2010-03-08

『次代を担う、エネルギー・資源』水生圏の可能性  2.植物の光合成と油脂成分の貯蔵 ~藻と高等植物の油脂(大豆油・菜種油)を比較してみる~ 藻類の可能性とは?

石油に変わる新エネルギーとして、世界が注目する「藻からつくる石油」。その油脂成分を生成する藻類の可能性追及第二弾をお送りします :D
 
石油をつくる藻がいる!な~んて話しを聞くと、
「え~!!?」
わたしたちは思わず吃驚(ビックリ)仰天してしまいます。
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でも、植物油って聞くとどうでしょうか?
「ん~。ふつうかも?」 
そうですね。紅花油・ゴマ油・菜種油・大豆油・米油・オリーブオイル・・・わたしたちの身近には植物たちの作った油脂がたくさん溢れています。わたしたちの植物が生成する油脂の利用は意外にも古い歴史があるのです。
「でも、それって食用じやないの?」
今でこそ、食品利用のイメージが強い植物油脂ですが、その用途はエネルギー利用として始まっています :wink:
「!!!」
今回は、油脂の歴史と光合成の構造、陸上植物との比較から藻類の可能性を探ります
 
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植物油脂のエネルギー利用って? ~植物油脂利用の歴史~
現在では、植物油脂の利用の殆どが食品利用、工業利用(潤滑油・エンジンオイル等)そして、一部での医療、美容目的等の利用です。しかし、近代に入るまで、特に日本では植物油脂の利用は、実はエネルギーとしての利用が中心でした。 
 
(もちろん食材として食べて人間のエネルギーにする事とは別にですよ)
では、その植物油脂のエネルギーは、いったいどのように使われていたのでしょうか?
そう、正解です!
灯りを灯すためのエネルギーとして使われていたのですね。
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人類にとって“あかり”の歴史は、すなわち“火”の歴史です。それはまた、“油脂”の歴史でもあります。
 
火を作り出すことを覚えた人類は、長時間にわたって火を絶やさない方法を考え、囲炉裏を生み出し、木を燃やしました。 竪穴式住居の縄文人の部屋の真ん中に作られた囲炉裏は、炊事と暖房と、そして灯火の役割を果たしました。 そしてやがて、古墳時代を過ぎると、油脂を燃料とする灯火が登場するのです。
 
灯火の歴史は古く、紀元前3000年のエジプトでは既に灯火利用の為にオリーブが大規模に栽培されていたという記録があります。
 
日本では3~4世紀神功皇后の時代に、大陸から搾油の技術が伝わり、摂津の国、遠里小野(現在の大阪・住吉区)の住吉明神にハシバミの実から搾った油を献灯した灯明油が、植物油脂利用の最古の記録とされています。 
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その後、より灯火の燃料に適した植物性油脂の追求や栽培、搾油方法の研究、その他動物性油脂や魚油利用なども加わり、蝋燭も含めて、灯火は宮廷,貴族階級,社寺や武士階級へと着実に浸透し、植物油脂のエネルギー利用は日本列島に広がっていったのです。(とはいえ、灯火の利用は都市中心で、江戸時代が終わるまで地方の農家や漁村では、まだまだ囲炉裏の火が唯一の灯りであったといいます)
 
では、それ以前の灯火はどうしていたか?という点については、日本書記の記述などから、油脂成分を多く含む松などの枝や根を小さく割ってそのまま使っていたようです。
 
このように遡ると日本では国家の成立期から、油脂を含む種子を選んで油をつくり、エネルギーとして利用してきた歴史があるのです。
 
植物油脂は陸上植物の多くの種子から取れます。現在、世界的にもポピュラーな植物油脂だけでも、菜の花(菜種)、ヒマワリ、とうもろこし、オリーブ、大豆、綿実、落花生、サフラワー、胡麻、アボガド、コメ、椿、椰子、パーム、カカオ、ブドウ・・・・等たくさんあります。
 
一般的に植物は光合成によってでんぷんを作り出すといわれていますが、ではなぜ陸上植物はでんぷんの他に油脂を作り出すのでしょう?その植物の構造に踏み込んでみたいと思います。
 
 
  植物が蓄える油脂って? ~植物の光合成と油脂~
植物は、光合成により炭酸ガス(CO2)と水(H2O)から、糖類を生成します。
具体的には、6分子の炭酸ガスと6分子の水で、1個のブドウ糖分子を合成します。
03.JPG
これを反応式で表すと、
6CO2+6H2O → 6126(ブドウ糖分子)+3O2(酸素)
 
となります。
 
このように植物は、このブドウ糖分子を結合させて、さまざまな多糖類というものを生成させます。
おなじみの砂糖(しょ糖)は、このブドウ糖が2個結合したものです。
 
03.JPGべんりや日記さんからお借りしました
 
 
そして、このブドウ糖を何百個も結合させたものが「でんぷん」なのです。ブドウ糖を何百個も結合させることで、水に溶けにくい性質となり、細胞質の中に粒状に集めて貯蔵しています。  
 
この糖類からさらに生化学反応をすすめると油脂類(脂肪酸の結合物)が生成されます。(糖類と油脂類の構成分子はC・H・O。組み合わせ方が異なるだけで構成分子は同じなんですね)油脂類は、糖類に比べて発生エネルギー(1グラム当りの発生エネルギー)が大きく、エネルギー貯蔵物質として優れているのです。 
以下の表は、糖類、たんぱく質、油脂類を比較したものです。
クリックで拡大♪
3種類の栄養素を比較すると、糖類とたんぱく質は、1グラム当たり4Kカロリーのエネルギーを生み出します。それに対して、油脂類(脂肪)は、9Kカロリーと倍以上のエネルギーを生み出します。一方、エネルギー発生反応では、糖類が最も早い反応でエネルギーを生み出してくれます。 

多糖類は、まずはブドウ糖に分解され、その上で、光合成反応とは逆のブドウ糖分解反応でエネルギーを生み出します。光合成の逆反応なので、反応工程が少なく、すぐにエネルギーが生み出せます。(衰弱した時に、ブドウ糖の点滴で回復を図るのは、このためです。) 

これに対して、油脂類は、糖類から更に多くの反応工程を経て合成させていますので、その逆を辿る必要があり、エネルギー発生が非常に遅いという特徴があります。 陸上植物(の種の)栄養貯蔵は一般的に、この糖類(でんぷん)と油脂類の両方で行っているのです。
 

 
なんで藻類なの? ~地上植物と藻類のエネルギー生産量の比較~
さて、これまで見てきたように植物油脂の利用の歴史は古く、巧みな陸上種子植物達の光合成の仕組みとエネルギー貯蔵戦略の恩恵に依拠してきたのです。

このように陸上種子植物は優れた油脂(エネルギー)を作り出すことは古くから知られ利用されてきましたが、近年なぜ油脂を作り出す藻類が注目されているのでしょうか? 
 
クリックで拡大♪
 
上記の表は代表的な油脂を作り出す陸上植物と、油脂を作り出す藻類との比較表です。(ちなみに油脂分が最も多い南洋油桐は、日本ではなじみがありませんが、肥料なしで大量の収穫が可能、また毒性があるため食用とはならず、食料の供給を圧迫しないことから、近年バイオディーゼル燃料の切り札として注目されている種です)
 
最近注目されている油脂を作り出す藻は、実に生産量・油脂成分比率・ディーゼル油生産量・エネルギー生産量の全てにおいて、陸上植物の種子を大きく上回っています。例えばディーゼル油生産量でみても菜種の50~100倍、エネルギー生産量ではなんと大豆の666倍(最大)!!!にもなるのです。 

世界が大きな可能性を感じるわけですね。 
 
また、藻類が世界的に注目されている理由には、このような極めて高いエネルギー生産能力とともに、もう一つの理由があります。それは世界の食料事情の問題。人口爆発と飢餓問題の視点から、一時期世界的に加速したバイオエタノールなどのように、食料となる植物・穀物のエネルギー転用そのものに世界的に疑問の声が上がっているからです。
エネルギー生産力が高く、食料生産を圧迫せず、耕作地以外の使われていない土地や水域を有効に活用できる。この夢のような藻類の発見と共に有効活用の可能性に向けて世界は動き出しているのです

List    投稿者 kasahara | 2010-03-08 | Posted in E04.水生圏の可能性10 Comments » 

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コメント10件

 bambina | 2011.02.15 19:32

確かに地熱発電って日本にぴったりですね!
何で今まで使われてなかったのでしょうね~
潜在エネルギー量すごいですけど、これって持続可能なのでしょうか???
今後の追求も楽しみです♪

 ポテト☆ | 2011.02.15 19:40

>これって持続可能なのでしょうか
という、bambinaさんのコメントになるほど~。
自然のエネルギー利用は、どうしても、不安定かなっておもっちゃうんですけど、その辺も気になります☆
引き続きの追求おねがいします♪

 jasmine | 2011.02.15 19:41

地熱ですか~♪
とってもエネルギーがありそうで、
でもありすぎて危険そうな気もする・・・
実際どうなんでしょうか!?
あまり開発されていない日本でも世界第6位ってことは、あんまり世界でも開発されてないんでしょうか??
楽しみにしてます!!

 kasahara | 2011.02.15 20:50

bambinaさん、コメントありがとうございます♪
地熱の持続可能性についてですが、火山活動の寿命から言うと、深部から熱い物質がわき上がっている場所にできる火山で、数百万年活動します。
日本のように海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込んでいる場所にできる火山では、数10万年程度の寿命を持つ火山が多いようですね。
例えば箱根火山は50万年近くも活動した老齢の火山ですし、富士山や伊豆大島の三原山は数万 年の年齢を持つまだ若い火山です。
人間の寿命からすると、気の遠くなるような持続性を持っているといえるかもしれません。
今後の追求で深く掘り下げていきますので、楽しみにしていてください!

 kasahara | 2011.02.15 21:01

ポテト☆さん、コメントありがとうございます!
>自然のエネルギー利用は、どうしても、不安定かなっておもっちゃうんですけど、その辺も気になります☆
そうですね。実際、太陽光や水力や風力はそこがネックになっています。
自然エネルギーの中でも、最も安定供給可能と言われる地熱エネルギーにおいても、当然火山が大噴火等すれば、施設ごと吹き飛んでしまうこともありえるんです。
ただ、自然エネルギーの中では活動周期がとて~も長いので、かなり安定している資源であるとはいえそうです。
引き続き追求していきますね☆

 kasahara | 2011.02.15 21:17

jasmineさん、コメントありがとうございます☆
>とってもエネルギーがありそうで、
でもありすぎて危険そうな気もする・・・
とってもエネルギーあります!火山が大噴火すればと~っても危険です!
でも、あんまり活動していない休火山等から、ちょびっと熱を分けてもらう程度でも十分のようなのです。地熱発電の開発で火山が噴火することは、すくなくともありませんのでご安心を。
地震大国日本では、原子力発電の放射能の方が怖いかも。。。
 
>あんまり世界でも開発されてないんでしょうか??
そうですね。ヨーロッパや先進国では少ないです。もともと地熱資源そのものがある国が少ないからなのかもしれません。
また、石油や石油があったから地熱利用の発想があまりなかったのかもしれません。
ただ人類史において、地熱の利用は1万年以上前から行われているとも言われています。
その辺も含めて、これから探って行きたいと思います♪

 雑草Z | 2011.02.23 21:15

地球外部から大量に入ってくる唯一のエネルギーである太陽起源のエネルギー(水力や風力等も含む)以外は地球内部のエクセルギー(利用可能な有効エネルギー)の消費であり、枯渇するし、廃物で地球を汚染すると考えられますが、火山、地熱の利用はかなり有効だと再認識致しました。
 石油や原子力のように人間がわざわざ取り出しているエネルギーではなくて、自然に放出されているエネルギーの利用ですから人間が使ったからと言って資源枯渇に結び付くわけではありませんね。さらに数万年以上利用可能ならば、人間の歴史と比べて半永久と考えていいので、地熱発電はこれからどんどんやるべきかも知れません。
 危険と言っても原子力ほどではありませんし、原子力のように廃棄物(放射性廃棄物)の管理に数万年もかかるような厄介なものでもありませんから、原子力は直ちに止めて地熱発電に切り替えるべきかも知れません。
 あんまり大規模な開発は良くないと思いますが、太陽起源以外のエネルギーの中では最も期待出来そうです。
これからの地熱発電の可能性についての記事のアップを楽しみにしております。

 kasahara | 2011.02.24 18:58

雑草Zさん、コメントありがとうございます!
>太陽起源以外のエネルギーの中では最も期待出来そうです。
まったく同感です☆
と同時に。
原始太陽の誕生後、46億年前に誕生した地球。その内部には未だ小さな太陽を包摂している☆というふうに、地熱利用を内なる太陽と捉えてみても面白いかもしれませんね。
いずれにせよ、宇宙的活動エネルギーに勝るものを、あえて人工的に生みだそうとするリスクは人類や地球にとってとても大きいように感じます☆
これからも、追求していきますのでよろしくお願いします!

 雑草Z | 2011.02.24 22:18

kasaharaさん
素早いお返事有難う御座います。
>その内部には未だ小さな太陽を包摂している☆というふうに、地熱利用を内なる太陽と捉えてみても面白いかもしれませんね。
確かにそれは面白い考え方ですね。つまり、人類が半永久的に利用出来るエネルギーは、地球の外部と内部にそれぞれある太陽という事になりますね!
ところで、昔からの素朴な疑問ですが、地熱のエネルギー源は何なのでしょう。何十億年もの間、地表にエネルギーを放出しながら、未だに莫大なエネルギーを保っているという・・・地球内部で核反応が起きているという説もありますが、それほど信頼出来ないようにも感じます。

 kasahara | 2011.02.28 11:54

雑草Zさん、再びコメント頂きありがとうございます☆
>地熱のエネルギー源は何なのでしょう。
同感です。地球生成時の重力エネルギーや放射性物質の分解エネルギーとも言われていますが、太陽などに比べて地球の内部のエネルギー原理については、意外なほど分かっていないんです。
今後は、この地熱原理も含めて地熱発電シリーズで扱って明らかにして行きたいと思いますので、引き続きどうぞよろしくお願いします!

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