JPH03236724A

JPH03236724A - 植物の温室栽培方法およびそれに用いるシステム

Info

Publication number: JPH03236724A
Application number: JP2033463A
Authority: JP
Inventors: Takeo Tanabe; 田辺　武男; Masao Kawamura; 河村　昌男; Masaru Uno; 宇野　優; Shoichi Hirao; 平尾　昌一
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1991-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は植物の温室栽培方法およびそれに用いるシステ
ム、さらに詳しくは、植物の温室栽培における、いわゆ
る炭酸ガス施用による植物の温室栽培の改良に関する。

（従来の技術および解決すべき課題）近年、植物の温室栽培においては、日照時に温室内の炭
酸ガス濃度が低下し、その結果、光合成が阻害されて品
質や収量が低下するのを防ぐため、直接、温室内に炭酸
ガスを供給する、いわゆる炭酸ガス施用が行なわれてい
る。

一般に、かかる炭酸ガス施用には、石油を燃焼させて炭
酸ガスを発生させる石油燃焼方式、工業用の液化炭酸ガ
スボンベから炭酸ガスを発生させるボンベ方式およびＬ
ＰＧなどのガスを燃焼させて炭酸ガスを発生させるガス
燃焼方式が採用されている。

しかしながら、炭酸ガスによる地球温暖化が問題とされ
る昨今では、たとえ、炭酸ガス施用により品質や収量が
向上するとしても、実際に施用に必要な量よりもはるか
に多量の炭酸ガスを、わざわざ灯油やＬＰＧのような化
石燃料を燃焼させて発生させたり、同様に化石燃料を原
料とした工業用の炭酸ガスを転用することは関係分野で
も問題となっている。

さらに、炭酸ガスとともに地球を温暖化させる有機物と
して問題になっているメタンについてもその対策が急が
れている。

このような事情に鑑み、本発明者らは炭酸ガス施用にお
けるこれらの問題を解決すべく、鋭意検討を重ねた。そ
の結果、下水処理汚泥等のバイオマスのメタン醗酵で発
生するメタン醗酵ガス中に高濃度に含有される炭酸ガス
が安価に効率よく利用でき、また、温暖化する働きが炭
酸ガスより２０〜４０倍も強いといわれるメタンを燃焼
させて炭酸ガスに変え、同時に熱を回収して有効に利用
することにより、これらの問題が解決できることを見出
だした。

すなわち、このようなバイオマスからはメタンガスと共
に大量の炭酸ガスが放出され、従来、これらのガスはそ
のまま大気中に放出されていたが、本発明者らは、先に
、これらのガスからプレッシャースイング法により炭酸
ガスが効率よく回収でき、高純度のメタンが得られるこ
とを知り、特許出願した（特開昭５８−１２２０１８号
）。その後、さらに検討を重ねた結果、この度、かかる
技術が炭酸ガス施用の改善に適用できることが判明した
。

（課題を解決すべき手段）本発明はその一つの態様として、植物を温室にて栽培す
るに際し、メタン醗酵施設から発生するガスをプレッシ
ャースイング法により炭酸ガスとメタンとに分離、蓄積
し、該炭酸ガスを植物の光合成促進のために供給し、ま
たメタンを燃焼して、熱源にするとともに排熱を回収し
て有効に利用することを特徴とする植物の温室栽培方法
を提供するものである。

本発明によれば、従来、大気中に放出されていたメタン
醗酵ガス中に含有される炭酸ガスを安価に、かつ、有効
に利用できるので前記のような従来の炭酸ガス施用にお
ける問題が解消できるばかりでなく、分離されたメタン
も、例えば、温室暖房用の熱源や各種の熱機関の燃料と
して再利用できる利点がある。

かくして、本発明の方法は、対象とする植物を特に限定
するものではなく、通常、温室栽培される果樹、野菜、
花再等いずれのものにも適用でき、例えば、メロン、ト
マト、キュウリ、シシトウ、ピーマン、イチゴ、ナス、
レタス、キク、カーネーション、柿、ブドウ等の栽培に
好適に珂いることができる。

また、メタン醗酵施設は、炭酸ガスを含有するメタン醗
酵ガスを発生する嫌気性醗酵設備ならば特に限定される
ものではない。例えば、下水処理汚泥やし尿等を処理す
る嫌気性醗酵設備、あるいは、家畜ふん尿、とうもろこ
し、さとうきび、野菜、果実くず等広汎なバイオマスを
処理する嫌気性醗酵設備等が挙げられる。例えば、下水
処理汚泥の消化メタン醗酵ガスは、通常、３５〜４０容
量％の炭酸ガスを含有しており、本発明の方法に好適に
用いられる。

さらに、プレッシャースイング法自体も公知の方法が採
用され、例えば、前記、本発明者らの特開昭５８−１２
２０１８号の方法が採用できる。

すなわち、１塔以上のガス吸着塔を備えたプレッシャー
スイング装置を用い、好ましくは、１０ｋｇ７ｃｍ”Ｇ
以下、さらに好ましくは、２〜５ｋｇ／ｃｍ’Ｇ程度の
圧力で常法に従い、装置の運転を実施する。圧力が高す
ぎると設備費が高価になり、それにともないエネルギー
コストも高くなる。また、圧力が低すぎると装置が大き
くなりすぎ、得策でない。吸着剤としては、カーボンモ
レキュラーシーブ、ゼオライトモレキュラーシーブ、シ
リカゲル、アルミナゲル等公知のものを単独で、あるい
は併用して用いることができ、特に、処理能力、耐用期
間等の点てカーボンモレキュラーシーブが好ましい。

メタン醗酵施設で発生するガスは通常、３５〜５５℃程
度の温度を有し、水分飽和の状態なので、これを４０℃
以下、好ましくは、２０℃程度に冷却して水分を減少さ
せてプレッシャースイングに付すのが望ましい。また、
吸着剤によっては、より低温にし、脱水、乾燥をする。

本発明の方法においては、このようにしてプレッシャー
スイング法により分離した炭酸ガスとメタンを常法によ
り、夫々、適当な加圧タンクに蓄積する。なお、本明細
書で用いる「メタン」なる語は、メタン醗酵ガスから炭
酸ガスを分離した、メタンに富んだ高カロリーのガスを
意味する。

蓄積した炭酸ガスは所望の温室内の炭酸ガス濃度に応じ
てタンクより適宜の手段、例えば、適当な炭酸ガス供給
管や開閉弁を組み合わせて手動もしくは自動的に、また
、間欠的もしくは連続的に所定期間、温室内に供給され
る。温室内の炭酸ガス濃度は公知のセンサー、ガス検知
器等で測定できる。対象とする植物等にもよるが、通常
、温室内では、自然状態で約３５０　ｐｐｍ程度の炭酸
ガスが存在するが、光合成を促進させるためには７００
〜３，０００ｐｐｍの炭酸ガスの存在が好ましいとされ
ている。この光合成時の炭酸ガス濃度を維持するために
は、例えば、面積１０アール、高さ３．５ｍの温室で１
日、午前８時より１２時の４時間炭酸ガス施用を行う場
合、１時間当たり１〜１０ｋｇの炭酸ガスが必要となる
。

一方、蓄積したメタンは醗酵により発生した状態のガス
と比較してカロリーが、例えば、２．０００−３，００
０Ｋｃａｌ／Ｎｍ’増加しており、バーナー等の適当な
燃焼装置に供給し、要すれば、他の補助燃料と共に燃焼
させて温室の暖房用に用いることができる。通常、炭酸
ガス１ｋｇ当たり、０．５〜０　、７　ｋｇメタンが得
られるので、得られたメタンは単に燃焼させるだけでな
く、例えば、ガスエンジンやガスタービン等の熱機関の
燃料として用い、電力、動力、熱風、蒸気、温水、冷水
等の各種エネルギーに変えることができ、プレッシャー
スイング装置の動力、温室内の気象条件の制御を始め、
メタン醗酵施設の管理、その他の冷暖房等に使用するこ
とができる。

本発明の方法は、一般に、添付の第１図に示すシステム
を用いて実施される。

すなわち、メタン醗酵施設！から発生したメタン醗酵ガ
スは、要すれば、脱硫器（図示せず）等で処理した後、
昇圧器２により所定の圧力に昇圧され、クーラー３で冷
却して水分含量を低下させる。

昇圧されたガスは吸着剤が充填された吸着塔４に導入さ
れる。吸着塔は少なくともｌ塔、好ましくは第１図に示
すごとく２塔以上より排出され、６塔の圧力を交互に変
動させて醗酵ガス中の炭酸ガスの吸着を交互に行う。塔
数は多いほど炭酸ガスの回収率が上昇するが、設備費も
上がるので、般に、２〜６塔が好ましい。炭酸ガスが吸
着、分離されたメタンは吸着塔を通過し、タンク５に導
入され、蓄積される。一方、吸着された炭酸ガスは真空
ポンプ６により脱着され、タンク７に導入され、蓄積さ
れる。タンク７に蓄積された炭酸ガスは、温室８内の炭
酸ガス濃度に応じ、供給手段９を介して温室８内に供給
される。また、タンク５に蓄積されたメタンはバーナー
あるいは熱機関１０に送られ、燃料として消費され、温
室８内の冷暖房などの気象条件制御、あるいはメタン醗
酵施設置やその他のエネルギー源とされる。炭酸ガスや
メタンの供給は、所望の条件に応じてコントロール手段
１１により、制御される。

かくして、本発明はもう一つの態様として、本発明方法
の実施に用いる第１図に示すごときシステムを提供する
もので、該システムは、原料ガス入口端がメタン醗酵施
設のガス排出端に連絡された少なくとも！基の吸着塔を
備えたプレッシャースイング・ガス分離装置と、該ガス
分離装置の吸着ガス排出端に連絡され、そこから排出さ
れる装置により吸着分離された炭酸ガスを蓄積する炭酸
ガスタンクと、該ガス分離装置の非吸着ガス排出端に連
絡され、そこから排出される分離メタンガスを蓄積する
メタンガスタンクと、該炭酸ガスタンクから温室内に炭酸ガスを供給する供給
手段と、該メタンガスを燃料とするバーナーまたは熱機関と、該炭酸ガスの供給および温室内の気象条件を制御するコ
ントロール手段とからなることを特徴とする。

該システムにおけるプレッシャースイング・ガス分離装
置としては、前記のような２〜６塔式の装置が好適に用
いられ、炭酸ガスやメタンの蓄積タンクには公知の加圧
タンクが使用できる。供給手段としては、前記した供給
管と開閉弁の組み合わせや、下記コンピューター制御と
連動したガス供給システムを用いることができる。コン
トロール手段としては、例えば、温室内に配置し゛た温
度、湿度、ガス濃度等の検知器と、その検知結果に対応
して炭酸ガス供給手段や、温室の冷暖房、給水等の設備
を作動、停止させる装置を用いることができる。かかる
装置は手動でも自動でもよく、要すれば、コンピュータ
ー制御を採用してもよい。

該システムの運転条件は対象とする植物、メタン醗酵施
設の規模等に応じて適宜決定できる。

（実施例）以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。

用いたシステムは第１図に示すとおりであり、以下のメ
タン醗酵施設より以下のプレッシャースイング装置で分
離した炭酸ガスおよびメタンをそれぞれの蓄積タンクに
貯えた。炭酸ガスは温室に供給され、メタンは温水ボイ
ラーまたは補助ボイラーの熱源として使用し、各種の果
菜、野菜、果物、花再等の温室栽培を行なった。

メタン醗酵施設し尿処理のための嫌気性醗酵施設し尿処理量＝６７〜７４ｋ１２／日メタン醗酵ガス発生量；２２〜２７Ｎｍ１３７時（組成
メタン６５ｖｏ１．％、炭酸ガス３５ｖｏ１．％）プレッシャースイング・ガス分離装置カーボンモレキュラーシーブ充填２塔式プレッシャース
イング・ガス分離装置吸着剤量：１００２／塔昇圧器における昇圧：　２．５ｋｇ／ｃｍ”Ｇ醗酵ガス
冷却温度：３０℃ プレッシャースイング間隔＝　１分３０秒生成炭酸ガス純度；９７〜９９ｖｏ１．％生成量：　７，６〜８．４Ｎｍ３／時（１４，５〜１６．５に９／時）生成メタンガス純度：９３〜９５ｖｏ１．％生成量：１６．８〜１７．４　Ｎｍ”／時熱１１７，８
００〜８．１００Ｋｃａｌ／Ｎｌ１１’実施例１６０−ガラス温室（両屋根式南北棟ガラス）にて金網床
で秋冬作メロン（アールス・フェボリット系、整糸３号
Ａ）を下記の条件で栽培した。

定植　　　　　　　　　　　　１１月４日炭酸ガス施用
期間　　　　！２月２日〜１月２５日同上時間　　　　
　　　　８時〜１４時（６時間）同上濃度　　　　　　
　　８００〜１　、２００ｐｐｍ温室内温度　　　　　
　　２５〜３０℃炭酸ガス施用終了後１週間経過してか
ら収穫し、集電を測定したところ、無施用の場合と比較
して、３０％の増加がみられた。また、糖度、ネット指
数とも良好でこれらの結果は通常のボンベ方式で炭酸ガ
ス施用を行なった場合と同等であった。

一方、分離蓄積されたメタンガスは温室暖房用の温水ボ
イラーの熱源として使用した。

実施例２春作メロン（アールス・フエボリット系、巻糸１号）を
用い、下記の条件にて栽培を行なった。

定植　　　　　　　　　　　　２月２７日炭酸ガス施用
期間　　　　４月１６日〜５月２４日同上時間　　　　
　　　　日の出３０分後〜１０時同上濃度　　　　　　
　　９００〜１，１１００ｐＩ）温室内温度　　　　　
　　２５〜３０℃上記以外は実施例１と同様にして栽培
を行なったところ、実施例１とほぼ同様の結果が得られ
た。

実施例３下記の条件でトマトの温室栽培を行なった。

品　種　　　　　　　たのも温室　　　１３５ｍ” 定　植　　　　　　　　１月７日炭酸ガス施用期間　　１月８日〜４月３０日同上時間　
　　　　　７時〜１２時（５時間）同上濃度　　　　　
　９００〜１，１１００ｐｐ温　度　　　　　　　温室
白昼２８℃以下、夜１０℃以上収量　　　３０％増品　質　　　　　　　空洞果減少し品質向上。

上記の結果はボンベ方式による炭酸ガス施用で得られた
結果とほぼ同等であった。また、メタンガスは温室暖房
用の熱源として用いられた。

実施例４下記の条件でイチゴの温室栽培を行なった。

品　種　　　　　　　案文早生温室　　　１２０１定　植　　　　　　　　１０月１６日炭酸ガス施用期間　　１１月Ｉ８日〜１月１７日同上時
間　　　　　　６時３０分〜１６時３０分（１０時間）同上濃度　　　　　　１　、２００〜ｌ、　５００ｐｐ
ｍ瓜　度　　　　　　　温室白昼２０〜２５℃、夜ｌＯ
℃以上収　量　　　　　　約５０％増上記の結果は灯油燃焼方式で炭酸ガス施用を行なった場
合よりもややすぐれていた。また、メタンは温室暖房用
の熱源として用いられた。

実施例５下記の条件でキュウリの温室栽培を行なった。

品　種　　　　　　　王金越冬温室　　　５３ｍ２定　植　　　　　　　　１１月１３日炭酸ガス施用期間　　１１月１３日〜１月９日同上時間
　　　　　　午前７時〜ｌＯ時（３時間）同上濃度　　
　　　　９００〜１．２００ｐｐｍ温　度　　　　　　
　温室白昼３３℃以下、夜１３℃以上収量　　　　　　　全果数　４３％増全果重　６１％増上記の結果はボンベ方式で炭酸ガス施用を行なった場合
とほぼ同等であった。また、メタンガスは温室暖房用の
熱源として使用した。

実施例６温室栽培のブドウにプレッシャースイング装置で分離し
た炭酸ガスを施用した。但し、本実施例では果実につい
ての評価ではなく、ブドウの同一葉面をｌｅａ”のディ
スク状にリーフパンチで炭酸ガス施用前（９時）と施用
後（１５時）の２枚を左右対称に打ち抜き、葉の乾燥重
量を比較して光合成能力を測定した。

品　種　　　　　　　マスカット・オブ・アレキサンド
リア温室　　　１６５＋ｎ″ 試験日　　　　　　　　６月１５日炭酸ガス施用時間　　９時〜１５時（６時間）同上濃度
　　　　　　１，０００〜１，３００ｐｐｍ温度　　　
３６〜３９℃ その結果、光合成能力は炭酸ガス無施用の場合に比較し
て４９％増大しており、灯油燃焼方式で炭酸ガスを施用
した場合とほぼ同等の結果が得られた。

実施例７下記の条件で電照式カーネーションの栽培を行なった。

品　種　　　　　　　インブルーブト・ニューピンク・
シムコーラル温室　　　３６１定　植　　　　　　　　　１０月１２日炭酸ガス施用期
間　　１１月１日〜３月１５日同上時間　　　　　　午
前４時〜５時（ＩＱ間）同上濃度　　　　　　５００〜
７００ｐｐｍ温　度　　　　　　　温室白昼１６℃以下
、夜ｌＯ℃以上品　質　　　　　　　電照により細長くなった茎が丈夫
になった。

上記の結果はボンベ方式で炭酸ガス施用を行なった場合
とほぼ同等であった。また、メタンガスは温室暖房用の
熱源として使用した。

（発明の効果）本発明によれば、従来の炭酸ガス施用における安全上、
経済上の問題が解消されると共に、廃棄物として大気に
放出されているメタン醗酵ガスの有効な再利用が図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の植物の温室栽培システムの一具体例を
示すフローシートである。図面中の主な符号はつぎのらのを意味する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）植物を温室にて栽培するに際し、メタン醗酵施設
から発生するガスをプレッシャースイング法により炭酸
ガスとメタンとに分離、蓄積し、該炭酸ガスを植物の光
合成促進のために供給することを特徴とする植物の温室
栽培方法。
（２）該メタンを温室暖房用の燃料に用いる請求項（１
）記載の方法。
（３）該メタンを熱機関の燃料に使用する請求項第（１
）項記載の方法。
（４）該熱機関を温室の気象条件制御に用いる請求項第
（３）項記載の方法。
（５）該熱機関を発電に用いる請求項（３）記載の方法
。
（６）原料ガス入口端がメタン醗酵施設のガス排出端に
連絡された少なくとも１基の吸着塔を備えたプレッシャ
ースイング・ガス分離装置と、該ガス分離装置の吸着ガ
ス排出端に連絡され、そこから排出される該装置により
吸着分離された炭酸ガスを蓄積する炭酸ガスタンクと、該ガス分離装置の非吸着ガス排出端に連絡され、そこか
ら排出される分離メタンガスを蓄積するメタンガスタン
クと、該炭酸ガスタンクから温室内に炭酸ガスを供給する供給
手段と、該メタンガスを燃料とするバーナーまたは熱機関と、該炭酸ガスの供給および温室内の気象条件を制御するコ
ントロール手段とからなることを特徴とする植物の温室
栽培システム。
（７）該熱機関を温室の気象条件制御に用いる請求項第
（６）項記載のシステム。