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JP2015082973A - Hydrogen production system, and electric power generator using the same - Google Patents

Hydrogen production system, and electric power generator using the same Download PDF

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JP2015082973A JP2013221774A JP2013221774A JP2015082973A JP 2015082973 A JP2015082973 A JP 2015082973A JP 2013221774 A JP2013221774 A JP 2013221774A JP 2013221774 A JP2013221774 A JP 2013221774A JP 2015082973 A JP2015082973 A JP 2015082973A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen production system capable of efficiently obtaining hydrogen by utilizing photosynthetic reaction and nitrogen fixation reaction of a photosynthetic microorganism strain, and an efficient electric power generator using obtained hydrogen or culture solution.SOLUTION: A hydrogen production system comprises: a plurality of containers to which culture solution containing photosynthetic microorganism strain is supplied; irradiation means of light; means for generating hydrogen by photosynthetic reaction and nitrogen fixation reaction to obtain the hydrogen; and means for obtaining culture solution containing amino acid which is generated by the nitrogen fixation reaction of the photosynthetic microorganism strain. An electric power generator utilizes hydrogen obtained by the hydrogen production system or an electrolysis tank including culture solution.

Description

本発明は、光合成微生物による光合成や代謝により生成される水素の製造システム及びそれを利用した発電装置に関する。   The present invention relates to a system for producing hydrogen produced by photosynthesis and metabolism by a photosynthetic microorganism and a power generation apparatus using the same.

近年、新エネルギーとして、水素エネルギーへの期待が高まっている。特に自動車用、家庭用の燃料電池の燃料として、水素のニーズは極めて大きい。燃料電池を使用した自動車は、燃料電池で水素と酸素の化学反応によって発電した電気エネルギーを使って、モーターを回して走る。従来のガソリン内燃機関自動車のエネルギー効率(15〜20%)と比較して、燃料電池を使用した自動車は、その2倍程度(30%以上)と非常に高いエネルギー効率を実現し、低出力域でも高効率を維持できる。また、二酸化炭素のような有害大気汚染物質の排出がない。   In recent years, expectations for hydrogen energy as a new energy are increasing. In particular, there is a great need for hydrogen as a fuel for fuel cells for automobiles and households. Automobiles using fuel cells run on a motor using electric energy generated by a chemical reaction between hydrogen and oxygen in a fuel cell. Compared to the energy efficiency of conventional gasoline internal combustion engine vehicles (15-20%), automobiles using fuel cells achieve twice as much (30% or more) of energy efficiency and have a low output range. But high efficiency can be maintained. Also, there is no emission of harmful air pollutants such as carbon dioxide.

そのため、燃料電池に補給する水素の効率のよい製造方法や製造装置が望まれている。従来、水素を製造する方法として、電解液を電気分解槽により、電気分解して水素を製造する方法が知られている。例えば、特許文献1には、電気分解による電気エネルギー発生システムが開示されている。そのシステムによると、必要とする電力を低減でき、かつ、水素リークが生じないということが記載されている。   Therefore, an efficient production method and production apparatus for hydrogen replenished to the fuel cell is desired. Conventionally, as a method for producing hydrogen, a method for producing hydrogen by electrolyzing an electrolytic solution in an electrolysis tank is known. For example, Patent Document 1 discloses an electric energy generation system by electrolysis. According to the system, it is described that the required power can be reduced and no hydrogen leak occurs.

また、別の方法として、いわゆるバイオ燃料による水素発電の方法がある。光合成微生物(バクテリア、藻等)の光合成と代謝により生成される水素を効率よく使用する方法であり、例えば特許文献2にバイオ燃料電池が記載されている。光合成微生物の中でもシアノバクテリア(ラン藻類)は、光合成によって、二酸化炭素を同化して、有機物(CHO)を生産し、酸素を発生する。さらにニトロゲナーゼ反応により水素を発生するため、シアノバクテリアを使用した燃料電池や、水素発電装置が近年、注目されている。 As another method, there is a so-called hydrogen power generation method using biofuel. This is a method of efficiently using hydrogen produced by photosynthesis and metabolism of photosynthetic microorganisms (bacteria, algae, etc.). For example, Patent Document 2 describes a biofuel cell. Among the photosynthetic microorganisms, cyanobacteria (Cyanobacteria) assimilate carbon dioxide by photosynthesis, produce organic matter (CH 2 O), and generate oxygen. Furthermore, in order to generate hydrogen by nitrogenase reaction, fuel cells using cyanobacteria and hydrogen power generators have attracted attention in recent years.

特開2005−113246号公報JP 2005-113246 A 特開2006−190502号公報JP 2006-190502 A

上述したように、水素を製造する方法として、電気分解槽を用いた電気分解による方法、シアノバクテリアを使用して水素を発生させる方法などある。特許文献1に記載の電気分解による方法では、電解液加圧手段により、必要とする電力を低減させるものであるが、電力を低減するためには、水素を多く発生する電解液を使用することがさらに望ましい。   As described above, methods for producing hydrogen include electrolysis using an electrolysis tank, and hydrogen generation using cyanobacteria. In the method based on electrolysis described in Patent Document 1, the required electric power is reduced by the electrolytic solution pressurizing means, but in order to reduce the electric power, an electrolytic solution that generates a large amount of hydrogen should be used. Is more desirable.

また、特許文献2に記載のバイオ燃料電池は、シアノバクテリアを使用しているが、その光合成と代謝をそれぞれ光照射槽と酸化還元反応槽を使用して行うため、装置の構造が複雑である。また、特許文献2はバイオ燃料電池に関する発明であり、水素製造の技術に関するものではない。   Moreover, although the biofuel cell described in Patent Document 2 uses cyanobacteria, the photosynthesis and metabolism are performed using a light irradiation tank and a redox reaction tank, respectively, so that the structure of the apparatus is complicated. . Patent Document 2 is an invention related to a biofuel cell, and is not related to a hydrogen production technique.

本発明の目的は、より容易に、効率よく水素を獲得できる水素製造システムを提供し、また、それにより獲得した水素又は培養液を用いて、効率のよい発電装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a hydrogen production system capable of acquiring hydrogen more easily and efficiently, and to provide an efficient power generation apparatus using the hydrogen or culture solution obtained thereby.

(1)請求項1に記載の発明は、光合成微生物株が含まれる培養液が供給された複数の容器と、光の照射手段と、光合成反応と窒素固定反応により水素を発生させ、該水素を獲得する手段と、前記光合成微生物株の前記窒素固定反応により生成されるアミノ酸を含む培養液を獲得する手段と、を備えることを特徴とする水素製造システムである。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の水素製造システムであって、前記光合成微生物株は、シアノバクテリアであることを特徴とする。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の水素製造システムであって、第1の容器の光合成微生物株と培養液の一部を、第2の容器に移し、光合成反応と窒素固定反応を繰り返させる手段を有することを特徴とする。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の水素製造システムにより発生した前記水素を収納する高圧タンクと、前記水素と、酸素を化学反応させて発電させる燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を変換するDC−DCコンバータと、前記燃料電池から出力された直流電力を蓄える蓄電池と、前記蓄電池の充放電を制御するチャージコントローラと、前記蓄電池から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を備えることを特徴とする発電装置である。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発電装置であって、前記高圧タンクは、二酸化ケイ素を燃焼合成して配合したシリコン合金からなることを特徴とする。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の水素製造システムにより生成された前記アミノ酸を含む培養液を供給した電気分解槽と、前記電気分解槽に電圧を加える外部電源と、前記電気分解槽から発生する水素と酸素を化学反応させて発電させる燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を変換するDC−DCコンバータと、前記燃料電池から出力された直流電力を蓄える蓄電池と、前記蓄電池の充放電を制御するチャージコントローラと、前記蓄電池から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を備えることを特徴とする発電装置である。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発電装置であって、前記電気分解槽の前記アミノ酸を含む分解液の濃度は0.4pH以上3.4pH以下であることを特徴とする。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項6又は7に記載の発電装置であって、前記電気分解槽の前記アミノ酸を含む分解液は、ゼリー状であることを特徴とする。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項6から8のいずれか1項に記載の発電装置であって、前記電気分解槽の電解用電極には、多層カーボンナノチューブが使用されることを特徴とする。
(10)請求項10に記載の発明は、請求項6から9のいずれか1項に記載の発電装置であって、前記外部電源が前記蓄電池であることを特徴とする。
(1) The invention according to claim 1 generates hydrogen by a plurality of containers supplied with a culture solution containing a photosynthetic microorganism strain, a light irradiation means, a photosynthesis reaction and a nitrogen fixation reaction, A hydrogen production system comprising: means for obtaining; and means for obtaining a culture solution containing an amino acid produced by the nitrogen fixation reaction of the photosynthetic microorganism strain.
(2) The invention according to claim 2 is the hydrogen production system according to claim 1, wherein the photosynthetic microorganism strain is cyanobacteria.
(3) The invention according to claim 3 is the hydrogen production system according to claim 1 or 2, wherein the photosynthetic microorganism strain in the first container and a part of the culture solution are transferred to the second container, It has a means for repeating the photosynthesis reaction and the nitrogen fixation reaction.
(4) According to the invention described in claim 4, the high-pressure tank that stores the hydrogen generated by the hydrogen production system according to any one of claims 1 to 3, a chemical reaction between the hydrogen and oxygen. A fuel cell for generating electricity, a DC-DC converter for converting an output voltage of the fuel cell, a storage battery for storing DC power output from the fuel cell, a charge controller for controlling charge / discharge of the storage battery, and the storage battery And an inverter that converts the output DC voltage into an AC voltage.
(5) The invention according to claim 5 is the power generation apparatus according to claim 4, wherein the high-pressure tank is made of a silicon alloy in which silicon dioxide is synthesized by combustion synthesis.
(6) The invention according to claim 6 is an electrolysis tank to which a culture solution containing the amino acid produced by the hydrogen production system according to any one of claims 1 to 3 is supplied, and the electrolysis tank Output from the fuel cell, an external power source for applying a voltage to the fuel cell, a fuel cell for generating electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen generated from the electrolysis tank, a DC-DC converter for converting the output voltage of the fuel cell, and the fuel cell And a charge controller that controls charging / discharging of the storage battery, and an inverter that converts a DC voltage output from the storage battery into an AC voltage.
(7) The invention according to claim 7 is the power generation device according to claim 6, wherein the concentration of the decomposition solution containing the amino acid in the electrolysis tank is 0.4 pH or more and 3.4 pH or less. Features.
(8) The invention according to claim 8 is the power generation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the decomposition solution containing the amino acid in the electrolysis tank is in a jelly form.
(9) The invention according to claim 9 is the power generation device according to any one of claims 6 to 8, wherein multi-walled carbon nanotubes are used for the electrolysis electrode of the electrolysis tank. It is characterized by.
(10) The invention according to claim 10 is the power generation apparatus according to any one of claims 6 to 9, wherein the external power source is the storage battery.

本発明の水素製造システムは効率よく水素を獲得でき、また、獲得した水素または培養液を用いた効率のよい発電装置を提供することができる。   The hydrogen production system of the present invention can efficiently acquire hydrogen, and can provide an efficient power generation apparatus using the acquired hydrogen or culture solution.

本発明の一実施例である水素製造システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the hydrogen production system which is one Example of this invention. 図1に示す水素製造システムの水素を利用した発電装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the electric power generating apparatus using the hydrogen of the hydrogen production system shown in FIG. 図1に示す水素製造システムの培養液を利用した発電装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the electric power generating apparatus using the culture solution of the hydrogen production system shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態(以下実施例と記す)を、図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、共通する部分には同一の符号を付しており、同一符号の部分に対して重複した説明を省略する。   Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “examples”) will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, common parts are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions for the same reference numerals are omitted.

図1は、本発明の一実施例である水素製造システム100の構成を示す説明図である。水素製造システム100は、光合成微生物株が含まれる培養液が供給された容器110を複数個備えた培養ユニット160からなる。光合成微生物株としては、シアノバクテリアを用いる。本実施例では、図1に示すように3個の容器110を1つの培養ユニット160とし、2つの培養ユニット160が1つの台に設置されており、各台には給水タンク130と管理装置140が配置されている。1つの培養ユニット160に設置される容器110の数と、1つの台に設置される培養ユニットの数はいくつ設置してもよい。また、本実施例では、このような台が2つ設置された水素製造システム100を示すが、台はいくつ設置してもよい。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a hydrogen production system 100 according to an embodiment of the present invention. The hydrogen production system 100 includes a culture unit 160 including a plurality of containers 110 to which a culture solution containing a photosynthetic microorganism strain is supplied. Cyanobacteria are used as the photosynthetic microorganism strain. In this embodiment, as shown in FIG. 1, three containers 110 are used as one culture unit 160, and two culture units 160 are installed on one unit, and each unit includes a water supply tank 130 and a management device 140. Is arranged. Any number of containers 110 and one culture unit may be installed in one culture unit 160 and one culture unit. Further, in this embodiment, the hydrogen production system 100 in which two such tables are installed is shown, but any number of tables may be installed.

3個の容器110は、容器110の底を支える底面と固定枠150により固定されており、それぞれが給水タンク130と給水ホース(図示せず)で繋がれている。また、本発明の水素製造システム100を囲む溶媒ハウスは、全面がガラスからなるガラスハウスを想定しており、日中は太陽光を全面で透過し、利用できる構成となっている。   The three containers 110 are fixed by a fixed frame 150 and a bottom surface that supports the bottom of the container 110, and each is connected by a water supply tank 130 and a water supply hose (not shown). Moreover, the solvent house surrounding the hydrogen production system 100 of the present invention is assumed to be a glass house that is entirely made of glass, and is configured to be able to transmit sunlight and use it throughout the day.

容器110も同様に、全面が光を透過し、かつ耐熱性のあるパイレックス(登録商標)ガラスなどで形成されることが好ましい。本実施例の容器110の形状は、均一に光を透過するよう球状にしてあるが、立方体などでもよい。容器110の大きさは、例えば直径40cmの球である。底面と固定枠150は、錆びにくいステンレス(例えばSUS306)で形成されることが好ましい。固定枠150の大きさは、3つの容器110を固定することができるよう、例えば、縦50cm、横50cm、高さ200cmである。   Similarly, the container 110 is preferably formed of Pyrex (registered trademark) glass or the like that is transparent to the entire surface and has heat resistance. The shape of the container 110 of the present embodiment is a spherical shape so as to transmit light uniformly, but may be a cube or the like. The size of the container 110 is, for example, a sphere having a diameter of 40 cm. It is preferable that the bottom surface and the fixed frame 150 are formed of stainless steel (for example, SUS306) which is not easily rusted. The size of the fixed frame 150 is, for example, 50 cm in length, 50 cm in width, and 200 cm in height so that the three containers 110 can be fixed.

本実施例では、さらに固定枠150の各容器110付近に光を照射するライト120(蛍光灯)が設置されており、太陽光が利用できない場合にも、光を照射することができる。ライト120は固定枠150ではなく、他の部分(例えばガラスハウスの内壁面)に設置されていてもよい。   In the present embodiment, a light 120 (fluorescent lamp) that irradiates light is further installed in the vicinity of each container 110 of the fixed frame 150, and light can be irradiated even when sunlight is not available. The light 120 may be installed in another part (for example, the inner wall surface of a glass house) instead of the fixed frame 150.

容器110のシアノバクテリアの増殖(育成)には、栄養塩類(リン酸、カルシウムなど)、二酸化炭素、窒素と水が必要である。本実施例では、給水タンク130から容器に水を供給し、水を供給した容器にシアノバクテリアと栄養塩類を入れて培養液を作り、空気中の二酸化炭素と窒素を利用してシアノバクテリアを育成する。二酸化炭素の供給には、二酸化炭素ボンベを使用してもよい。管理装置150内の温度制御装置が、室内温度を制御する。光合成の速度は、室内温度に依存し、また二酸化炭素の量や照射する光の強度にも依存する。室内温度が所定の範囲内(例えば20°Cから40°C)になるように、手動で設定してもよいし、管理装置150内に二酸化炭素測定器や光強度測定器などを設置して、自動的に最適な温度になるようにコンピュータで制御してもよい。   Nutrient salts (phosphoric acid, calcium, etc.), carbon dioxide, nitrogen and water are required for the growth (growth) of cyanobacteria in the container 110. In this embodiment, water is supplied from a water supply tank 130 to a container, cyanobacteria and nutrient salts are added to the container supplied with water to create a culture solution, and cyanobacteria are grown using carbon dioxide and nitrogen in the air. To do. A carbon dioxide cylinder may be used for supplying carbon dioxide. A temperature control device in the management device 150 controls the room temperature. The rate of photosynthesis depends on the room temperature, and also depends on the amount of carbon dioxide and the intensity of the irradiated light. It may be set manually so that the room temperature is within a predetermined range (for example, 20 ° C. to 40 ° C.), or a carbon dioxide measuring device or a light intensity measuring device is installed in the management device 150. Alternatively, it may be controlled by a computer so that the optimum temperature is automatically reached.

シアノバクテリアは光合成により、酸素を発生し、有機物(CHO)を生産する。さらにシアノバクテリアのニトロゲナーゼ反応により、窒素分子をアンモニアへと変換する窒素固定が起こり、その副産物として水素が発生する。本実施例では、この発生した水素を獲得する。 Cyanobacteria generate oxygen by photosynthesis to produce organic matter (CH 2 O). Furthermore, the nitrogenase reaction of cyanobacteria causes nitrogen fixation to convert nitrogen molecules into ammonia, and hydrogen is generated as a byproduct. In this embodiment, the generated hydrogen is obtained.

なお、ニトロゲナーゼ反応は、光を照射しなくても起きるため、太陽光が当たるときには光合成反応を起こさせ、太陽光が照射されないときには、ニトロゲナーゼ反応を起こさせるようにしてもよい。その場合には、ライト120を点灯する必要がなくなり、より節電効果が高い。   Since the nitrogenase reaction occurs without light irradiation, a photosynthesis reaction may be caused when sunlight is irradiated, and a nitrogenase reaction may be caused when sunlight is not irradiated. In this case, it is not necessary to turn on the light 120, and the power saving effect is higher.

固定された窒素はアンモニアを経て、グルタミンとなり周辺の栄養細胞に送られ、シアノバクテリアの細胞の生育に利用される。そのため、栄養塩類(リン酸、カルシウムなど)は水素生産期には必要ではなく、また二酸化炭素(CO)は循環的に利用されるので、環境に対して負荷の低い、省力化された水素生産が可能である。本実施例では、水素を獲得する他、窒素固定反応により生成されるアミノ酸(グルタミン)を含む培養液を獲得する。 The fixed nitrogen passes through ammonia, becomes glutamine, is sent to surrounding vegetative cells, and is used for the growth of cyanobacterial cells. Therefore, nutrient salts (phosphoric acid, calcium, etc.) are not necessary during the hydrogen production period, and carbon dioxide (CO 2 ) is used cyclically, so it is a labor-saving hydrogen that has a low impact on the environment. Production is possible. In this example, in addition to acquiring hydrogen, a culture solution containing an amino acid (glutamine) generated by a nitrogen fixation reaction is acquired.

水素の獲得方法としては、各容器110をそれぞれ柔軟性プラスチックバックで囲いこみ、水素を獲得し、圧縮してタンク260(図2参照)に収納する方法や、容器110それ自体に蓋とホースなどでガス流路をとりつけ、水素を獲得し、圧縮して高圧タンク260に収納する方法などがある。本実施例では、容器110それ自体に蓋とガス流路をつけて、水素を獲得し、圧縮して高圧タンク260に入れる方法をとる(図示せず)。本実施例では、前述のように3つの容器110からなる培養ユニット160が4つ設置されており、合計12個の容器110から、同時に多量の水素を獲得することができる。具体的には、1つの培養ユニット160を一週間使用して、50リットルの高圧タンク260に800〜900気圧の圧力をかけた水素を充填できる。図1に示すように4つの培養ユニット160を同時に使用すれば、約2日間で50リットルの高圧タンク260に高圧の水素を充填することができ、効率的である。このような高圧タンク260を燃料電池自動車に搭載して使用すれば、600km程度の走行が可能となる。   As a method of acquiring hydrogen, each container 110 is enclosed by a flexible plastic bag, hydrogen is acquired, compressed and stored in a tank 260 (see FIG. 2), a lid and a hose, etc. in the container 110 itself. There is a method of attaching a gas flow path, acquiring hydrogen, compressing it, and storing it in the high-pressure tank 260. In this embodiment, the container 110 itself is provided with a lid and a gas flow path to acquire hydrogen, compress it, and put it into the high-pressure tank 260 (not shown). In the present embodiment, four culture units 160 including three containers 110 are installed as described above, and a large amount of hydrogen can be simultaneously acquired from a total of twelve containers 110. Specifically, using one culture unit 160 for one week, a 50-liter high-pressure tank 260 can be filled with hydrogen at a pressure of 800 to 900 atmospheres. If four culture units 160 are used simultaneously as shown in FIG. 1, high-pressure hydrogen can be filled into a 50-liter high-pressure tank 260 in about two days, which is efficient. If such a high-pressure tank 260 is mounted and used in a fuel cell vehicle, it is possible to travel about 600 km.

高圧タンク260は、例えば、水素漏れを少なくするため箱型又は円筒型(両端が鏡板のものを含む)とし、材料にはシリコン合金を用いる。このシリコン合金内にステンレス2mm鋼板入り又はステンレス丸棒5mmを升5mm四角に編んだものをシリコン合金内の50mm厚内に充填挿入する。シリコン合金だけで厚さ5cm厚の場合、重さ133kg、ステンレスを入れた場合には約200kgとなり、利用するのは難しいが、シリコン合金のみで1cm厚さの場合には、約27kgとなり、利用可能である。   The high-pressure tank 260 is, for example, a box type or a cylindrical type (including both end plates) in order to reduce hydrogen leakage, and a silicon alloy is used as the material. A silicon alloy with a 2 mm stainless steel plate or a stainless steel round bar 5 mm knitted into a 5 mm square is filled and inserted into a 50 mm thickness in the silicon alloy. If the silicon alloy is 5cm thick, the weight is 133kg. If stainless steel is added, it is about 200kg, which is difficult to use. However, if the silicon alloy is only 1cm thick, it is about 27kg. Is possible.

特に、補強充填剤として二酸化ケイ素(SiO)を燃焼合成されて、配合させたシリコン合金が好ましい。本実施例の重量32gにおけるシリコン合金は、高温強度が鉄の3倍、強度が鉄の2倍、耐熱性は鉄の4倍、耐久性、耐摩擦性は鉄の2倍、耐食性は鉄の4倍であり、鉄よりも強度、耐熱性、耐久性などの面で優れている。さらに重さは鉄の40%で鉄と比べて軽く、比重は3.2である。また、製造面においても、製造コストが低く、有害廃棄物が少なく鉄鋼並に量産が可能であるという利点がある。 In particular, a silicon alloy in which silicon dioxide (SiO 2 ) is combusted and compounded as a reinforcing filler is preferable. In this example, the silicon alloy with a weight of 32 g has a high temperature strength three times that of iron, strength twice that of iron, heat resistance four times that of iron, durability and friction resistance twice that of iron, and corrosion resistance of iron. 4 times higher than iron, in terms of strength, heat resistance and durability. Furthermore, the weight is 40% of iron, lighter than iron, and the specific gravity is 3.2. Further, in terms of manufacturing, there are advantages that the manufacturing cost is low, the amount of hazardous waste is small, and the mass production is possible as steel.

次に前述した窒素固定反応により生成されるアミノ酸を含む培養液の獲得方法について説明する。シアノバクテリアのニトロゲナーゼ反応により固定された窒素はアンモニアを経て、グルタミンとなる。そして、グルタミンは培養液を介して周辺のシアノバクテリアの栄養細胞に送られ、細胞の生育に利用されてシアノバクテリアが増殖する。第1の容器で増殖したシアノバクテリアの一部を培養液ごと第2の容器110に移すことにより、第2の容器110でのシアノバクテリアの量が増え、そこでさらに増殖したシアノバクテリアの一部を培養液ごと他の容器110に移すということを繰り返すことで、グルタミンなどのアミノ酸の濃度(すなわち水素イオン濃度)が高い培養液ができる。その高濃度の培養液を獲得する。水素イオン濃度(pH)の具体的な数値は後述する。   Next, a method for obtaining a culture solution containing an amino acid produced by the nitrogen fixation reaction described above will be described. Nitrogen fixed by the nitrogenase reaction of cyanobacteria passes through ammonia and becomes glutamine. And glutamine is sent to the surrounding vegetative cells of the cyanobacteria through the culture solution, and the cyanobacteria are propagated by being used for cell growth. By transferring a portion of the cyanobacteria grown in the first container to the second container 110 together with the culture solution, the amount of cyanobacteria in the second container 110 is increased. By repeating the transfer of the whole culture solution to another container 110, a culture solution having a high concentration of amino acids such as glutamine (ie, hydrogen ion concentration) can be obtained. Acquire the high concentration culture solution. Specific numerical values of the hydrogen ion concentration (pH) will be described later.

本実施例では、例えば培養ユニット160の一番上の容器100(第1の容器)からシアノバクテリアの一部を培養液ごとその下の容器110(第2の容器)に移し、さらに増殖したシアノバクテリアの一部を培養液ごと一番下の容器110に移す。このようにすることで、一番下の容器110の培養液がシアノバクテリアの濃度の一番高い培養液であることが容易にわかり、高濃度のアミノ酸を含む培養液を獲得することができる。   In this embodiment, for example, a part of cyanobacteria is transferred from the uppermost container 100 (first container) of the culture unit 160 to the lower container 110 (second container) together with the culture solution, and further grown cyano. Part of the bacteria is transferred to the bottom container 110 together with the culture solution. By doing in this way, it can be easily understood that the culture solution in the lowermost container 110 is the culture solution having the highest cyanobacterial concentration, and a culture solution containing a high concentration of amino acids can be obtained.

この培養液は、後述する電気分解槽210(図3参照)の電気分解液に入れる目的で獲得するため、獲得する量は、使用する電気分解槽210の大きさに依存して変更する。本実施例では、前記の方法で水素を獲得した後に、培養ユニット160の一番下の容器100からアミノ酸を含む培養液を、手動で計量容器などを用いて獲得する。容器110に液体流路を取り付けて、自動的に所定の量だけ獲得できるようにしてもよい。また、培養液を獲得後は、容器110内に収容されている水が、光合成や窒素固定のために消費され、所定量以下になったときは、給水タンク130から、容器110内に水を補充することができる。このようにして、シアノバクテリアの光合成や窒素固定が繰り返し起きる。以上のように、本発明の水素製造システムでは、複数個の容器110を使用することにより、簡単なシステムで同時に多量の水素を獲得することが可能となり、また副産物として、発電装置に使用する高濃度のアミノ酸を含む培養液を獲得することができる。
〔発電装置1〕
Since this culture solution is obtained for the purpose of putting it in an electrolysis solution in an electrolysis tank 210 (see FIG. 3) described later, the amount to be obtained is changed depending on the size of the electrolysis tank 210 to be used. In the present embodiment, after acquiring hydrogen by the above-described method, a culture solution containing amino acids is manually acquired from the lowest container 100 of the culture unit 160 using a measuring container or the like. A liquid flow path may be attached to the container 110 so that a predetermined amount can be automatically obtained. In addition, after the culture solution is obtained, when the water stored in the container 110 is consumed for photosynthesis or nitrogen fixation and falls below a predetermined amount, water is supplied from the water supply tank 130 into the container 110. Can be replenished. In this way, cyanobacterial photosynthesis and nitrogen fixation occur repeatedly. As described above, in the hydrogen production system of the present invention, by using a plurality of containers 110, it is possible to simultaneously acquire a large amount of hydrogen with a simple system, and as a by-product, a high amount used for a power generator. A culture medium containing a concentration of amino acids can be obtained.
[Power generation device 1]

次に、水素製造システムで生産した水素を利用した発電装置の一実施例を説明する。図2は、水素を利用した発電装置の全体構成を示すブロック図である。発電装置200は、水素と酸素の燃料供給源260、270と、燃料電池220と、DC−DCコンバータ230と、チャージコントローラ240と、スイッチ202で接続される補助電源201と、インバータ250で構成される。   Next, an embodiment of a power generator using hydrogen produced by the hydrogen production system will be described. FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of a power generation device using hydrogen. The power generation apparatus 200 includes hydrogen and oxygen fuel supply sources 260 and 270, a fuel cell 220, a DC-DC converter 230, a charge controller 240, an auxiliary power source 201 connected by a switch 202, and an inverter 250. The

水素の供給源は、前述の水素が収納されている高圧タンク260であり、酸素の供給源としては、大気中の酸素を用いてもよいし、窒素などの不純物を排除するために図2に示すように、酸素ボンベ270などを用いてもよい。水素と酸素は、配管やチューブなどのガス流路215を介して、燃料電池220に接続される。   The hydrogen supply source is the above-described high-pressure tank 260 in which hydrogen is stored. As the oxygen supply source, oxygen in the atmosphere may be used, or in order to eliminate impurities such as nitrogen in FIG. As shown, an oxygen cylinder 270 or the like may be used. Hydrogen and oxygen are connected to the fuel cell 220 via a gas flow path 215 such as a pipe or tube.

本実施例では、燃料電池220として固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)を用いる。固体酸化物形燃料電池は、固体電解質221には酸化物イオンの透過性が高い安定化ジルコニアやランタン、ガリウムのペロブスカイト酸化物などのイオン伝導性セラミックスが用いられる。本実施例では、固体電解質221に安定化ジルコニアを用いる。固体酸化物形燃料電池は、固体高分子型燃料電池に比べて高効率であり、触媒を不要とする利点がある。   In this embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) is used as the fuel cell 220. In the solid oxide fuel cell, ion conductive ceramics such as stabilized zirconia, lanthanum, and gallium perovskite oxide having high oxide ion permeability are used for the solid electrolyte 221. In this embodiment, stabilized zirconia is used for the solid electrolyte 221. Solid oxide fuel cells are more efficient than solid polymer fuel cells and have the advantage of not requiring a catalyst.

燃料電池220は、中央部に固体電解質221が配置され、両側に酸素が供給される空気極(正極)223、水素が供給される燃料極(負極)222が配置される。さらにその両側には水素が供給される燃料供給層225と、酸素が供給される酸素供給層224が配置されている。また、それらの外側には、酸素と水素が外部へ漏洩する事を防ぐ為に、セパレータ226が配置されている。また、空気極223の材料としては導電性セラミックス、燃料極222の材料としては、ニッケルと電解質セラミックスによるサーメットなどが用いられる。   In the fuel cell 220, a solid electrolyte 221 is disposed at the center, and an air electrode (positive electrode) 223 to which oxygen is supplied and a fuel electrode (negative electrode) 222 to which hydrogen is supplied are disposed on both sides. Further, a fuel supply layer 225 to which hydrogen is supplied and an oxygen supply layer 224 to which oxygen is supplied are disposed on both sides thereof. In addition, a separator 226 is disposed outside them to prevent oxygen and hydrogen from leaking outside. The air electrode 223 is made of conductive ceramics, and the fuel electrode 222 is made of cermet made of nickel and electrolyte ceramics.

酸素供給層224の酸素原子が空気極223で電子(e)を受け取り、O2−イオンとなり、固体電解質221に運ばれる。この化学反応を化学式で示すと以下の通りである。 Oxygen atoms in the oxygen supply layer 224 receive electrons (e ) at the air electrode 223, become O 2− ions, and are carried to the solid electrolyte 221. This chemical reaction is represented by the following chemical formula.

燃料極222側では、固体電解質221を介して燃料極222に到達したO2−イオンと、燃料供給層225から供給された水素が化学反応を起こし、電子(e)を放出し、水(HO)を生成する。 On the fuel electrode 222 side, the O 2− ions that have reached the fuel electrode 222 via the solid electrolyte 221 and the hydrogen supplied from the fuel supply layer 225 cause a chemical reaction, releasing electrons (e ), and water ( H 2 O).

このようにして、電気の流れが作られ、放出された電子(e)により、外部に接続される電子機器(例えばDC−DCコンバータ)が発電する。生成された水は液体口(図示せず)などを介して外部に排出される。 In this way, an electric flow is generated, and an electronic device (for example, a DC-DC converter) connected to the outside generates electricity by the emitted electrons (e ). The generated water is discharged to the outside through a liquid port (not shown).

次にDC−DCコンバータ230について説明する。DC−DCコンバータ230は、前述の燃料電池220とチャージコントローラ240に接続されている。DC−DCコンバータ230は、燃料電池220から入力された直流(DC)電圧を要求される直流(DC)電圧に変換する装置であり、これにより出力電圧を一定に保つことができる。DC−DCコンバータは、電子スイッチ、ダイオード、及びインダクタンスを基本素子とし、電子スイッチのスイッチング動作によって電圧を変換する(図示せず)。本実施例では、燃料電池220からの入力電圧(10.5〜16V)を出力電圧12V(40A)に変換するDC−DCコンバータ230を使用する。   Next, the DC-DC converter 230 will be described. The DC-DC converter 230 is connected to the fuel cell 220 and the charge controller 240 described above. The DC-DC converter 230 is a device that converts a direct current (DC) voltage input from the fuel cell 220 into a required direct current (DC) voltage, thereby maintaining an output voltage constant. The DC-DC converter uses an electronic switch, a diode, and an inductance as basic elements, and converts a voltage by a switching operation of the electronic switch (not shown). In this embodiment, a DC-DC converter 230 that converts an input voltage (10.5 to 16 V) from the fuel cell 220 into an output voltage 12 V (40 A) is used.

チャージコントローラ(充放電コントローラ)240は、DC−DCコンバータ230からの電力を蓄電池201に充電するとき、過充電を防ぐ目的で取り付けられる。本実施例で使用するチャージコントローラ240は、DC−DCコンバータ230からの入力電圧の確認、蓄電池201の電圧の確認、蓄電池201へ充放電の管理、インバータ250への電力供給などである。これらの確認や管理は、チャージコントローラ240の表示画面(例えば液晶モニタなど)に電圧、電流、電力などを表示させて行うことができる。また、パソコンに接続して、確認や管理を行ってもよい。   The charge controller (charge / discharge controller) 240 is attached for the purpose of preventing overcharge when the storage battery 201 is charged with power from the DC-DC converter 230. The charge controller 240 used in this embodiment includes confirmation of the input voltage from the DC-DC converter 230, confirmation of the voltage of the storage battery 201, charge / discharge management for the storage battery 201, power supply to the inverter 250, and the like. Such confirmation and management can be performed by displaying voltage, current, power, etc. on the display screen (for example, a liquid crystal monitor) of the charge controller 240. It may also be connected to a personal computer for confirmation and management.

本実施例では、蓄電池201の電圧が、過充電を防ぐため所定の電圧(例えば14V)に至った場合に充電を停止するように設定できる。また、蓄電池201の電圧が、所定の電圧(例えば12〜13V)の時にインバータ250への電力供給を許可し、所定の電圧(例えば12V未満)の時にインバータ250への電力供給を停止するように設定することもできる。蓄電池201の過充電を防ぐための充電停止やインバータ250への電力供給の停止は、図2に示すスイッチ202によって行うこともできる。   In the present embodiment, the charging can be set to stop when the voltage of the storage battery 201 reaches a predetermined voltage (for example, 14 V) in order to prevent overcharging. In addition, power supply to the inverter 250 is permitted when the voltage of the storage battery 201 is a predetermined voltage (for example, 12 to 13V), and power supply to the inverter 250 is stopped when the voltage is a predetermined voltage (for example, less than 12V). It can also be set. The charging stop for preventing the overcharge of the storage battery 201 and the power supply to the inverter 250 can be stopped by the switch 202 shown in FIG.

蓄電池201は、例えば12V200Aの蓄電池を4個直列につないで蓄電池容量を9600Whとする。また、12V200Aの蓄電池を10個直列につないで蓄電池容量を24kWhとする大容量の蓄電池201としてもよい。この場合には、蓄電池201の重量は非常に重くなる(約600kg)。   The storage battery 201 has a storage battery capacity of 9600 Wh by connecting, for example, four 12V200A storage batteries in series. Moreover, it is good also as the high capacity | capacitance storage battery 201 which connects the storage battery of 12V200A in series, and makes storage battery capacity 24kWh. In this case, the weight of the storage battery 201 becomes very heavy (about 600 kg).

インバータ250は、蓄電池201からの直流電圧を交流電圧に変換する。例えば、例えば12V200Aの蓄電池を4個直列につないだ場合には、インバータ250の出力電圧を約2.8kW(AC100V)となる。また、12V200Aの蓄電池を10個直列につないだ場合には、インバータ250への出力電圧は約4.8kW(AC100V)となる。このように、蓄電池の数を調整することで、必要とする出力電力が得られる。   Inverter 250 converts the DC voltage from storage battery 201 into an AC voltage. For example, when four 12V200A storage batteries are connected in series, the output voltage of the inverter 250 is about 2.8 kW (AC100V). When ten 12V200A storage batteries are connected in series, the output voltage to the inverter 250 is about 4.8 kW (AC100V). Thus, the required output electric power is obtained by adjusting the number of storage batteries.

本発明の発電装置は、水素1240リットルを燃料として発電4.4kWhに相当する電力が得られている。このように本発明の発電装置を使用することにより、既存の化石燃料や原子力による発電を代替、補完することができる。しかし、長時間にわたり電気を使用したい場合には、蓄電池からの電気量が足りなくなる場合もある。そのような場合には外部電源と組み合わせて、使用できるようにしてもよい。   In the power generator of the present invention, electric power corresponding to power generation of 4.4 kWh is obtained using 1240 liters of hydrogen as fuel. As described above, by using the power generation device of the present invention, it is possible to substitute or supplement existing power generation using fossil fuel or nuclear power. However, when it is desired to use electricity for a long time, the amount of electricity from the storage battery may be insufficient. In such a case, it may be used in combination with an external power source.

本発明の発電装置は、特に停電などの非常時においても非常用バッテリーとして自動車用や家庭用発電に使用できる。また、本発明の発電装置で使用されるのは水素と酸素のみであり、排出されるのは水だけであることから、環境への負荷が少ない発電装置である。
〔発電装置2〕
The power generation apparatus of the present invention can be used for power generation for automobiles and homes as an emergency battery even in an emergency such as a power failure. In addition, since only hydrogen and oxygen are used in the power generator of the present invention and only water is discharged, the power generator has a low environmental load.
[Power generation device 2]

次に本発明の別の発電装置について図3を用いて説明する。図1に示す水素製造システムの培養液を利用した発電装置の全体構成を示すブロック図である。以下、図2で説明した発電装置200と異なる構成部分を説明し、同じ構成部分については説明を省略する。   Next, another power generator of the present invention will be described with reference to FIG. It is a block diagram which shows the whole structure of the electric power generating apparatus using the culture solution of the hydrogen production system shown in FIG. Hereinafter, components that are different from the power generation device 200 described in FIG. 2 will be described, and description of the same components will be omitted.

図3に示す発電装置300は、前述の燃料電池220に水素と酸素を供給する方法として、高圧タンク260ではなく電気分解槽210を用いる。電気分解槽210に使用する電解液211は、精製水に前述の水素製造システム100で生産したアミノ酸を含む培養液を加えたものを使用する。電気分解槽210に入れる培養液は、綿などを使用して濾した後の液体のみを使用してもよい。電気分解液の濃度は0.4pHから3.4pHまでの電気分解液を使用する。本実施例では、2.4pHの電気分解液を用いる。水素イオン濃度の測定は、例えばPHメーター(水質測定器)などを利用することができる。また、本実施例では、寒天などを溶かしたゼリー状の電気分解液を用いる。それにより電気分解液の蒸発を防ぐことができる。   3 uses an electrolysis tank 210 instead of the high-pressure tank 260 as a method of supplying hydrogen and oxygen to the fuel cell 220 described above. As the electrolytic solution 211 used in the electrolysis tank 210, a solution obtained by adding a culture solution containing amino acids produced by the hydrogen production system 100 to purified water is used. As the culture solution to be put into the electrolysis tank 210, only the liquid after being filtered using cotton or the like may be used. The electrolytic solution has a concentration of 0.4 to 3.4 pH. In this embodiment, a 2.4 pH electrolysis solution is used. For the measurement of the hydrogen ion concentration, for example, a PH meter (water quality measuring device) or the like can be used. In this embodiment, a jelly-like electrolysis solution in which agar is dissolved is used. Thereby, evaporation of the electrolysis solution can be prevented.

本実施例の電気分解槽210は、箱型の電解槽に、電解液に接触して水素を発生させる電解用電極212(陰極)と、電解液に接触して酸素を発生させる電解用電極213(陽極)とを隔壁214を挟んで並んで設置させている。また、発生した水素と酸素を排出させて、燃料電池220に送り出すガス流路215を電解槽の上面に設けることができる。   The electrolysis tank 210 of this embodiment is composed of a box-type electrolytic cell, an electrode for electrolysis 212 (cathode) that generates hydrogen in contact with the electrolytic solution, and an electrode 213 for electrolysis that generates oxygen in contact with the electrolytic solution. (Anode) are placed side by side across the partition wall 214. Further, a gas flow path 215 for discharging the generated hydrogen and oxygen and sending them to the fuel cell 220 can be provided on the upper surface of the electrolytic cell.

電解用電極212、213に電圧を印加するために、電解用電極212、213は、配線とスイッチを介して外部電源201に接続されている。外部電源201により電解用電極212と電解用電極213との間に電圧を印加すると、電解液に含まれるアミノ酸と水を含む電解液を電気分解し、水素および酸素を発生させることができる。   In order to apply a voltage to the electrodes for electrolysis 212 and 213, the electrodes for electrolysis 212 and 213 are connected to the external power source 201 via wiring and switches. When a voltage is applied between the electrode for electrolysis 212 and the electrode for electrolysis 213 by the external power source 201, an electrolyte containing an amino acid and water contained in the electrolyte can be electrolyzed to generate hydrogen and oxygen.

電気分解槽210内の電解液が、電気分解のために消費され、所定量以下になったときは、給水タンク130から、電気分解槽210内に水を補充する。本実施例では、2つの電解用電極212、213を用いるが、短時間で水素と酸素の発生量を増やしたい場合には、2つの電解用電極212、213だけでなく、複数の電解用電極を用いてもよい。その場合には、電気分解槽210内の電解液が、電気分解のためにより早く消費され、所定量以下になるのが早くなる。   When the electrolytic solution in the electrolysis tank 210 is consumed for electrolysis and falls below a predetermined amount, water is replenished from the water supply tank 130 into the electrolysis tank 210. In this embodiment, two electrolysis electrodes 212 and 213 are used. However, when it is desired to increase the amount of hydrogen and oxygen generated in a short time, not only the two electrolysis electrodes 212 and 213 but also a plurality of electrolysis electrodes are used. May be used. In that case, the electrolytic solution in the electrolysis tank 210 is consumed more quickly for the electrolysis, and it becomes quicker to become a predetermined amount or less.

電解用電極212、213は、安定して水素と酸素を発生させるために、電解液に対する耐食性および遮液性を有する材質であることが好ましい。例えば、電解液に対して耐食性を有する白金や金などの貴金属電極が使用される。また、電解用電極212、213のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体を使用することもできる。本実施例では、特に導電性と耐食性が高く、表面積が大きい多層カーボンナノチューブ(2〜7層)を使用する。   The electrodes 212 and 213 for electrolysis are preferably made of a material having corrosion resistance and liquid shielding properties against the electrolytic solution in order to stably generate hydrogen and oxygen. For example, a noble metal electrode such as platinum or gold having corrosion resistance to the electrolytic solution is used. In addition, at least one of the electrolysis electrodes 212 and 213 can use a porous conductor carrying a catalyst. In this example, multi-walled carbon nanotubes (2 to 7 layers) having particularly high conductivity and corrosion resistance and a large surface area are used.

外部電源201により電解用電極212と電解用電極213との間に電圧を印加すると、陰極の電解用電極212では、電解液中の水素イオン(H)が反応して、水素(H)が発生する。本実施例の電解液には、シアノバクテリアの窒素固定反応により生成されたアミノ酸(グルタミン)を含む培養液が入っているため、水素イオン(H)が多く含まれている。そのため、通常の水(1リットル)による電解水の水素発生量(1,240リットル)と比べて、1リットルの水に100gのアミノ酸培養液を溶かして、2.4pHの電解液を使用した場合には、900倍もの水素(1116,000リットル)が発生する。 When a voltage is applied between the electrode for electrolysis 212 and the electrode for electrolysis 213 by the external power source 201, hydrogen ions (H + ) in the electrolytic solution react with the electrode for electrolysis 212 of the cathode to generate hydrogen (H 2 ). Will occur. The electrolyte solution of this example contains a large amount of hydrogen ions (H + ) because it contains a culture solution containing an amino acid (glutamine) generated by the nitrogen fixation reaction of cyanobacteria. Therefore, compared to the amount of hydrogen generated in electrolyzed water (1,240 liters) by normal water (1 liter), when 100 g of amino acid culture solution is dissolved in 1 liter of water and a 2.4 pH electrolyte is used 900 times as much hydrogen (116,000 liters) is generated.

一方、陽極の電解用電極213では、電解液中の水(HO)が反応して、酸素(O)が発生する。陰極の電解用電極212の水素の発生と、陽極の電解用電極213の酸素の発生量は、外部電源201のスイッチ202で調整することができる。すなわち、両方の気体の発生量を多くしたい場合には、スイッチ202を入れ、減らしたい場合には、スイッチ202を切ることができる。どちらか一方(例えば水素)の気体だけ増やしたい(減らしたい)ときには、片方のスイッチ202だけを入れる(切る)こともできる。 On the other hand, in the electrode 213 for electrolysis of the anode, water (H 2 O) in the electrolytic solution reacts to generate oxygen (O 2 ). The amount of hydrogen generated in the cathode electrolysis electrode 212 and the amount of oxygen generated in the anode electrolysis electrode 213 can be adjusted by the switch 202 of the external power source 201. That is, the switch 202 can be turned on to increase both gas generation amounts, and the switch 202 can be turned off to reduce the amounts of both gases. When it is desired to increase (decrease) only one of the gases (for example, hydrogen), only one switch 202 can be turned on (turned off).

隔壁214は、電解用電極212による水素が発生している空間と、電解用電極213
を仕切るように設けることができる。これにより、水素と酸素が混合することを防止できる。隔壁214は、例えば、多孔質ガラス、多孔質ジルコニア、多孔質アルミナ等の無機膜あるいは各空間の電解液のイオン濃度を一定に保つようにするために、イオン交換体を含んでもよい。本実施例では、隔壁214にイオン交換樹脂を膜状にしたイオン交換膜を使用する。
The partition wall 214 includes a space where hydrogen is generated by the electrolysis electrode 212 and an electrolysis electrode 213.
It can provide so that it may partition. Thereby, mixing of hydrogen and oxygen can be prevented. The partition wall 214 may include an ion exchanger in order to keep the ion concentration of the inorganic film such as porous glass, porous zirconia, and porous alumina or the electrolytic solution in each space constant. In this embodiment, an ion exchange membrane in which an ion exchange resin is formed into a film is used for the partition wall 214.

電気分解槽210で発生した水素と酸素は、ガス流路215を介して燃料電池220の燃料供給層225と酸素供給層224にそれぞれ排出される。燃料電池220と、DC−DCコンバータ230と、チャージコントローラ240と、蓄電池201と、インバータ250の構成は、前述の発電装置200と同じ構成のため、説明を省略する。   Hydrogen and oxygen generated in the electrolysis tank 210 are discharged to the fuel supply layer 225 and the oxygen supply layer 224 of the fuel cell 220 through the gas flow path 215, respectively. Since the configurations of the fuel cell 220, the DC-DC converter 230, the charge controller 240, the storage battery 201, and the inverter 250 are the same as those of the above-described power generation device 200, description thereof is omitted.

電気分解槽210で使用される外部電源201は、任意の外部電源、例えば家庭用電源を交流から直流に変換したものや、既存の電池などでもよいし、前述の燃料電池220から出力された電力を蓄える蓄電池201でもよい。本実施例では、外部電源201を蓄電池としている。このようにすることで、外部からの電源の供給がなくても、発電装置300だけで発電が可能である。しかし、長時間にわたり電気を使用する場合などには、蓄電池からの電気量が足りなくなる場合もあり、そのようなときには、両方の電源(蓄電池、外部電源)を組み合わせて、場合によって使い分けるようにしてもよい。   The external power source 201 used in the electrolysis tank 210 may be any external power source, for example, a home power source converted from alternating current to direct current, an existing battery, etc., or the power output from the fuel cell 220 described above. The storage battery 201 may be used. In this embodiment, the external power source 201 is a storage battery. By doing in this way, even if there is no supply of power from the outside, power generation is possible only with the power generation device 300. However, when using electricity for a long time, the amount of electricity from the storage battery may be insufficient. In such a case, combine both power sources (storage battery, external power source) and use them properly depending on the case. Also good.

以上、説明してきた本発明の水素製造システムでは、複数個の容器110を使用することにより、簡単なシステムで同時に多量の水素を獲得することが可能となる。また、複数個の容器110を使用することにより、シアノバクテリアの光合成、窒素固定反応により、高濃度のアミノ酸を含む培養液を獲得することができる。   As described above, in the hydrogen production system of the present invention described above, by using a plurality of containers 110, a large amount of hydrogen can be obtained simultaneously with a simple system. In addition, by using a plurality of containers 110, a culture solution containing a high concentration of amino acids can be obtained by cyanobacterial photosynthesis and nitrogen fixation reaction.

また、水素製造システムで獲得した水素を用いて、効率のよい発電装置200を提供することができる。本発明の水素収納タンク(高圧タンク)は、二酸化ケイ素を燃焼合成して配合したシリコン合金からなることにより、水素漏れが少なく、強度、耐熱性、耐久性などが優れており、また利用可能な重さになっていることから、例えばキャンピングカーなどに載せて使用することができる。   In addition, an efficient power generation apparatus 200 can be provided using hydrogen obtained by the hydrogen production system. The hydrogen storage tank (high-pressure tank) of the present invention is made of a silicon alloy blended by combustion synthesis of silicon dioxide, so that there is little hydrogen leakage, excellent strength, heat resistance, durability, and the like. Since it is heavy, it can be used on a camper, for example.

さらに、発電装置300は、電気分解槽210に高濃度のアミノ酸を含む培養液を使用しているため、従来の電気分解槽と比べて水素発生率が高く、効率よく水素を獲得でき、発電させることができる。   Furthermore, since the power generation apparatus 300 uses a culture solution containing a high concentration of amino acid in the electrolysis tank 210, the hydrogen generation rate is higher than that of the conventional electrolysis tank, and hydrogen can be efficiently acquired to generate power. be able to.

本発明の発電装置は、特に非常時においても非常用バッテリーとして自動車用や家庭用発電に利用でき、さらに中小企業で使用する電力としても利用できる。   The power generation device of the present invention can be used for power generation for automobiles and homes as an emergency battery, particularly in an emergency, and can also be used as power for use in small and medium businesses.

100…水素発電システム、110…容器、120…ライト、130…給水タンク、140…管理装置、150…固定枠、160…培養ユニット、200,300…発電装置、201…蓄電池、202…スイッチ、210…電気分解槽、211…電解液、212…電解用電極(陰極)、213…電解用電極(陽極)、214…隔壁、215…ガス流路、220…燃料電池、221…固体電解質、222…燃料極、223…空気極、224…酸素供給層、225…燃料供給層、226…セパレータ、230…DC−DCコンバータ、240…チャージコントローラ、250…インバータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Hydrogen power generation system, 110 ... Container, 120 ... Light, 130 ... Water supply tank, 140 ... Management device, 150 ... Fixed frame, 160 ... Culture unit, 200, 300 ... Power generation device, 201 ... Storage battery, 202 ... Switch, 210 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Electrolysis tank 211 ... Electrolytic solution 212 ... Electrolysis electrode (cathode), 213 ... Electrolysis electrode (anode), 214 ... Partition, 215 ... Gas flow path, 220 ... Fuel cell, 221 ... Solid electrolyte, 222 ... Fuel electrode, 223 ... air electrode, 224 ... oxygen supply layer, 225 ... fuel supply layer, 226 ... separator, 230 ... DC-DC converter, 240 ... charge controller, 250 ... inverter.

Claims (10)

光合成微生物株が含まれる培養液が供給された複数の容器と、
光の照射手段と、
光合成反応と窒素固定反応により水素を発生させ、該水素を獲得する手段と、
前記光合成微生物株の前記窒素固定反応により生成されるアミノ酸を含む培養液を獲得する手段と、
を備えることを特徴とする水素製造システム。
A plurality of containers supplied with a culture solution containing a photosynthetic microorganism strain;
Light irradiation means;
Means for generating hydrogen by a photosynthesis reaction and a nitrogen fixation reaction, and obtaining the hydrogen;
Means for obtaining a culture solution containing an amino acid produced by the nitrogen fixation reaction of the photosynthetic microorganism strain;
A hydrogen production system comprising:
請求項1に記載の水素製造システムであって、前記光合成微生物株は、シアノバクテリアであることを特徴とする水素製造システム。   The hydrogen production system according to claim 1, wherein the photosynthetic microorganism strain is a cyanobacteria. 請求項1又は2に記載の水素製造システムであって、第1の容器の光合成微生物株と培養液の一部を、第2の容器に移し、光合成反応と窒素固定反応を繰り返させる手段を有することを特徴とする水素製造システム。   3. The hydrogen production system according to claim 1, further comprising means for transferring a photosynthetic microorganism strain and a part of the culture solution in the first container to the second container and repeating the photosynthetic reaction and the nitrogen fixation reaction. A hydrogen production system characterized by that. 請求項1から3のいずれか1項に記載の水素製造システムにより発生した前記水素を収納する高圧タンクと、
前記水素と、酸素を化学反応させて発電させる燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を変換するDC−DCコンバータと、
前記燃料電池から出力された直流電力を蓄える蓄電池と、
前記蓄電池の充放電を制御するチャージコントローラと、
前記蓄電池から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
を備えることを特徴とする発電装置。
A high-pressure tank for storing the hydrogen generated by the hydrogen production system according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell for generating electricity by chemically reacting the hydrogen and oxygen;
A DC-DC converter for converting the output voltage of the fuel cell;
A storage battery for storing DC power output from the fuel cell;
A charge controller for controlling charge and discharge of the storage battery;
An inverter that converts a DC voltage output from the storage battery into an AC voltage;
A power generation device comprising:
請求項4に記載の発電装置であって、前記高圧タンクは、二酸化ケイ素を燃焼合成して配合したシリコン合金からなることを特徴とする発電装置。   5. The power generator according to claim 4, wherein the high-pressure tank is made of a silicon alloy in which silicon dioxide is synthesized by combustion synthesis. 請求項1から3のいずれか1項に記載の水素製造システムにより生成された前記アミノ酸を含む培養液を供給した電気分解槽と、
前記電気分解槽に電圧を加える外部電源と、
前記電気分解槽から発生する水素と酸素を化学反応させて発電させる燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を変換するDC−DCコンバータと、
前記燃料電池から出力された直流電力を蓄える蓄電池と、
前記蓄電池の充放電を制御するチャージコントローラと、
前記蓄電池から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
を備えることを特徴とする発電装置。
An electrolysis tank supplied with a culture solution containing the amino acid produced by the hydrogen production system according to any one of claims 1 to 3,
An external power source for applying voltage to the electrolyzer;
A fuel cell that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen generated from the electrolysis tank;
A DC-DC converter for converting the output voltage of the fuel cell;
A storage battery for storing DC power output from the fuel cell;
A charge controller for controlling charge and discharge of the storage battery;
An inverter that converts a DC voltage output from the storage battery into an AC voltage;
A power generation device comprising:
請求項6に記載の発電装置であって、前記電気分解槽の前記アミノ酸を含む分解液の濃度は0.4pH以上3.4pH以下であることを特徴とする発電装置。   The power generator according to claim 6, wherein the concentration of the decomposition solution containing the amino acid in the electrolysis tank is 0.4 pH or more and 3.4 pH or less. 請求項6又は7に記載の発電装置であって、前記電気分解槽の前記アミノ酸を含む分解液は、ゼリー状であることを特徴とする発電装置。   The power generator according to claim 6 or 7, wherein the decomposition solution containing the amino acid in the electrolysis tank is in a jelly form. 請求項6から8のいずれか1項に記載の発電装置であって、前記電気分解槽の電解用電極には、多層カーボンナノチューブが使用されることを特徴とする発電装置。   9. The power generation device according to claim 6, wherein multi-walled carbon nanotubes are used for the electrolysis electrode of the electrolysis tank. 10. 請求項6から9のいずれか1項に記載の発電装置であって、前記外部電源が前記蓄電池であることを特徴とする発電装置。   The power generator according to any one of claims 6 to 9, wherein the external power source is the storage battery.
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