炭水化物系バイオマスの水素・エタノール複合発酵によるエコエネルギー生産の研究

• Project/Area Number: 18651030
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental technology/Environmental materials
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 李 玉友 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 准教授 (30361140)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2008: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2007: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2006: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: バイオマス / バイオエネルギー / 水素発酵 / でんぷん / 細菌群 / 高温 / 中温 / 濃度 / 水素生産 / グリセロール / 混合細菌群 / 中温発酵 / 水素収率 / 化学量論 / 炭水化物

Research Abstract

本年度は水素・エタノール複合発酵を効率よく行うプロセスの開発に絞り、水素発酵に及ぼす温度と基質濃度の影響を検討したと共に、水素発酵生成グラニュールの形成を試み、UASB型リアクターを用いた連続実験を行った。具体的な研究成果は次のとおりである。
(1) 水素発酵に及ぼす温度と基質濃度の影響
連続式水素発酵における温度と基質の影響を検討するために、中温(35℃)および高温(55℃)でそれぞれ基質(でんぽん)濃度を変化させて連続実験を行った。その結果、中温条件では安定的水素発酵を継続することが難しかったのに対して、高温条件で安定的水素発酵を行うことができた。またでんぽん濃度は20g/Lの条件で、最大水素収率(2.82mol H2/mol glucose)が得られた。
(2) 水素発酵グラニュールの培養
水素生成細菌が存在するメタン発酵グラニュールと消化汚泥を混合したものを種汚泥として用いて、高温条件(55℃)、pH5.0〜6.0の条件ででんぷんを基質とした水素生成グラニュールの培養を行い、良好なグラニュールを得ることができた。
(3) UASB型反応槽を用いた連続実験
有効容積6LのUASB型反応槽を用いてHRTを48時間、24時間、12時間、6時間、3時間のように段階的に短縮させて連続実験を行い、定期的にガス生成量、ガス組成、代謝産物を測定してHRTの影響を検討したとともに、最大負荷を把握できた。

Research Products

• [Journal Article] Effects of temperature and substrate concentration on continuous hydrogen fermentation of starch (2009)
  • Author(s): Yohei AKUTSU
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy 34 Pages: 2558-2556
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] でんぷんの高温水素発酵細菌群の構造解析 (2008)
  • Author(s): 堆洋平
  • Journal Title: 生物工学学会誌 86 Pages: 157-163
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of seed sludge on fermentative characteristics and microbial community structures in thermophilic hydrogen fermentation of starch (2008)
  • Author(s): Yohei AKUTSU
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy 33 Pages: 6541-6548
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 嫌気性混合細菌によるグリセロールの水素生成ポテンシャル (2007)
  • Author(s): 堆 洋平
  • Journal Title: 水環境学会誌 30 Pages: 535-539
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 混合微生物群によるでんぷんの高温水素発酵特性 (2007)
  • Author(s): 堆洋平, 李玉友
  • Journal Title: 水環境学会誌 29・10 Pages: 627-633
  • NAID: 10020360064
• [Presentation] Effects of inoculum and substrate on characteristics of hydrogen fermentation (2008)
  • Author(s): Y. AKUTSU
  • Organizer: the 5^<th> International Workshop on Innivative Anaerobic Technology
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2008-04-03
• [Presentation] UASB型反応槽を用いたでんぽんの高温水素発酵 (2008)
  • Author(s): 李玉友
  • Organizer: 第42回日本水環境学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-03-21