バイオリアクターを用いた燃料電池への連続式アルコール供給システムの教材化

• Project/Area Number: 21915006
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 化学
• Research Institution: 長野県総合教育センター
• Principal Investigator: 若狭 信次 長野県総合教育センター, 専門主事
• Project Period (FY): 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥420,000 (Direct Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2009: ¥420,000 (Direct Cost: ¥420,000)
• Keywords: 燃料電池 / バイオリアクター / 新エネルギー教材

Research Abstract

「研究目的」
中学校・高等学校の生徒向け教材として、自作のバイオリアクターで連続的に製造するエタノールを自作の高分子電解質形燃料電池に送り込み発電するシステムを作り、新学習指導要領でも取り組む課題として必要とされているエネルギー教育・環境教育を進める一例として活用できるようする。
全ての行程においてブラックボヅクス化されている機器を『バイオ部』と『エネルギー部』に分け各分野で反応と構造の学習ができる内容にする。
『バイオ部』については、廃棄物を想定した糖などを身近なイースト菌・納豆菌などを用いて発酵させる。燃料電池は既に教材化されており、自作できる状態ではあるが、低価格・簡易性を考慮し、小さくて軽く中高校生でも授業で製作できるものを到達点とする。大出力のものを開発するのではなく、あくまでも学習教材を考えていく。
「研究方法」
約1wt%濃度のアルギン酸ナトリウム水溶液にイースト菌を少量混ぜ、10wt%の塩化カルシウム水溶液中にガラス棒で滴下しビーズ状の固まりを作成し、イースト菌を固定した。イースト菌固定ビーズをスポーツ飲料中に入れ、37～39℃を一晩保ち発酵させた。
スポーツ飲料では糖分が薄いので、ショ糖水溶液の濃度を変え、同条件でアルコール発酵を試みた。
イースト菌が作り出すエタノールを連続的に取り出し、燃料電池として発電できるか検討した。
「研究成果」
現在入手できるエタノール用燃料電池の高分子膜は、アルカリ性でなければならないことがわかったので運用が難しく発電はするものの教材として成立するためには更に工夫が必要である。やむを得ず市販のエタノール用の燃料電池で代用するような形を取ったが、アルコール発酵から燃料電池という環境エネルギー教育に関わる教材を検討することができた。