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JP6081733B2 - Oil production method and production system from microorganism capable of producing hydrocarbon - Google Patents

Oil production method and production system from microorganism capable of producing hydrocarbon Download PDF

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JP6081733B2 JP2012176302A JP2012176302A JP6081733B2 JP 6081733 B2 JP6081733 B2 JP 6081733B2 JP 2012176302 A JP2012176302 A JP 2012176302A JP 2012176302 A JP2012176302 A JP 2012176302A JP 6081733 B2 JP6081733 B2 JP 6081733B2
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

本発明は、炭化水素を生産可能な微生物からのオイル製造方法、及び製造システムに関する。   The present invention relates to a method for producing oil from a microorganism capable of producing hydrocarbons, and a production system.

バイオ燃料は、石油燃料の代替物として期待され、開発・研究が進められている。例えば、特許文献1には、炭化水素の製造方法として、炭化水素生産性微生物の水性スラリーを加熱して45℃以上、150℃未満の温度で保持する加熱処理工程と、水性スラリーから、炭化水素生産性微生物により生産された炭化水素を含有する油状物質を回収する回収工程と、を行うことが開示されている。また、特許文献2には、生物を分解する分解装置と、分解された微生物を栄養源として、従属栄養性藻類を培養する培養装置と、従属栄養性藻類から油脂を抽出する抽出装置と、を備える、油脂製造システムが開示されている。   Biofuels are expected to replace petroleum fuels and are being developed and researched. For example, Patent Document 1 discloses, as a method for producing hydrocarbons, a heat treatment step in which an aqueous slurry of hydrocarbon-producing microorganisms is heated and maintained at a temperature of 45 ° C. or higher and lower than 150 ° C. And a recovery step of recovering an oily substance containing hydrocarbons produced by a productive microorganism. Patent Document 2 discloses a decomposition apparatus for decomposing organisms, a culture apparatus for culturing heterotrophic algae using the decomposed microorganism as a nutrient source, and an extraction apparatus for extracting fats and oils from heterotrophic algae. An oil and fat manufacturing system is disclosed.

特開2010−111865号公報JP 2010-111865 A 特開2010−246407号公報JP 2010-246407 A

バイオ燃料の生産は、まず廃食油、動物性脂肪・油脂からバイオジーゼルオイルを回収することから始まった。陸上植物は、多くの水資源と広大な耕作地を必要とするが、その種子にオイルを蓄積することから、オイル抽出効率を高めることができる反面、食糧・飼料と燃料の原料としての競合関係から、燃料製造としては衰退し始めている。一方、廃木材・パルプを出発原料として発酵操作を用いるバイオエタノールは、燃料としての認知が進んでいる。これらに対して、少ない水資源と荒地でも栽培ができ、成長が早い微細藻類を燃料の原料とする試みが今日盛んである。   Biofuel production began with the recovery of biodiesel oil from waste cooking oil, animal fats and oils. Terrestrial plants require a lot of water resources and vast cultivated land, but they can increase oil extraction efficiency because they accumulate oil in their seeds, but they have a competitive relationship as a raw material for food, feed and fuel. As a result, fuel production has begun to decline. On the other hand, bioethanol using a fermentation operation using waste wood and pulp as a starting material has been recognized as a fuel. On the other hand, attempts are being made today to use microalgae, which can be cultivated even in a small amount of water resources and wasteland, and are fast growing.

微細藻類の単位面積当たりのオイル産生能は、陸上植物と比較しても高い。淡水に生息する微細藻類中でも、例えば、ボトリオコッカス・ブラウニーは、乾燥重量当たりのオイル含有量が特段に高い。また、ボトリオコッカス・ブラウニーは、細胞外にオイルを放出する唯一の微細藻としても知られている。そのため、ボトリオコッカス・ブラウニーは、精製すること無くそのまま燃料として使用できるDrop-in Fuelとして直接的に炭化水素系オイルを産生することが検証されている。   The oil-producing ability per unit area of microalgae is higher than that of land plants. Among microalgae that inhabit freshwater, for example, Botryococcus brownies have a particularly high oil content per dry weight. Botryococcus brownie is also known as the only microalgae that releases oil extracellularly. Therefore, it has been verified that Botryococcus brownie produces hydrocarbon oil directly as Drop-in Fuel that can be used as fuel without purification.

しかしながら、微細藻類については、オイルの一貫生産技術は未だに確立されていないのが実情である。特に、培養藻の収穫から脱水・濃縮、オイル抽出に至る製造プロセスの各単位操作で技術課題が山積している。例えば、微細藻類を濃縮して収穫する工程(培養藻の収穫から脱水・濃縮)では、従来、培地で培養した微細藻類を遠心分離装置で遠心分離する手法が採用されていた。微細藻類の収穫時の密度は、例えば0.5kg/m3程度
(99.5%含水率)であり、実験室規模では遠心分離装置よりも高速回転する超遠心分離装置が使われてきた。また、産業用途では、高付加価値材料等を抽出する目的で機構的に同一の遠心型固液分離装置やスクリューデカンタが使用されている。希薄である微細藻類を含む培地全量を遠心分離するためには、従来、非常に大きな動力が必要とされていた。また、微細藻類が産生するオイルの大部分は細胞内にあるため、抽出効率を高めるために、細胞(細胞壁や細胞膜)を破壊してオイルを含む細胞を細胞外に抽出する工程が必要である。細胞壁や細胞膜の破壊について、実験室規模では、例えばフレンチプレスが使用
され、約300気圧級の応力を加えて破壊しているが、実用上は細胞破壊に膨大な動力が必要となる。一方、水とオイルの両極性物質を溶解するDME(dimethyl ether)を用いた吸水とオイル抽出の両作用を実証した試験規模の装置が開発されている。しかし物性上、吸水に必要な液化DME量は吸水量の約10倍を必要とするため、大量のDMEの貯留が必要となる。可燃性の気相・液相の取り扱いに伴う防爆対策、高圧ガス取扱所の認定等手続き等が、装置規模拡大と装置運用上の最大の障壁になっている。
However, as for microalgae, the actual situation is that the integrated oil production technology has not yet been established. In particular, there are many technical problems in each unit operation of the manufacturing process from harvesting of cultured algae to dehydration / concentration and oil extraction. For example, in the process of concentrating and harvesting microalgae (from harvesting of cultured algae to dehydrating and concentrating), conventionally, a technique of centrifuging microalgae cultured in a medium using a centrifuge has been employed. The density at the time of harvesting of microalgae is, for example, about 0.5 kg / m 3 (99.5% water content), and an ultracentrifuge that rotates faster than the centrifuge has been used on a laboratory scale. In industrial applications, the same centrifugal solid-liquid separator and screw decanter are used mechanically for the purpose of extracting high value-added materials and the like. In order to centrifuge the whole culture medium containing dilute microalgae, a very large power has been conventionally required. In addition, since most of the oil produced by microalgae is in the cells, a process for destroying the cells (cell walls and cell membranes) and extracting the cells containing oil out of the cells is necessary in order to increase the extraction efficiency. . Regarding the destruction of cell walls and cell membranes, for example, a French press is used on a laboratory scale, and destruction is performed by applying a stress of about 300 atm. However, in practice, enormous power is required for cell destruction. On the other hand, a device on a test scale has been developed that demonstrates both water absorption and oil extraction using DME (dimethyl ether), which dissolves both water and oil polar substances. However, because of the physical properties, the amount of liquefied DME necessary for water absorption needs to be about 10 times the amount of water absorption, so that a large amount of DME needs to be stored. Explosion-proof measures associated with the handling of flammable gas and liquid phases, procedures such as certification of high-pressure gas handling stations, etc. are the biggest barriers to equipment scale expansion and equipment operation.

本発明は、上記の問題に鑑み、少ないエネルギー消費で、炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造する技術を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a technique for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons with low energy consumption.

本発明は、上述した課題を解決するため、微細藻類を脱水・濃縮し、濃縮された微細藻類の細胞が過冷却になる所定の冷凍温度帯に所定時間維持する緩速冷凍し、細胞(細胞壁や細胞膜)を破壊することとした。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention dehydrates and concentrates microalgae, and slowly freezes the cells of the concentrated microalgae by maintaining them in a predetermined freezing temperature zone where the cells are supercooled for a predetermined time. And cell membrane).

詳細には、本発明は、炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造する方法であって、前記微生物を培地で培養する培養工程と、前記培養工程で培養された、培地を含む微生物を脱水して濃縮する濃縮工程と、前記濃縮工程で濃縮された微生物の細胞が過冷却になる所定の冷凍温度帯に所定時間維持する緩速冷凍により微生物の細胞を破壊する細胞破壊工程と、前記細胞破壊工程で破壊された微生物からオイルを分離回収するオイル分離回収工程と、を備える。   Specifically, the present invention is a method for producing oil from a microorganism capable of producing hydrocarbons, a culture step of culturing the microorganism in a medium, and dehydrating a microorganism containing the medium cultured in the culture step. A concentration step for concentrating the cells, a cell destruction step for destroying the cells of the microorganisms by slow refrigeration maintained for a predetermined time in a predetermined freezing temperature zone where the cells of the microorganisms concentrated in the concentration step are supercooled, and the cells An oil separation and recovery step of separating and recovering oil from the microorganisms destroyed in the destruction step.

炭化水素を生産可能な微生物は、光合成により炭化水素を生産する微生物であればよい。微生物炭化水素を生産可能な微生物には、微細藻類が例示される。微細藻類には、ボトリオコッカス・ブラウニー、オーランチオキトリウムなどが例示される。本発明によれば、細胞破壊工程において、緩速冷凍が行われ、微生物に含まれる水、細胞質、培地などの凝固点の差により、最初に水が凍り、次に、培地を含む水分が凍り、微生物の細胞質が最後に凍る。一方で、微生物内のオイルは凍らない。水透過性の低い細胞膜は、凍結に伴う水分移動が十分に行われず、細胞膜の存在によって細胞内外にそれぞれ氷を形成する。その結果、細胞内に形成した粗粒の氷結晶で細胞の堆積膨張が生じ、細胞(細胞壁や細胞膜)も破壊される。これにより、微生物が対数増殖期に光合成により細胞内で生産したオイルを、細胞外に効率よく抽出することが可能となる。緩速冷凍と異なる冷凍方式として、細胞が過冷却になる冷凍温度帯をできる限り短時間に通過させ、例えば−20℃から−30℃に温度を維持する急速冷凍が知られているが、緩速冷凍は、急速冷凍と比較して、細胞内の氷が大きく成長する。そのため、より効率よく微生物からオイルを分離することができる。本発明では、従来のように、例えばフレンチプレスを用いる必要もないことから、微生物からオイルを分離する際の消費エネルギーを抑制することができる。また、細胞破壊工程を行う前に濃縮工程を行い、微生物を十分に脱水しておくことで、緩速冷凍における冷凍負荷をより軽減することができる。   The microorganism capable of producing hydrocarbons may be any microorganism that produces hydrocarbons by photosynthesis. Microalgae are exemplified as microorganisms capable of producing microbial hydrocarbons. Examples of microalgae include Botryococcus brownies and Aurantiochytrium. According to the present invention, in the cell destruction step, slow freezing is performed, water is first frozen due to the difference in freezing point of water, cytoplasm, medium, etc. contained in the microorganism, then, the water containing the medium is frozen, The microbial cytoplasm freezes at the end. On the other hand, oil in microorganisms does not freeze. The cell membrane with low water permeability does not sufficiently transfer water due to freezing, and ice is formed inside and outside the cell due to the presence of the cell membrane. As a result, the coarse ice crystals formed in the cells cause cell deposition and expansion, and the cells (cell walls and cell membranes) are also destroyed. This makes it possible to efficiently extract the oil produced inside the cell by photosynthesis during the logarithmic growth phase. As a freezing method different from slow freezing, quick freezing is known in which a cell is passed through a freezing temperature zone in which cells are supercooled in as short a time as possible and maintained at a temperature of, for example, -20 ° C to -30 ° C. In the quick freezing, the ice in the cell grows larger than the quick freezing. Therefore, oil can be separated from microorganisms more efficiently. In the present invention, since it is not necessary to use a French press, for example, as in the prior art, energy consumption when separating oil from microorganisms can be suppressed. Further, by performing the concentration step before the cell destruction step and sufficiently dehydrating the microorganisms, it is possible to further reduce the refrigeration load in the slow freezing.

ここで、前記濃縮工程では、前記微生物を減圧下で加熱し脱水するようにしてもよい。常圧よりも減圧された状態で加熱することで、より効率よく脱水することができる。その結果、緩速冷凍における冷凍負荷をより軽減することができる。   Here, in the concentration step, the microorganism may be dehydrated by heating under reduced pressure. It can dehydrate more efficiently by heating in a state where the pressure is lower than the normal pressure. As a result, the refrigeration load in slow refrigeration can be further reduced.

また、前記濃縮工程は、前記培地を含む微生物を加圧濾過して脱水する一次濃縮工程と、前記一次濃縮工程で脱水された前記培地を含む微生物を減圧下で加熱し脱水する二次濃縮工程とを含むものでもよい。このように段階的に脱水・濃縮を行うことで、培地を含む微生物の含水率を効率よく低下させることができる。   The concentration step includes a primary concentration step of pressure-filtering and dehydrating microorganisms containing the medium, and a secondary concentration step of heating and dehydrating microorganisms including the medium dehydrated in the primary concentration step under reduced pressure. May be included. By performing dehydration / concentration step by step in this way, the moisture content of the microorganisms containing the medium can be efficiently reduced.

また、前記細胞破壊工程では、−2℃から−5℃の冷凍温度帯で少なくとも2時間維持
して緩速冷凍してもよい。細胞破壊工程の条件は上記に限定される者ではないが、例えば上記条件で緩速冷凍することで、微生物の細胞壁や細胞膜をより効果的に破壊することができる。
In the cell destruction step, slow freezing may be performed while maintaining at a freezing temperature range of −2 ° C. to −5 ° C. for at least 2 hours. Although the conditions of the cell destruction step are not limited to the above, for example, cell walls and cell membranes of microorganisms can be more effectively destroyed by slow freezing under the above conditions.

また、前記一次濃縮工程では、前記培地を含む微生物の含水率を70%まで脱水し、前記二次濃縮工程では、前記培地を含む微生物の含水率を40%まで更に脱水してもよい。上記のように段階的に脱水することで、培地を含む微生物の含水率を効率よく低下させることができる。なお、含水率は上記に限定されるものではない。   In the primary concentration step, the moisture content of the microorganisms containing the medium may be dehydrated to 70%, and in the secondary concentration step, the moisture content of the microorganisms containing the medium may be further dehydrated to 40%. By dehydrating stepwise as described above, the water content of the microorganisms containing the medium can be efficiently reduced. The moisture content is not limited to the above.

ここで、本発明は、炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造するシステムとして特定することができる。例えば、本発明は、炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造する製造システムであって、前記微生物を培地で培養する培養手段と、前記培養手段で培養された、培地を含む微生物を脱水して濃縮する濃縮手段と、前記濃縮手段で濃縮された微生物の細胞が過冷却になる所定の冷凍温度帯に所定時間維持する緩速冷凍により微生物の細胞を破壊する細胞破壊手段と、前記細胞破壊手段で破壊された微生物からオイルを分離回収するオイル分離回収手段と、を備える。   Here, the present invention can be specified as a system for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons. For example, the present invention relates to a production system for producing oil from a microorganism capable of producing hydrocarbons, a culture means for culturing the microorganism in a medium, and a microorganism containing the medium cultured in the culture means. Concentration means for concentrating the cells, cell destruction means for destroying the cells of the microorganisms by slow refrigeration for maintaining for a predetermined time in a predetermined freezing temperature zone where the microorganism cells concentrated by the concentration means are supercooled, and the cell destruction Oil separation and recovery means for separating and recovering oil from microorganisms destroyed by the means.

本発明によれば、細胞破壊手段により、緩速冷凍が行われ、微生物内のオイルを凍らせず、微生物の細胞膜の水透過性の低下に起因する細胞内外の氷形成を誘発する。微生物の細胞内外に氷を形成することで、細胞壁や細胞膜を破壊することができ、微生物が対数増殖期に光合成により細胞内で生産したオイルを、細胞外に抽出することが可能となる。上述したように、緩速冷凍は、急速冷凍と比較して、細胞内の氷が大きく成長する。そのため、より効率よく微生物からオイルを分離することができる。本発明では、従来のように、例えばフレンチプレスを用いる必要もないことから、微生物からオイルを分離する際の消費エネルギーを抑制することができる。また、細胞破壊手段には、濃縮手段によって十分に脱水された微生物が供給されるため、緩速冷凍における冷凍負荷をより軽減することができる。   According to the present invention, slow freezing is performed by the cell destruction means, oil in the microorganism is not frozen, and ice formation inside and outside the cell due to a decrease in water permeability of the cell membrane of the microorganism is induced. By forming ice inside and outside the microorganism cell, the cell wall and cell membrane can be destroyed, and the oil produced inside the cell by photosynthesis during the logarithmic growth phase can be extracted outside the cell. As described above, in the slow freezing, the ice in the cell grows larger than in the quick freezing. Therefore, oil can be separated from microorganisms more efficiently. In the present invention, since it is not necessary to use a French press, for example, as in the prior art, energy consumption when separating oil from microorganisms can be suppressed. In addition, since the microorganisms sufficiently dehydrated by the concentration means are supplied to the cell destruction means, the refrigeration load in the slow freezing can be further reduced.

ここで、前記濃縮手段は、前記微生物を減圧下で加熱し脱水してもよい。常圧よりも減圧された状態で加熱することで、より効率よく脱水することができる。その結果、緩速冷凍における冷凍負荷をより軽減することができる。   Here, the concentration means may dehydrate the microorganisms by heating them under reduced pressure. It can dehydrate more efficiently by heating in a state where the pressure is lower than the normal pressure. As a result, the refrigeration load in slow refrigeration can be further reduced.

また、前記濃縮手段は、前記培地を含む微生物を加圧濾過して脱水する一次濃縮手段と、前記一次濃縮手段で脱水された前記培地を含む微生物を減圧下で加熱し脱水する二次濃縮手段とを含む構成としてもよい。このように段階的に脱水・濃縮を行うことで、培地を含む微生物の含水率を効率よく低下させることができる。   In addition, the concentration means includes a primary concentration means for dehydrating the microorganisms containing the medium by pressure filtration, and a secondary concentration means for heating and dewatering the microorganisms containing the medium dehydrated by the primary concentration means under reduced pressure. It is good also as a structure containing these. By performing dehydration / concentration step by step in this way, the moisture content of the microorganisms containing the medium can be efficiently reduced.

また、前記細胞破壊手段は、−2℃から−5℃の冷凍温度帯で少なくとも2時間維持して緩速冷凍してもよい。上記条件で緩速冷凍することで、微生物の細胞壁や細胞膜をより効果的に破壊することができる。   Further, the cell disruption means may be slowly frozen by maintaining at a freezing temperature range of −2 ° C. to −5 ° C. for at least 2 hours. By slow freezing under the above conditions, the cell wall and cell membrane of the microorganism can be more effectively destroyed.

また、前記一次濃縮手段は、前記培地を含む微生物の含水率を70%まで脱水し、前記二次濃縮手段は、前記培地を含む微生物の含水率を40%まで更に脱水してもよい。上記のように段階的に脱水することで、培地を含む微生物の含水率を効率よく低下させることができる。   Further, the primary concentration means may dehydrate the moisture content of the microorganisms including the medium to 70%, and the secondary concentration means may further dehydrate the moisture content of the microorganisms including the medium to 40%. By dehydrating stepwise as described above, the water content of the microorganisms containing the medium can be efficiently reduced.

本発明によれば、少ないエネルギー消費で、炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造する技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which manufactures oil from the microorganisms which can produce a hydrocarbon with little energy consumption can be provided.

実施形態に係る微細藻類由来のオイル製造工程を示す。The process for producing oil derived from microalgae according to the embodiment is shown. 微細藻類由来のオイル製造システムの一例を示す。An example of the oil production system derived from micro algae is shown. オイル製造システムのうちの光培養装置の一例を示す。An example of the photoculture apparatus in an oil manufacturing system is shown. オイル製造システムのうちの光培養装置以外の構成の一例を示す。An example of structures other than the photoculturing apparatus in an oil manufacturing system is shown. 急速冷凍と緩速冷凍による品温降下パターンの一例を示す。An example of the temperature drop pattern by quick freezing and slow freezing is shown. オイル製造システムのうちの光培養装置以外の構成の他の例を示す。The other example of structures other than the photoculture apparatus in an oil manufacturing system is shown.

次に、本発明の実施形態の一例として、炭化水素を生産可能な微生物の一例である微細藻類からオイルを製造する場合について、図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。   Next, as an example of an embodiment of the present invention, a case where oil is produced from microalgae that are examples of microorganisms capable of producing hydrocarbons will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and the present invention is not limited to the embodiment described below.

<オイル製造方法>
図1は、実施形態に係る微細藻類由来のオイル製造工程(以下、単にオイル製造工程ともいう)を示す。実施形態に係るオイル製造工程は、光培養工程(S01)、一次濃縮工程(S02)、二次濃縮工程(S03)、細胞破壊工程(S04)、オイル分離工程(S05)を含む。これらの工程を経ることで、微細藻類から炭化水素系オイルが抽出(製造)される。
<Oil production method>
FIG. 1 shows an oil production process derived from microalgae (hereinafter also simply referred to as an oil production process) according to an embodiment. The oil production process according to the embodiment includes a photoculture process (S01), a primary concentration process (S02), a secondary concentration process (S03), a cell disruption process (S04), and an oil separation process (S05). Through these steps, hydrocarbon oil is extracted (produced) from microalgae.

本実施形態では、炭化水素を生産可能な微生物として微細藻類を用いるが、炭化水素を生産可能な微生物は、光合成により炭化水素を生産する微生物であればよい。微細藻類には、ボトリオコッカス・ブラウニー、オーランチオキトリウム、クロレラ、シアノバクテリア、スピルリナ、アオコなどが例示される。   In this embodiment, microalgae are used as microorganisms capable of producing hydrocarbons, but microorganisms capable of producing hydrocarbons may be microorganisms that produce hydrocarbons by photosynthesis. Examples of microalgae include Botryococcus brownies, aurantiochytrium, chlorella, cyanobacteria, spirulina, aoko.

光培養工程(S01)では、微細藻類が培養される。具体的には、培地(培養液)中に微細藻類の株を分散させた状態で、光が照射される。培養液の種類、光の照射時間、培養中の温度や雰囲気の状態は、微細藻類の種類によって適宜設定される。光が照射されると、微細藻類は光合成を行い、炭化水素を生成する。生成された炭化水素が微細藻類の細胞内に蓄積される。また、微細藻類が集合してコロニーを形成する場合には、コロニーを形成する微細藻類の細胞同士の間の空間に炭化水素が蓄積される。光培養工程が終了すると、一次濃縮工程(S02)へ進む。   In the light culture step (S01), microalgae are cultured. Specifically, light is irradiated in a state where a microalgae strain is dispersed in a medium (culture solution). The type of the culture solution, the light irradiation time, the temperature during the culture and the state of the atmosphere are appropriately set depending on the type of microalgae. When light is irradiated, microalgae photosynthesize and produce hydrocarbons. The produced hydrocarbon accumulates in the cells of microalgae. Moreover, when microalgae gather and form a colony, hydrocarbon accumulates in the space between cells of the microalgae forming the colony. When the photoculture process is completed, the process proceeds to the primary concentration process (S02).

一次濃縮工程(S02)では、培地を含む微細藻類が加圧濾過され、脱水・濃縮される。一次濃縮工程では、例えば、培地を含む微細藻類の含水率が70%まで脱水・濃縮される。一次濃縮工程で排出される濾過液は、回収し、光培養工程で用いることができる。一次濃縮工程が終了すると、二次濃縮工程(S03)へ進む。   In the primary concentration step (S02), microalgae containing the medium are pressure filtered, dehydrated and concentrated. In the primary concentration step, for example, the water content of the microalgae including the medium is dehydrated and concentrated to 70%. The filtrate discharged in the primary concentration step can be collected and used in the photoculture step. When the primary concentration step ends, the process proceeds to the secondary concentration step (S03).

二次濃縮工程(S03)では、一次濃縮工程で脱水・濃縮された微細藻類が減圧下で加熱、脱水される。二次濃縮工程では、例えば、培地を含む微細藻類の含水率が40%まで更に脱水・濃縮される。二次濃縮工程で排出される濾過液は、回収し、光培養工程で用いることができる。一次濃縮工程、二次濃縮工程を行い、培地を含む微細藻類段階的に脱水・濃縮することで、培地を含む微細藻類の含水率を効率よく低下させることができる。また、一次濃縮工程、二次濃縮工程を行うことで、次工程である細胞破壊工程で行う緩速冷凍における冷凍負荷をより軽減することができる。二次濃縮工程が終了すると、細胞破壊工程(S04)へ進む。   In the secondary concentration step (S03), the microalgae dehydrated and concentrated in the primary concentration step is heated and dehydrated under reduced pressure. In the secondary concentration step, for example, the water content of the microalgae containing the medium is further dehydrated and concentrated to 40%. The filtrate discharged in the secondary concentration step can be collected and used in the photoculture step. By performing the primary concentration step and the secondary concentration step, and dehydrating and concentrating the microalga including the culture medium step by step, the water content of the microalga including the culture medium can be efficiently reduced. In addition, by performing the primary concentration step and the secondary concentration step, it is possible to further reduce the refrigeration load in the slow freezing performed in the cell destruction step as the next step. When the secondary concentration step ends, the process proceeds to the cell destruction step (S04).

細胞破壊工程(S04)では、二次濃縮工程で脱水・濃縮された微細藻類が緩速冷凍され、微細藻類の細胞(細胞壁や細胞膜)が破壊される。緩速冷凍は、例えば、微細藻類を−2℃から−5℃の冷凍温度帯で少なくとも2時間維持することで行われる。これにより
、光培養工程を行うことで微細藻類が生産したオイルを、細胞壁や細胞膜の破壊により、細胞外に抽出することができる。細胞破壊工程が終了すると、オイル分離工程(S05)へ進む。
In the cell destruction step (S04), the microalgae dehydrated and concentrated in the secondary concentration step are slowly frozen and the microalgae cells (cell walls and cell membranes) are destroyed. Slow freezing is performed, for example, by maintaining microalgae in a freezing temperature range of −2 ° C. to −5 ° C. for at least 2 hours. Thereby, the oil produced by the microalgae by performing the photoculturing step can be extracted outside the cell by destroying the cell wall and the cell membrane. When the cell destruction step is completed, the process proceeds to the oil separation step (S05).

オイル分離工程(S05)では、細胞破壊工程で破壊された微細藻類からオイルが分離回収される。例えば、培地を含む微細藻類の凝固温度差、および密度差を利用した重力分離操作により、オイル、培地、及び細胞の混合物から、オイルを分離回収することができる。以上説明した工程を経ることで、微細藻類から炭化水素系オイルが抽出(製造)される。   In the oil separation step (S05), oil is separated and recovered from the microalgae destroyed in the cell destruction step. For example, the oil can be separated and recovered from the mixture of the oil, the medium, and the cells by a gravity separation operation using the difference in coagulation temperature and density of microalgae containing the medium. Through the steps described above, hydrocarbon oil is extracted (produced) from microalgae.

<オイル製造システム>
次に、上述したオイル製造方法で使用可能な装置について説明する。図2は、微細藻類からオイルを製造するオイル製造システム(以下、単にオイル製造システムともいう)の一例を示す。図2に示すオイル製造システム10は、微細藻類を培養する光培養装置1、培地を含む微細藻類を加圧濾過して脱水する一次濃縮装置2、一次濃縮装置で脱水された培地を含む微細藻類を減圧下で加熱し脱水する二次濃縮装置3、濃縮された微細藻類を緩速冷凍して細胞を破壊する細胞破壊装置4、破壊された微生物からオイルを分離回収するオイル分離装置5を含む。
<Oil production system>
Next, the apparatus which can be used with the oil manufacturing method mentioned above is demonstrated. FIG. 2 shows an example of an oil production system for producing oil from microalgae (hereinafter also simply referred to as an oil production system). An oil production system 10 shown in FIG. 2 includes an optical culture apparatus 1 for cultivating microalgae, a primary concentration apparatus 2 for pressure-filtering and dehydrating microalgae containing a medium, and a microalgae including a medium dehydrated by the primary concentration apparatus. A secondary concentrating device 3 for heating and dehydrating under reduced pressure, a cell disrupting device 4 for slowly freezing concentrated microalgae to destroy cells, and an oil separating device 5 for separating and recovering oil from the destroyed microorganisms .

図3は、オイル製造システムのうちの光培養装置の一例を示す。図3に示す光培養装置1は、本発明の培養手段の一例であり、上述した光培養工程(S01)に用いることができる。図3に示す光培養装置1は、微細藻類を培養する光培養槽、二酸化炭素を貯蔵し光培養槽へ供給する二酸化炭素源、培地を滅菌して貯蔵し、滅菌された培地を培地調整槽へ供給する培地滅菌槽、培地を貯蔵し光培養槽へ供給する培地調整槽、培養された、培地を含む微細藻類を貯蔵する貯蔵層、培養された微細藻類に対して更に培地を加えて微細藻類を培養するチューブ型流加式光培養槽を含む。   FIG. 3 shows an example of a light culture apparatus in the oil production system. The photoculture device 1 shown in FIG. 3 is an example of the culture means of the present invention, and can be used for the above-described photoculture step (S01). The photo-cultivating apparatus 1 shown in FIG. 3 is a photo-culturing tank for culturing microalgae, a carbon dioxide source for storing carbon dioxide and supplying it to the photo-cultivating tank, a medium is sterilized and stored, and the sterilized medium is stored in a medium adjustment tank Medium sterilization tank to supply to, medium adjustment tank to store culture medium and supply to light culture tank, cultured storage layer for storing microalgae containing culture medium, medium added to cultured microalgae and fine Includes a tube-type fed-batch photoculture tank for culturing algae.

培地滅菌槽には、一次濃縮装置2及び二次濃縮装置3で回収された培地を利用することができる。チューブ型流加式光培養槽には、培地を含む微細藻類が循環するよう、培地を含む微細藻が流れるチューブが接続され、チューブには培地を含む微細藻類を循環させるポンプが設けられている。また、図3に示す例ではチューブ型流加式光培養槽が4層設けられている。チューブ型流加式光培養槽の設置数は、例示であり、これに限定されない。各槽には、計測器として、温度計(T)、吸光度計(OD)、電気伝導度計(EC)、溶存酸素計(DO)が設けられ、チューブ型流加式光培養槽に供給される培養された微細藻類の供給量、追加される培地の供給量、照射する光の量や時間、二酸化炭素の供給量、雰囲気の状態(温度など)が適宜調整される。チューブ型流加式光培養槽で培養された微細藻類は、一次濃縮装置2へ供給される。なお、図3の矢印は、二酸化炭素、培地、微細藻類の流れを示す。図3の矢印で示す、各槽同士や、二酸化炭素源と各槽は、配管で接続することができる。なお、図3に示す光培養システムは、一例であり、微細藻類の培養には、公知の技術を適宜用いることができる。   In the medium sterilization tank, the medium collected by the primary concentration device 2 and the secondary concentration device 3 can be used. The tube-type fed-batch photocultivation tank is connected to a tube through which microalgae containing the medium flows so that microalgae containing the medium circulate, and the tube is provided with a pump for circulating the microalgae containing the medium. . Further, in the example shown in FIG. 3, four layers of tube type fed-batch photocultivation tanks are provided. The number of tube-type fed-batch photoculture tanks installed is merely an example, and is not limited thereto. Each tank is provided with a thermometer (T), an absorptiometer (OD), an electric conductivity meter (EC), and a dissolved oxygen meter (DO) as measuring instruments, and supplied to a tube-type fed-batch photoculture tank. The supply amount of cultured microalgae, the supply amount of the added medium, the amount and time of light to be irradiated, the supply amount of carbon dioxide, the state of the atmosphere (temperature, etc.) are appropriately adjusted. The microalgae cultured in the tube-type fed-batch photoculture tank is supplied to the primary concentration device 2. In addition, the arrow of FIG. 3 shows the flow of a carbon dioxide, a culture medium, and a micro algae. Each tank shown with the arrow of FIG. 3 or a carbon dioxide source and each tank can be connected by piping. Note that the photoculture system shown in FIG. 3 is an example, and known techniques can be appropriately used for culturing microalgae.

図4は、オイル製造システムのうちの光培養装置以外の構成の一例を示す。一次濃縮装置2は、本発明の一次濃縮手段に相当し、フィルタプレスによって構成されている。一次濃縮装置2は、上述した一次濃縮工程で用いることができる。二次濃縮装置3は、本発明の二次濃縮手段に相当し、減圧式低温加熱濃縮装置によって構成されている。二次濃縮装置3は、上述した二次濃縮工程で用いることができる。細胞破壊装置4は、本発明の細胞破壊手段に相当し、緩速冷凍装置によって構成されている。細胞破壊装置4は、上述した細胞破壊工程で用いることができる。オイル分離装置5は、本発明のオイル分離回収手段に相当し、分離槽によって構成されている。オイル分離装置5は、上述したオイル分離工程で用いることができる。   FIG. 4 shows an example of the configuration of the oil production system other than the photoculture device. The primary concentration apparatus 2 corresponds to the primary concentration means of the present invention, and is constituted by a filter press. The primary concentration apparatus 2 can be used in the primary concentration step described above. The secondary concentrating device 3 corresponds to the secondary concentrating means of the present invention, and is constituted by a vacuum type low temperature heating concentrating device. The secondary concentration apparatus 3 can be used in the secondary concentration step described above. The cell disruption device 4 corresponds to the cell disruption means of the present invention, and is constituted by a slow freezing device. The cell disruption device 4 can be used in the above-described cell disruption step. The oil separation device 5 corresponds to the oil separation and recovery means of the present invention, and is constituted by a separation tank. The oil separation device 5 can be used in the oil separation step described above.

フィルタプレスには、膜洗浄用の空気圧縮機動力のみを必要とする浸水型MF(Micro-filter)平膜が設けられており、浸水型MF平膜とフィルタプレスとによって、培地を含む微細藻類が脱水・濃縮される。フィルタプレスは、光培養装置1と配管によって接続されている(図4では、図示せず)。フィルタプレスと光培養装置1とを接続する配管には電磁弁が設けられており、開度を調整することで、フィルタプレスへ供給される培地を含む微細藻類の供給量が調整可能である。   The filter press is provided with a submerged MF (Micro-filter) flat membrane that requires only the power of the air compressor for cleaning the membrane. The submerged MF flat membrane and the filter press allow microalgae containing the medium to be contained. Is dehydrated and concentrated. The filter press is connected to the photoculture device 1 by piping (not shown in FIG. 4). The piping connecting the filter press and the photoculture device 1 is provided with an electromagnetic valve, and the amount of microalgae including the medium supplied to the filter press can be adjusted by adjusting the opening.

浸水型MF平膜の処理量は濃縮率を定めるパラメータであり、適宜設定することができる。ここで、例えば汚泥処理技術分野における処理量の範囲は、5〜15kg/m3であ
り、平均コロニー径が30〜50μm級の単一種微細藻類として培養さるため、微細藻類に適合した浸水型MF平膜の目標処理量は、汚泥より大きい値として、20kg/m3
ることができる。流束は、MF膜の所要面積を決めるパラメータであり、例えば汚泥処理技術分野では、0.50m3/m2/日が適用されている。そこで、浸水型MF膜の流束は汚泥よりも大きな値として、0.75m3/m2/日とすることができる。他方、フィルタプレスの濾過流束は、処理速度からフィルタの所要面積を決めるパラメータであり、例えば、汚泥処理技術分野において、0.5〜1.0kg/m2・hが適用されている。そこ
で、流束は、例えば0.75kg/m2・hとすることができる。このように微細藻類の
一次濃縮工程や二次濃縮工程では、一例として、汚泥処理分野の経験則に基づき、一種類からなる微細藻類に適合したパラメータを用いて装置を設計するようにしてもよい。
The treatment amount of the submerged MF flat membrane is a parameter that determines the concentration rate, and can be set as appropriate. Here, for example, the range of the treatment amount in the sludge treatment technology field is 5 to 15 kg / m 3 , and the average colony diameter is cultivated as a single species of microalgae having a class of 30 to 50 μm, so that the submerged MF suitable for microalgae is used. The target throughput of the flat membrane can be 20 kg / m 3 as a value larger than sludge. The flux is a parameter that determines the required area of the MF membrane. For example, in the sludge treatment technology field, 0.50 m 3 / m 2 / day is applied. Therefore, the flux of the submerged MF membrane can be set to 0.75 m 3 / m 2 / day as a larger value than the sludge. On the other hand, the filtration flux of the filter press is a parameter that determines the required area of the filter from the processing speed. For example, 0.5 to 1.0 kg / m 2 · h is applied in the sludge treatment technology field. Therefore, the flux can be set to, for example, 0.75 kg / m 2 · h. In this way, in the primary concentration process and the secondary concentration process of microalgae, for example, the apparatus may be designed using parameters suitable for one kind of microalgae based on the rule of thumb in the sludge treatment field. .

図4に示す減圧式低温加熱濃縮装置は、加熱槽、コンデンサ、ベンチュリー管、ヒートポンプ型ブラインチラー(凝縮器、蒸発器、キャプラリー、圧縮機)を含む構成である。加熱槽は、フィルタプレスと接続され、含水率が70%の培地を含む微細藻類を収容する。加熱槽には、加熱装置が設けられており、加熱槽に収容された培地を含む微細藻類を加熱可能である。加熱槽を加熱する加熱装置とブラインチラーの凝縮器とは、熱媒(例えば、温水)が流れる配管によって接続されており、加熱槽の加熱には、ブラインチラーの凝縮器から供給される熱媒が用いられる。熱媒が流れる配管には、ポンプが設けられており、加熱装置へ供給される熱媒の供給量は調整可能である。加熱槽内の培地を含む微細藻類が加熱されると、水蒸気が発生し、発生した水蒸気が主に加熱槽の頂部に溜まる。   The decompression type low temperature heating and concentrating apparatus shown in FIG. 4 has a configuration including a heating tank, a condenser, a venturi tube, and a heat pump type blownler (condenser, evaporator, caprary, compressor). The heating tank is connected to a filter press and contains microalgae containing a medium having a moisture content of 70%. The heating tank is provided with a heating device and can heat microalgae including the culture medium accommodated in the heating tank. The heating device for heating the heating tank and the condenser of the branchler are connected by a pipe through which a heat medium (for example, hot water) flows, and the heating medium supplied from the condenser of the branchler is used for heating the heating tank. Is used. The piping through which the heat medium flows is provided with a pump, and the supply amount of the heat medium supplied to the heating device can be adjusted. When the microalgae containing the culture medium in the heating tank is heated, water vapor is generated, and the generated water vapor mainly accumulates at the top of the heating tank.

コンデンサは、加熱槽及びベンチュリー管の下方に設けられた下部水槽と、夫々配管によって接続されている。加熱槽の頂部に溜まった水蒸気はコンデンサに導かれ、コンデンサを冷却する冷却装置によって冷却され、水に凝縮され、下部水槽に貯留される。コンデンサを冷却するための冷却装置と蒸発器とが配管を介して接続されており、コンデンサの冷却には、蒸発器から排出された冷媒(例えば、冷却水)が用いられる。蒸発器に接続された配管にはポンプが設けられており、コンデンサを冷却するための冷却装置へ供給する冷媒の供給量が調整可能である。   The condenser is connected to a lower water tank provided below the heating tank and the venturi pipe by respective pipes. Water vapor collected at the top of the heating tank is guided to the condenser, cooled by a cooling device that cools the condenser, condensed into water, and stored in the lower water tank. A cooling device for cooling the condenser and an evaporator are connected via a pipe, and a refrigerant discharged from the evaporator (for example, cooling water) is used for cooling the condenser. The piping connected to the evaporator is provided with a pump, and the supply amount of the refrigerant supplied to the cooling device for cooling the condenser can be adjusted.

下部水槽は、コンデンサを介して供給される水を貯留する。下部水槽は、もぐり堰が設けられ、2槽構造になっている。具体的には、上流側の槽は、コンデンサからの落水、及びベンチュリー管からの空気を含む排水が貯留し、下流側の槽は、もぐり堰を乗り越え静水された水を貯留する。ベンチュリー管には、下流側の槽に貯留された、水面の乱れが抑制された水が供給される。   The lower water tank stores water supplied via the condenser. The lower water tank is provided with a borer weir and has a two-tank structure. Specifically, the upstream tank stores the drainage water from the condenser and the air from the venturi pipe, and the downstream tank crosses the mooring weir and stores the hydrostatic water. The Venturi tube is supplied with water stored in a downstream tank with suppressed water surface disturbance.

ベンチュリー管は、加熱槽に接続されており、加熱槽を減圧する。具体的には、ベンチュリー管と下流側の槽が配管を介して接続され、この配管にはポンプが設けられており、下流側の槽に貯留された水がベンチュリー管の作動流体として汲み上げられる。ベンチュリー管の縮流部を作動流体としての水が高速で通過すると、加熱槽内の空気が引き込まれ、加熱槽内が減圧される。加圧槽には、圧力計(P)が設けられており、この圧力計で計
測される圧力に基づいて、ベンチュリー管のポンプの圧力が調整可能である。加熱槽が加熱され、減圧されることで、加熱槽に収容された培地を含む微細藻類は、含水率が40%に脱水・濃縮される。
The venturi tube is connected to the heating tank and depressurizes the heating tank. Specifically, a venturi pipe and a downstream tank are connected via a pipe, and a pump is provided in this pipe, and water stored in the downstream tank is pumped up as a working fluid of the venturi pipe. When water as a working fluid passes through the contracted flow portion of the venturi pipe at a high speed, the air in the heating tank is drawn and the inside of the heating tank is depressurized. The pressure tank is provided with a pressure gauge (P), and the pressure of the venturi pump can be adjusted based on the pressure measured by the pressure gauge. By heating and depressurizing the heating tank, the microalgae containing the medium accommodated in the heating tank is dehydrated and concentrated to a moisture content of 40%.

緩速冷凍装置は、加熱槽に直列に接続された、半バッチ形の緩速冷凍装置によって構成され、含水率が70%の培地を含む微細藻類を収容し、緩速冷凍する。緩速冷凍装置に収容された微細藻類を冷却するための冷却装置と蒸発器とが配管を介して接続されており、緩速冷凍装置の冷却には、蒸発器から排出された冷媒が用いられる。蒸発器に接続された配管にはポンプが設けられており、緩速冷凍装置を冷却するための冷却装置へ供給する冷媒の供給量が調整可能である。緩速冷凍装置には、温度計(T)が設けられており、この温度計で計測される温度に基づいて、蒸発器に接続された配管のポンプの圧力が調整可能である。また、加熱槽と緩速冷凍装置とを接続する配管には払出弁が設けられ、緩速冷凍装置へ供給する培地を含む微細藻類の供給量を調整可能である。また、緩速冷凍装置と分離槽とを接続する配管にも払出弁が設けられており、分離槽へ供給する培地を含む微細藻類の供給量を調整可能である。   The slow speed freezing apparatus is a semi-batch type slow speed freezing apparatus connected in series to a heating tank, and contains microalgae containing a medium having a moisture content of 70% and is slowly frozen. A cooling device for cooling the microalgae accommodated in the slow refrigeration apparatus and the evaporator are connected via a pipe, and the refrigerant discharged from the evaporator is used for cooling the slow refrigeration apparatus. . The piping connected to the evaporator is provided with a pump, and the supply amount of the refrigerant supplied to the cooling device for cooling the slow refrigeration device can be adjusted. The slow-speed refrigeration apparatus is provided with a thermometer (T), and the pressure of the pump of the pipe connected to the evaporator can be adjusted based on the temperature measured by the thermometer. Also, a pipe connecting the heating tank and the slow refrigeration apparatus is provided with a discharge valve, and the supply amount of microalgae including the medium supplied to the slow refrigeration apparatus can be adjusted. Also, a discharge valve is provided in a pipe connecting the slow-speed refrigeration apparatus and the separation tank, and the supply amount of microalgae including the medium supplied to the separation tank can be adjusted.

緩速冷凍装置では、収容された培地を含む微細藻類が、−2℃から−5℃の温度範囲で少なくとも2時間維持される。緩速冷凍の温度及び時間は、急速冷凍と比較して、細胞内の氷が大きく成長でき、微細藻類の細胞壁や細胞膜をより効果的に破壊できることを確認するための実験を微細藻類の種類毎に実験を行い、実験データに基づいて決定することができる。   In the slow freezing apparatus, the microalgae containing the contained medium is maintained at a temperature range of −2 ° C. to −5 ° C. for at least 2 hours. The temperature and time of slow freezing is different from that for quick freezing.Experiments for confirming that intracellular ice can grow larger and that cell walls and cell membranes of microalgae can be more effectively destroyed Experiments can be conducted and determined based on experimental data.

ここで、図5は、急速冷凍と緩速冷凍による品温降下パターンの一例を示す。図5は微細藻類として、ボトリオコッカス・ブラウニーを急速冷凍、緩速冷凍した場合の品温降下パターンである。図5より、急速冷凍と比較して、成長する細胞内の氷が大きくなる最大氷結晶成長温度帯は−2℃から−5℃であり、冷凍経過時間が少なくとも2時間であることが確認できる。なお、「急速冷凍」とは、例えば、食品冷凍保存・冷凍食品製造分野で従来から実施されている方法であり、「急速冷凍」は、細胞内の細胞の凍結により成長する氷を細かく分散する。「急速冷凍」は、細胞が過冷却になる−5℃の冷凍温度帯をできる限り短時間に通過させ、−20度から−30℃に食品温度を維持する。一方、「緩速冷凍」は、−2℃から−5℃の冷凍温度帯に対象物温度を維持することで、成長する細胞内の氷が大きく成長させるもので、食品冷凍保存分野では忌避すべき方法とされていたものである。本実施形態では、利用温度範囲において、入力電力に対して熱出力が2(成績係
数:2)であるヒートポンプ型ブラインチラーを用いて、−2℃から−5℃の範囲に微細
藻類を少なくとも2時間維持することで、ボトリオコッカス・ブラウニーの細胞壁や細胞膜を破壊する。細胞壁や細胞膜を破壊することで、細胞外に抽出されるオイル分と細胞と培地を含む水分を、その凝固温度で大まかに分離することが可能となる。すなわち、緩速冷凍装置では、微細藻類の細胞壁や細胞膜の破壊に加えて、オイル分と細胞と培地を含む水分を大まかに分離することも可能となっている。
Here, FIG. 5 shows an example of the temperature drop pattern by quick freezing and slow freezing. FIG. 5 shows a temperature drop pattern when Botryococcus brownies are rapidly frozen and slowly frozen as microalgae. From FIG. 5, it can be confirmed that the maximum ice crystal growth temperature range in which growing ice in the cells grows is −2 ° C. to −5 ° C., and the elapsed time of freezing is at least 2 hours, compared to quick freezing . “Fast freezing” is, for example, a method conventionally practiced in the field of frozen food storage and frozen food manufacturing, and “rapid freezing” finely disperses ice that grows by freezing of cells in cells. . “Quick freeze” maintains the food temperature from −20 ° C. to −30 ° C. by passing the freezing temperature zone of −5 ° C. where the cells are supercooled as quickly as possible. On the other hand, “slow freezing” is a method in which ice in growing cells grows greatly by maintaining the temperature of the object in a freezing temperature range of −2 ° C. to −5 ° C. This is what was supposed to be. In the present embodiment, at least 2 microalgae in the range of −2 ° C. to −5 ° C. are used by using a heat pump type branchler whose heat output is 2 (coefficient of performance: 2) with respect to input power in the utilization temperature range. By maintaining the time, the cell wall and cell membrane of Botryococcus brownie are destroyed. By destroying the cell wall and cell membrane, it is possible to roughly separate the oil content extracted from the cell and the water containing the cells and the medium at the coagulation temperature. That is, in the slow freezing apparatus, in addition to the destruction of the cell walls and cell membranes of microalgae, it is possible to roughly separate the oil, the water containing the cells and the medium.

分離槽は、緩速冷凍装置によって大まかに分離したオイルを、凝固温度差、および密度差を利用した重力分離を利用して、分離回収する。   The separation tank separates and recovers the oil roughly separated by the slow refrigeration apparatus using gravity separation using the solidification temperature difference and density difference.

<効果>
実施形態に係るオイル製造方法及びオイル製造システムによれば、細胞破壊工程において、緩速冷凍が行われ、微細藻類に含まれる水、細胞、培地などの凝固点の差により、最初に水が凍り、次に、培地などの不純物が凍り、微細藻類の細胞が最後に凍る。一方で、微細藻類内のオイルは凍らない。微細藻類の細胞が凍ることで、微細藻類の細胞壁や細胞膜を破壊することでき、微細藻類が光合成により細胞内で生産したオイルを、細胞外に抽出することが可能となる。緩速冷凍は、急速冷凍と比較して、細胞内の氷が大きく成長す
る。そのため、より効率よく微生物からオイルを分離することができる。実施形態に係るオイル製造方法では、従来のように、例えばフレンチプレスを用いる必要もないことから、微細藻類からオイルを分離する際の消費エネルギーを抑制することができる。また、細胞破壊工程を行う前に一次濃縮工程、及び二次濃縮工程を段階的に行い、微細藻類を十分に脱水しておくことで、緩速冷凍における冷凍負荷をより軽減することができる。
<Effect>
According to the oil production method and the oil production system according to the embodiment, slow freezing is performed in the cell destruction step, and water is first frozen due to differences in freezing points of water, cells, culture medium, etc. contained in the microalgae, Next, impurities such as culture medium freeze, and microalgae cells finally freeze. On the other hand, oil in microalgae does not freeze. By freezing the cells of the microalgae, the cell wall and cell membrane of the microalgae can be destroyed, and the oil produced by the microalgae in the cells by photosynthesis can be extracted outside the cells. In slow-freezing, the ice in the cells grows larger than in quick-freezing. Therefore, oil can be separated from microorganisms more efficiently. In the oil manufacturing method according to the embodiment, since it is not necessary to use a French press, for example, as in the past, it is possible to suppress energy consumption when separating oil from microalgae. Further, by performing the primary concentration step and the secondary concentration step in steps before performing the cell destruction step and sufficiently dehydrating the microalgae, the freezing load in the slow freezing can be further reduced.

微細藻類からオイルを製造するに際しては、細胞破壊工程及びその直前の工程である二次濃縮工程でのエネルギー消費量の増加が特に課題となる。しかしながら、上述した実施形態によれば、細胞破壊工程だけでなく、その直前の工程である二次濃縮において、より脱水・濃縮が行われることで、緩速冷凍の負荷を軽減することができる。高効率熱生産能を有するヒートポンプ型ブラインチラーを加熱源として低温加熱し、凝縮水を作動流体としたベンチュリー管の減圧作用を利用することで、減圧下で水分の蒸発が促進される。また、水の蒸発で気化熱を奪うため、微細藻類の温度が常温近くに維持される。水蒸気はコンデンサで凝縮し、蒸留水として排出されるため、これをベンチュリー管のための作動流体としてポンプアップして減圧を行う。ブラインチラーの冷熱・温排熱の両方を利活用することで、高効率の濃縮操作と緩速冷凍操作が実現する。   When producing oil from microalgae, an increase in energy consumption in the cell concentration step and the secondary concentration step, which is the step immediately before, is a particular problem. However, according to the above-described embodiment, the load of slow freezing can be reduced by performing dehydration and concentration not only in the cell destruction step but also in the secondary concentration immediately before that. Evaporation of moisture is promoted under reduced pressure by using a heat pump type bronchiler having high efficiency heat production ability as a heating source and using a pressure reducing action of a Venturi tube using condensed water as a working fluid. Moreover, since the heat of vaporization is taken away by evaporation of water, the temperature of the microalgae is maintained near room temperature. Since the water vapor is condensed in the condenser and discharged as distilled water, this is pumped up as a working fluid for the venturi pipe and decompressed. By utilizing both the cold and hot exhaust heat of the branchler, highly efficient concentrating operation and slow refrigeration operation are realized.

<産業上の利用可能性>
例えばオイルピークを越えて20年が経過する2030年以降は、新興国の更なる経済的進展により、化石燃料の価格は今日の121$/Bから240$/Bにもなると予測される。一方、対ドルの為替レートは、今日の80円/$水準から100円/$水準に回復するものとすると、製油所出荷価格は、今日の70円/L級から160円/L級に上昇すると予測される。この期間に、微細藻類の研究が進展して、東南アジア圏の安価な電力量単価と夜間電力需要を創生する産業としての認知が進むことが予想されるため、この分野の開発技術移転に伴い、微細藻類からのオイル製造単価は、40円/L級になることも予想される。
<Industrial applicability>
For example, after 2030, when 20 years have passed since the oil peak, fossil fuel prices are expected to increase from today's 121 $ / B to 240 $ / B due to further economic development in emerging countries. On the other hand, if the exchange rate against the US dollar recovers from the current 80 yen / $ level to the 100 yen / $ level, the refinery shipment price will rise from today's 70 yen / L class to 160 yen / L class. That is expected. During this period, research on microalgae has progressed and it is expected that the Southeast Asian region will be recognized as an industry that creates cheap unit prices of electricity and demand for nighttime electricity. The unit price of oil production from microalgae is expected to be 40 yen / L.

微細藻類由来するオイルは、日本国内においては、運輸部門において代替燃料としての安全性、燃費性能の検証が終了し、認知され普及期に入っている。このような社会経済的環境の変化により、微細藻類由来するオイルは、化石燃料に比べて圧倒的に安価な40円/L級の価格から、まずは運輸部門、産業部門で普及することが予想される。現在の石油換算一次エネルギー消費量は500百万トン/年であり、運輸部門で24%(うち95%
が化石燃料)、産業部門で43%(うち60%が化石燃料)を消費している。また、エネル
ギー消費量はGDPにほぼ比例し、GDPは人口に比例するため、GDPを維持しても人口の減少により、エネルギー消費量は今日よりも90%に減少すると予想される。この時期の電気自動車の普及を見込んでも、運輸部門と産業部門で20%の化石燃料代替市場が創生されるものと予想される。したがって、市場規模は、石油換算一次エネルギーで49百万トン/年級になるものと予想される。微細藻類は、生産に必要なエネルギー量に対して1,000〜3,000倍の二酸化炭素を吸収して光合成でオイルを生産するため、温室効果ガスのうちカーボンニュートラル効果が非常に高く、二酸化炭素排出クレジット権も国連から獲得することができるものと予想される。
In Japan, oil derived from microalgae has been recognized and entered into the diffusion period after the verification of safety and fuel efficiency as an alternative fuel has been completed in the transportation sector. Due to such changes in the socio-economic environment, oil derived from microalgae is expected to prevail in the transportation and industrial sectors, starting at 40 yen / L, which is overwhelmingly cheaper than fossil fuels. The The current primary energy consumption in terms of oil is 500 million tons / year, 24% in the transport sector (of which 95%
Is fossil fuel), and the industrial sector consumes 43% (of which 60% is fossil fuel). In addition, energy consumption is almost proportional to GDP, and GDP is proportional to population. Therefore, even if GDP is maintained, energy consumption is expected to decrease to 90% due to population decline. Even if electric vehicles are expected to spread during this period, it is expected that a 20% fossil fuel replacement market will be created in the transport and industrial sectors. Therefore, the market size is expected to be 49 million tons / year in terms of oil-converted primary energy. Microalgae absorb carbon dioxide that is 1,000 to 3,000 times the amount of energy required for production and produce oil through photosynthesis, so the carbon neutral effect is very high among greenhouse gases. Carbon emission credits are also expected to be obtained from the United Nations.

<変形例>
上述した実施形態では、培地を含む微細藻類を脱水・濃縮するため、一次濃縮工程及び二次濃縮工程を行ったが、変形例ではフィルタプレスによる脱水・濃縮のみ実施される。
<Modification>
In the above-described embodiment, the primary concentration step and the secondary concentration step are performed in order to dehydrate and concentrate the microalgae including the culture medium. However, in a modified example, only dehydration and concentration by a filter press is performed.

図6は、オイル製造システムのうちの光培養装置以外の構成の他の例を示す。図6に示す例では、一次濃縮装置2としてのフィルタプレスの下流側に、細胞破壊装置4としての緩速冷凍装置が2機並列に配置されている。フィルタプレスには、膜洗浄用の空気圧縮機動力のみを必要とする浸水型MF(Micro-filter)平膜が設けられており、浸水型MF平膜
とフィルタプレスとによって、培地を含む微細藻類が脱水・濃縮される。各緩速冷凍装置には、ヒートポンプ式ブラインチラーの蒸発器からの−15℃以下の冷媒(例えば、冷却水)を冷凍用熱源とする冷却装置が設けられ、緩速冷凍装置に収容された微細藻類の緩速冷凍が可能である。また、緩速冷凍槽の上流の近傍には緩速冷凍槽へ供給される培地を含む微細藻類の供給量を制御する電磁弁、及び培地を含む微細藻類の水分量を計測する水分計(M)が設けられている。なお、ヒートポンプ式ブラインチラーの凝縮器からの熱媒(例えば、温水)の温度は例えば32℃である。蒸発器と凝縮器の夫々には配管が接続され、更に各配管に温度計(T)が設けられている。また、緩速冷凍装置にも温度計(T)が設けられており、冷媒の温度等を適宜調整することで、緩速冷凍温度を調整することができる。
FIG. 6 shows another example of the configuration of the oil production system other than the photoculture device. In the example shown in FIG. 6, two slow refrigeration devices as the cell disruption device 4 are arranged in parallel downstream of the filter press as the primary concentration device 2. The filter press is provided with a submerged MF (Micro-filter) flat membrane that requires only the power of the air compressor for cleaning the membrane. The submerged MF flat membrane and the filter press allow microalgae containing the medium to be contained. Is dehydrated and concentrated. Each slow-speed refrigeration apparatus is provided with a cooling device that uses a refrigerant (for example, cooling water) of −15 ° C. or lower from an evaporator of a heat pump type blownler as a heat source for refrigeration. Slow freezing of algae is possible. Further, in the vicinity of the upstream of the slow freezing tank, there is an electromagnetic valve for controlling the amount of microalgae containing the medium supplied to the slow freezing tank, and a moisture meter (M ) Is provided. In addition, the temperature of the heat medium (for example, warm water) from the condenser of a heat pump type branchler is 32 degreeC, for example. A pipe is connected to each of the evaporator and the condenser, and a thermometer (T) is provided in each pipe. The slow refrigeration apparatus is also provided with a thermometer (T), and the slow refrigeration temperature can be adjusted by appropriately adjusting the temperature of the refrigerant.

また、図6に示す例では、緩速冷凍装置の下流側にフィルタプレスが設けられており、フィルタプレスで更に脱水・濃縮された微細藻類がオイル分離装置5としての分離槽で分離される。分離槽から排出される炭化水素が流れる配管には、排出される炭化水素の密度を計測する密度計が設けられている。緩速冷凍装置とフィルタプレスとを接続する配管には払出弁が設けられ、緩速冷凍装置の下流側のフィルタプレスへ供給される微細藻類の供給量の調整が可能である。   In the example shown in FIG. 6, a filter press is provided on the downstream side of the slow refrigeration apparatus, and the microalgae further dehydrated and concentrated by the filter press is separated in a separation tank as the oil separation apparatus 5. The pipe through which the hydrocarbons discharged from the separation tank flow is provided with a density meter that measures the density of the discharged hydrocarbons. A pipe connecting the slow speed refrigeration apparatus and the filter press is provided with a discharge valve, and the supply amount of microalgae supplied to the filter press on the downstream side of the slow speed refrigeration apparatus can be adjusted.

図6に示す変形例においても、微細藻類を緩速冷凍して微細藻類の細胞壁や細胞膜を破壊することで、微細藻類からオイルを分離することができる。従来のように、例えばフレンチプレスを用いる必要もないことから、微細藻類からオイルを分離する際の消費エネルギーを抑制することができる。また、細胞破壊工程を行う前に脱水・濃縮を行い、微細藻類を脱水しておくことで、緩速冷凍における冷凍負荷を軽減することができる。   Also in the modified example shown in FIG. 6, oil can be separated from the microalgae by slowly freezing the microalgae and destroying the cell walls and cell membranes of the microalgae. Since it is not necessary to use, for example, a French press as in the prior art, it is possible to suppress energy consumption when separating oil from microalgae. In addition, by performing dehydration and concentration before the cell destruction step and dehydrating microalgae, it is possible to reduce the refrigeration load in slow freezing.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係る炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法や炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システムはこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the method for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons and the system for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons according to the present invention are not limited thereto. These combinations can be included as much as possible.

1・・・光培養装置
2・・・一次濃縮装置
3・・・二次濃縮装置
4・・・細胞破壊装置
5・・・オイル分離装置
6・・・オイル製造システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoculture apparatus 2 ... Primary concentration apparatus 3 ... Secondary concentration apparatus 4 ... Cell destruction apparatus 5 ... Oil separation apparatus 6 ... Oil manufacturing system

Claims (12)

炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造する方法であって、
前記微生物の細胞が過冷却になる所定の冷凍温度帯に所定時間維持する緩速冷凍により微生物の細胞を破壊する細胞破壊工程と、
前記細胞破壊工程で破壊された微生物から、前記微生物とオイルとの凝固温度差を利用してオイルを分離回収するオイル分離回収工程と、を備える炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法。
A method for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons,
A cell destruction step of destroying the cells of the microorganism by slow freezing to maintain a predetermined freezing temperature range in which the cells of the microorganism are supercooled for a predetermined time;
An oil separation process for separating and recovering oil from microorganisms destroyed in the cell destruction process using a solidification temperature difference between the microorganism and oil, and a method for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons .
前記微生物を培地で培養する培養工程と、  A culture step of culturing the microorganism in a medium;
前記培養工程で培養された、培地を含む微生物を脱水して濃縮する濃縮工程と、をさらに備え、  A concentration step of dehydrating and concentrating the microorganisms containing the medium cultured in the culture step,
前記細胞破壊工程は、前記濃縮工程で濃縮された微生物の細胞を破壊する、請求項1に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法。  The method for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons according to claim 1, wherein the cell destruction step destroys the cells of the microorganisms concentrated in the concentration step.
前記濃縮工程では、前記微生物を減圧下で加熱し脱水する、請求項に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法。 The method for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons according to claim 2 , wherein in the concentration step, the microorganisms are heated and dehydrated under reduced pressure. 前記濃縮工程は、前記培地を含む微生物を加圧濾過して脱水する一次濃縮工程と、前記一次濃縮工程で脱水された前記培地を含む微生物を減圧下で加熱し脱水する二次濃縮工程とを含む、請求項又はに記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法。 The concentration step includes a primary concentration step of pressure-filtering and dehydrating microorganisms containing the medium, and a secondary concentration step of heating and dehydrating microorganisms containing the medium dehydrated in the primary concentration step under reduced pressure. The manufacturing method of the oil from the microorganisms which can produce the hydrocarbon of Claim 2 or 3 containing. 前記細胞破壊工程では、−2℃から−5℃の冷凍温度帯で少なくとも2時間維持して緩速冷凍する、請求項1からの何れか1項に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法。 In the cell disruption step, to slow freezing and maintained for at least 2 hours at freezing temperature zone of -5 ° C. from -2 ° C., from the production microorganism capable of hydrocarbons according to any one of claims 1 4 Oil production method. 前記一次濃縮工程では、前記培地を含む微生物の含水率を70%まで脱水し、前記二次濃縮工程では、前記培地を含む微生物の含水率を40%まで更に脱水する、請求項に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造方法。 Wherein the primary concentration step, the water content of the microorganism containing the medium was dewatered to 70%, the secondary concentration step, further dehydrating the moisture content of microorganisms, including the media up to 40%, according to claim 4 A method for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons. 炭化水素を生産可能な微生物からオイルを製造する製造システムであって、
前記微生物の細胞が過冷却になる所定の冷凍温度帯に所定時間維持する緩速冷凍により微生物の細胞を破壊する細胞破壊手段と、
前記細胞破壊手段で破壊された微生物から、前記微生物とオイルとの凝固温度差を利用してオイルを分離回収するオイル分離回収手段と、を備える炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システム。
A production system for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons,
Cell destruction means for destroying the cells of the microorganisms by slow freezing that is maintained for a predetermined time in a predetermined freezing temperature zone where the cells of the microorganisms are supercooled,
An oil production system from microorganisms capable of producing hydrocarbons, comprising: oil separation and recovery means for separating and recovering oil from microorganisms destroyed by said cell destruction means using a difference in coagulation temperature between said microorganisms and oil .
前記微生物を培地で培養する培養手段と、  A culture means for culturing the microorganism in a medium;
前記培養手段で培養された、培地を含む微生物を脱水して濃縮する濃縮手段と、をさらに備え、  A concentration means for dehydrating and concentrating the microorganisms containing the medium cultured by the culture means,
前記細胞破壊手段は、前記濃縮手段で濃縮された微生物の細胞を破壊する、請求項7に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システム。  8. The system for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons according to claim 7, wherein the cell destruction means destroys the cells of the microorganisms concentrated by the concentration means.
前記濃縮手段は、前記微生物を減圧下で加熱し脱水する、請求項に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システム。 9. The system for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons according to claim 8 , wherein the concentration means dehydrates the microorganisms by heating under reduced pressure. 前記濃縮手段は、前記培地を含む微生物を加圧濾過して脱水する一次濃縮手段と、前記一次濃縮手段で脱水された前記培地を含む微生物を減圧下で加熱し脱水する二次濃縮手段とを含む、請求項又はに記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システム。 The concentration means includes a primary concentration means for dehydrating the medium-containing microorganism by pressure filtration, and a secondary concentration means for heating and dewatering the microorganism-containing medium dehydrated by the primary concentration means under reduced pressure. A system for producing oil from a microorganism capable of producing a hydrocarbon according to claim 8 or 9 . 前記細胞破壊手段は、−2℃から−5℃の冷凍温度帯で少なくとも2時間維持して緩速冷凍する、請求項から10の何れか1項に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システム。 The microorganism for producing a hydrocarbon according to any one of claims 7 to 10 , wherein the cell disruption means is slow-frozen while maintaining at a freezing temperature range of -2 ° C to -5 ° C for at least 2 hours. Oil manufacturing system. 前記一次濃縮手段は、前記培地を含む微生物の含水率を70%まで脱水し、前記二次濃縮手段は、前記培地を含む微生物の含水率を40%まで更に脱水する、請求項10に記載の炭化水素を生産可能な微生物からのオイルの製造システム。 Said primary concentrating means, the water content of the microorganism containing the medium was dewatered to 70%, said secondary concentrating means further dehydrating the moisture content of microorganisms, including the media up to 40%, according to claim 10 A system for producing oil from microorganisms capable of producing hydrocarbons.
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