メタン菌の高密度整列による高効率メタン菌カソード微生物燃料電池の開発
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19J13004
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
梅津 将喜 東北大学, 農学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 微生物燃料電池 / メタン生成菌 / バイオカソード / カーボンナノチューブ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、メタン菌カソード微生物燃料電池の高効率化のために、電極上へのメタン菌の高密度集積を行うことを目的としている。
申請者は、メタン菌をカソード触媒として利用した微生物燃料電池によって、発電とメタン生成を同時に行うことに成功した。また、電極を化学処理することで電極表面上の官能基構成が変化し、メタン菌の付着量が増減することがわかった。
そこで本研究では、電極の物理化学的表面性状がメタン菌の付着性に与える影響を観察し、メタン菌の付着メカニズムを明らかにするとともに、メタン菌液への電圧印加やマイクロレベルの電極表面加工技術を用いて、メタン菌の高密度整列を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高効率メタン菌カソード微生物燃料電池を開発するために、カソード電極上へのメタン菌の高密度整列に取り組んだ。そのために(1)カーボンナノチューブ(CNT)を用いたマイクロサイズ構造体へのメタン菌の整列、(2)CNT分散メタン菌液による電極作製、に挑戦した。
(1) CNTフォレストはCNTを垂直に配列した高密度構造体であり、フォレスト構造の間隙にメタン菌が入り込むことでメタン菌を高密度に整列させることができるのではないかと考えた。しかし本実験で使用したCNTフォレストの間隙は数nmサイズであり、メタン菌が入り込むことができなかった。一方で、フォレスト表面では非常に多くのメタン菌が付着していたことから、CNTフォレストがメタン菌と親和性を持つことが分かった。
(2) 導電性CNTを分散させたメタン菌培養液を作成し、メタン菌を生きたまま電極に加工することで容易に高密度メタン菌カソードを作成することができるのではないかと考えた。分散剤およびCNTがメタン菌に与える影響を評価するために、分散剤であるウシ血清アルブミン(BSA)濃度の異なるメタン菌培養液(BSA 0.25, 0.50, 1.0 mg/mL)を培養した。その結果Methanothermobacter thermautotrophicus純粋株および雑多な嫌気性微生物群の両方で、BSA 0.5 mg/mLでCNTを分散した培養液においてメタン菌の増殖が最も促進した。一方、これらの培養液を用いて濾過によるCNT濾過膜電極の作製を試みたところ、BSAが濾過フィルタに詰まってしまい十分な強度の濾過膜を作成することができなかった。今後は、濾過フィルタの孔径の検討、あるいはゲル化や塗布など異なる手法による電極作成について探索を行う必要がある。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
