| Project/Area Number |
22K05926
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
Kaku Nobuo 山形大学, 農学部, 教授 (80359570)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 細胞外電子伝達 / 廃水処理 / 嫌気発酵 / メタン生成 / 微生物燃料電池 |
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| Outline of Research at the Start |
微生物の機能を利用して有機性廃棄物（バイオマス）を分解浄化しながらエネルギーとして利用可能なメタンを回収できる嫌気発酵が注目されている。嫌気発酵の中間産物である酢酸やプロピオン酸といった揮発性脂肪酸の分解は、熱力学的には本来進行し得ない反応だが、揮発性脂肪酸分解細菌がメタン生成古細菌と水素を介した共生関係を構築することで進行可能となる。しかし、しばしばその分解能力を超えて揮発性脂肪酸が蓄積してしまい、pHが低下するなどして発酵プロセスが崩壊する。本課題では、揮発性脂肪酸分解菌とメタン生成古細菌の間に電気を介したより効率的な共生関係を構築することで発酵プロセスの崩壊を防ぐ技術の開発を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we aimed to develop a technology to prevent the collapse of the methanogenic fermentation process caused by the accumulation of volatile fatty acids (VFAs), by utilizing electric syntrophy, which transfers the reducing power generated from VFA degradation to remote microorganisms via conductive solids, and microbial fuel cells (MFCs), which recover the reducing power through electrodes and convert it into electricity.
A comparison of tolerance to VFA accumulation between an anaerobic digester and a two-chamber microbial fuel cell (MFC) revealed that the MFC exhibited higher tolerance. Subsequently, we attempted to establish electric syntrophy between the anodic and cathodic microorganisms of the MFC. As a result, we successfully constructed an MFC system in which the reducing power generated from the degradation of acetic acid and propionic acid at the anode was transferred to the cathode and consumed through methanogenesis.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、VFAの蓄積により不安定化しやすい食品廃水や畜産排水などの難分解性廃水に対し、安定的かつ省エネルギーな処理技術の開発に資する基礎的知見を提供するものである。MFCがVFAに高い耐性を示すこと、また外部電力なしでメタン生成と連携可能であることを実証し、新たなバイオリアクター設計の可能性を示した。さらに、既存の嫌気性処理の課題を克服する方策としても有望である。本成果は、持続可能な資源循環型社会の構築や、地域分散型エネルギーシステムの確立、低炭素社会の実現に貢献する意義を有する。
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