体的には、燃料の酸化分解に伴い、酸化型の補酵素がそれぞれの還元型であるＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ、ＦＡＤＨ及びＰＱＱＨ２に還元される反応と、補酵素酸化酵素により、還元型の補酵素が酸化型の補酵素へ戻される反応とからなる酸化還元反応が繰り返され、補酵素が還元型から酸化型に戻る際に２電子が発生する。この反応で発生した電子は、電解質層２３介して負極２１から正極２２に移動する。そして、正極２２において、電子と外部から供給される酸素とにより還元反応が進行する。この酵素電池２では、上述した一連の反応を進行させることにより、電気エネルギーを発生する。
【００３３】
例えば、酵素電池２の燃料にグルコースを使用した場合は、負極２１でグルコース（Glucose）の酸化反応が進行し、正極２２で大気中の酸素（Ｏ２）の還元反応が進行する。そして、負極２１では、グルコース（Glucose）、グルコース脱水素酵素（Glucose Dehydrogenase）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋；Nicotinamide Adenine Dinucleotide）、ジアホラーゼ（Diaphorase）、ミディエーター、電極の順に電子が受け渡される。
【００３４】
次に、酵素電池２を搭載した移動体１の具体的構成について、移動体１が自動車である場合を例にして説明する。図３は酵素電池搭載自動車の構成の一例を示す図である。図３に示す酵素電池搭載自動車３０では、車両本体の前方にモータールーム３１、中央部に車室３２、後方にトランクルーム３３が設けられている。そして、モータールーム３１の下部には左右一対の前輪３４が取り付けられ、車室３２の後方下部には左右一対の後輪３５が取り付けられている。
【００３５】
この自動車３０は、モータールーム３１に駆動モーター３８が搭載されており、この駆動モーター３８で前輪３４を回転させることにより走行する。また、モータールーム３１には、自動車３０に搭載された各機器類に電力を供給する酵素電池２が搭載されている。即ち、図３に示す自動車３０では、駆動モーター３８と酵素電池２とが電気的に接続されており、酵素電池２で発生した電力によって駆動モーター３８が作動し、走行する。
【００３６】
また、車室３２の下部には、酵素電池２の燃料を貯留する燃料タンク３６が設置されており、この燃料タンク３６は管３９によって酵素電池２と連結されている。更に、燃料タンク３６と酵素電池２との間には、燃料を酵素電池２に向かって通流させるためのポンプ及び燃料の流量を調整するためのフローメーター等を備えた燃料供給装置３７が設けられている。
【００３７】
図３に示す酵素電池搭載自動車３０においては、例えばラジエター４０等の駆動モーター３８以外の機器類にも、酵素電池２から電力が供給される。また、この自動車３０では、車室３２の下部に電力制御装置４１等の各種制御装置が設置されるが、補酵素電池２で使用される燃料は安全性が高いものであるため、これらを燃料タンク３６の近傍に配置しても問題はない。
【００３８】
なお、図３に示す自動車３０では、モータールーム３１に酵素電池２を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、酵素電池２を車室３２の下部に配置することもできる。ただし、正極に空気を取り入れやすくするためには、酵素電池２は車体下部又は前方部に、正極が下側になるように配置することが望ましい。また、車体の前面から空気を取り込んだ空気を正極に導入するための経路を設けたり、正極を露出させたり、ファンで空気を送るような機構を設けたりしてもよい。
【００３９】
上述の如く本実施形態の移動体１は、動力源が酵素電池２であるため、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物等の生物が通常エネルギー源としている安全な物質を燃料として使用することができる。これにより、衝突事故等の大事故が起こった場合でも、燃料への引火及び爆発等による二次災害の心配がなくなるため、安全性を確保するための機構及びシステムが不要になる。
【００４０】
また、本実施形態の移動体１に搭載されている酵素電池２は、少なくとも一方の電極に固定される触媒が酵素であるため、燃料電池を使用した従来の移動体に比べて白金等の希少金属の使用量を大幅に低減することができる。更に、酵素電池２は、二酸化炭素等の温暖化ガス及び窒素酸化物等の環境汚染物質を発生しないため、本実施形態の移動体１では、排気ガスを浄化するための設備が不要となり、低コストでクリーンなシステムを実現することができる。その結果、製造コストの低減、安全性確保及び環境負荷低減の全てを満たす移動体を実現することができる。
【００４１】
また、酵素電池２は、従来の燃料電池よりも安全性が高い燃料を使用することができるため、本実施形態の移動体１では、燃料補充を運転者又は同乗者が容易に行うことができ、更に、室内から燃料を補充することも可能となる。更に、酵素電池２は、安全性確保のための設備が不要であるため、従来の燃料電池に比べて小型化することが可能である。このため、本実施形態の移動体１は、従来の燃料電池を使用した移動体に比べて、動力源を設置するために要するスペースを小さくすることができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る移動体について説明する。図２は本実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。図２に示すように、本実施形態の移動体１１は、酵素電池１２に加えて、原料からバイオマス燃料を生成する燃料発生部１３と、この燃料発生部１３で生成したバイオマス燃料を酵素電池１２に導入する燃料導入部１４とが設けられている。
【００４３】
本実施形態の移動体１１における燃料発生部１３は、例えば、バイオマス原料を粉砕する原材料粉砕部と、粉砕された原料を発酵させてバイオマス燃料を生成する原材料発酵部とを備えた構成とすることができる。また、燃料導入部１４は、例えば、バイオマス原料と生成したバイオマス燃料とを分離するバイオ燃料抽出部と、抽出されたバイオマス燃料と酵素電池で用いる電解液とを混合する燃料−電解液混合部とを備えた構成とすることができる。
【００４４】
上述の如く構成された移動体１１においては、燃料発生部１３に、例えば、食品廃棄物、下水汚泥、廃棄紙、黒液（パルプ廃液）、木質廃材、家畜糞尿、食用油、米、麦、トウモロコシ及びサトウキビ等のバイオマス原料を投入することにより、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物等のバイオマス燃料が生成する。そして、生成したバイオマス燃料は、燃料導入部１４を介して酵素電池１２に導入され、これにより酵素電池１２で電力が発生し、移動体１１が駆動する。
【００４５】
本実施形態の移動体１１は、燃料発生部１３で酵素電池１２の燃料を生成することができるため、あらゆるバイオマス原料を、移動体１１の燃料として直接使用することができる。
【００４６】
なお、本実施形態の移動体１１における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態の移動体と同様である。
【００４７】
前述した第１及び第２の実施形態においては、移動体が自動車である場合を例に説明しているが、本発明は自動車に限定されるものではなく、例えば、列車、バイク、動力付自転車、車椅子及び電動立ち乗り二輪車等の各種移動体、更には、無線操縦可能な自動車及び飛行機等の移動体玩具等にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。
【図２】酵素電池２の構成及び反応機構の一例を模式的に示す図である。
【図３】酵素電池搭載自動車の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の移動体を模式的に示す側面図である。
【図５】特許文献１に記載の燃料電池搭載車両の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１１ 移動体
２、１２ 酵素電池
１３ 燃料発生部
１４ 燃料導入部
２１ 負極
２２ 正極
２３ 電解質層
３０ 酵素電池搭載自動車
３１ モータールーム
３２ 車室
３３ トランクルーム
３４ 前輪
３５ 後輪
３６ 燃料タンク
３７ 燃料供給装置
３８ 駆動モーター
３９ 管
４０ ラジエター
４１ 電力制御装置
１００ 燃料電池搭載車両
１０１ 燃料電池
１０２ 二次電池
１０３ フロントシート
１０４ リアシート
１０５ 燃料タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源として、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定された酵素電池が搭載されている移動体。
【請求項２】
バイオマス燃料を生成する燃料発生部と、
生成したバイオマス燃料を前記酵素電池に導入する燃料導入部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記バイオマス燃料が、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載の移動体。
【請求項４】
自動車であることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項１】
動力源として、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定された酵素電池が搭載されている移動体。
【請求項２】
バイオマス燃料を生成する燃料発生部と、
生成したバイオマス燃料を前記酵素電池に導入する燃料導入部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記バイオマス燃料が、糖類、タンパク質、脂質及び炭水化物から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載の移動体。
【請求項４】
自動車であることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１４６８５６（Ｐ２００９−１４６８５６Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２５７３３（Ｐ２００７−３２５７３３）
【出願日】平成１９年１２月１８日（２００７．１２．１８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１８日（２００７．１２．１８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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