CO2直接供給型バイオカソード微生物燃料電池による高速メタン変換・循環システム
Project/Area Number |
21H04936
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
多田 千佳 東北大学, 農学研究科, 准教授 (30413892)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 幸司 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00911158)
中安 祐太 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20827042)
梅津 将喜 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (30891387)
渡邉 洋輔 山形大学, 有機材料システムフロンティアセンター, 助教 (30891527)
古川 英光 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827)
張 民芳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60518330)
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (90312652)
関口 貴子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50738086)
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Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥37,960,000 (Direct Cost: ¥29,200,000、Indirect Cost: ¥8,760,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
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Keywords | メタン菌 / CO2 / 3Dプリント / セミウェット / バイオカソード / 微生物燃料電池 / 表面処理 / 白炭 / 3Dプリンティング / CNT / カソード電極 / CH4 / 3Dプリンタ |
Outline of Research at the Start |
本研究では、CO2をCH4に変換するバイオカソード微生物燃料電池(以下MFC)へのCO2供給 方法を、微生物に直接的にガス供給 するセミドライ型バイオカソード電極を新たに開発するものである。さらに電極材料のコ ストダウン化、高効率化によるCH4変換速度の促進、セミドライ電極製造を確立するため3 Dゲルプリントによる微生物と炭素材料のプリント化によるMFC製造を行う。
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Outline of Annual Research Achievements |
CO2直接供給型のバイオカソード電極として白炭を活用したゲル電極を作成し、メタン菌の付着状況について確認してきたが、アノード側のメタン菌付着もMFCの電子供給律速になっていると考え、アノード電極の表面処理を行い、メタン菌の付着を抑制する電極を作成した。それらのセミウェット型白炭バイオカソード電極とメタン菌付着抑制型のアノード電極を合わせたMFCを作成し、運転を行なった結果、アノードのメタン菌付着抑制の効果がみられた。また、カソード電極の方では、今後の簡易な電極作成、自在な造形を可能にするために、ゲル電極の3Dプリントについて検討した。その結果、0.4-2mmのライン範囲で、12層まで積層できた。さらに、その造形物でメタン活性を得ることができた。このように、メタン菌を含む3Dプリント造形物でメタン菌をプリントし、その活性を得たのは初めての結果であり、今後、より細かい造形を可能にする方法、また、電極としての性能を高める工夫を行う。この他、電極基材の導電性物質について、高効率かつ木質由来のサステナブルカソードの作製を行った。具体的には、二酸化炭素を吸着しやすくするために、木炭を二酸化炭素で賦活し、比表面積を増大させた。さらに、オートクレーブ中の水熱反応場でアミノ基を付加させるプロセスを行った。結果として、アミノ基が活性炭表面に付与され、メタン菌による二酸化炭素からメタンへの変換速度が増大した。本年度は、本プロセスをさらに精緻化させ、メタン菌カソードMFCへと応用していく予定である。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実施目標としていた実験項目について進捗はしているが、求めている性能まで性能が出ていない。さらに、性能を高めるための工夫や検討が必要である。
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Strategy for Future Research Activity |
より性能を高めるための工夫が必要であり、一つは、3Dプリントによる、より細かな造形による表面積の増加、CNTなどの導電性物質の工夫による導電性の増加、表面処理によるCO2との親和性と微生物との親和性との検証、微生物燃料電池のリアクターそのものの工夫を行う。さらに、ドライな環境で運転可能にするための工夫として、ガス供給方法についても検討する。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)