| Project/Area Number |
23K28256
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| Project/Area Number (Other) |
23H03566 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
宮地 輝光 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40452023)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蒲池 利章 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30272694)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2027: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 生体触媒 / 省エネルギー / 天然ガス変換 / メタノール合成 |
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| Outline of Research at the Start |
メタン変換バイオ触媒はメタン-メタノール変換プロセスを大幅に省エネルギー化し、CO2 排出量を抑制できる。本研究ではメタン変換バイオ触媒の性能に有機無機ハイブリッドコーティングが及ぼす影響を明らかにし、このコーティング法を応用したメタン変換バイオ触媒が社会実装可能な性能を示すかどうかを検証する。本手法の有効性を実証することで、常温常圧，一段階での省エネ型メタン変換プロセスの実現に向けた研究展開をめざす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタン変換バイオ触媒はメタン-メタノール変換プロセスを大幅に省エネルギー化し、CO2 排出量を抑制できる。本研究ではメタン変換バイオ触媒の性能に有機無機ハイブリッドコーティングが及ぼす影響を明らかにし、このコーティング法を応用したメタン変換バイオ触媒が社会実装可能な性能を示すかどうかを検証する。本手法の有効性を実証することで、常温常圧，一段階での省エネ型メタン変換プロセスの実現に向けた研究展開をめざす。
2023年度は、高分子電解質としてポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）（PDADMAC）、金属酸化物として酸化ケイ素（SiO2）を用いたメタン変換バイオ触媒表面へのコーティング手法を検討した。メタン酸化バイオ触媒であるバクテリア細胞を培養し、このバクテリア細胞へ種々の条件（PDADMAC や TMOS 濃度、処理時間、温度）でPDADMACとSiO2を順に吸着させることで、コーティング状態の異なるバイオ触媒を調製した。得られた種々メタン変換バイオ触媒について、メタンからメタノールへの転化反応に対する触媒活性と寿命を評価した。その結果、SiO2はメタン酸化バクテリアのメタノール生産性能に影響を及ぼさないのに対して、PDADMCはその性能を低下させる効果を示した。そこでさらに、PDADMAC濃度や吸着溶液のpH、ならびに処理時間や分離方法を検討した。その結果、メタノール生産性能をほぼ維持した状態でメタン酸化バクテリア細胞表面をPDADMACおよびSiO2でコーティングできる条件を見出すことに成功した。
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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
本研究課題では有機無機ハイブリッドコーティングがメタン変換バイオ触媒性能に及ぼす影響を明らかにし、有機無機ハイブリッドコーティングメタン変換バイオ触媒の調製法を確立し、有機無機ハイブリッドコーティングメタン変換バイオ触媒を創製し、社会実装可能な性能を示すかどうかを検証することを最終目的としている。2023年度は、PDADMACおよびSiO2は、メタノール生産性能をほぼ維持した状態でメタン酸化バクテリア細胞表面をコーティングできる条件を明らかにした。この成果は、2023n年度に目的としたPDADMACとSiO2を用いたメタン変換バイオ触媒の表面へのコーティング手法の検討と、それらのメタン変換バイオ触媒への影響を明らかにすることを達成しており、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、メタン酸化バクテリア細胞表面へPDADMACとSiO2を複数層コーティングし、この積層コーティングがメタン変換バイオ触媒のメタノール生産性能へ及ぼす影響を明らかにする。2023年度に明らかにしたコーティング条件を基に、バクテリア細胞表面へのコーティングを繰り返し実施することで、積層コーティングを施す。積層コーティングに適した条件を見出すため、種々の条件（PDADMAC や TMOS 濃度、処理時間、温度）で積層コーティングしたメタン変換バイオ触媒を調製し、これらのメタノール生産性能を比較することで、最適な積層コーティング手法を確立する。さらに種々反応条件（触媒量、緩衝液濃度と pH、反応温度、攪拌速度）において触媒反応を行い、積層コーティングしたメタン変換バイオ触媒に最適な反応条件や触媒安定性を評価する。
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