造粒化藻類を充填したフォトリアクターを用いたバイオガスからのデュアル燃料生産

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14F04209
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 小林 拓朗 国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環・廃棄物研究センター, 研究員 (10583172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KUMAR GOPALAKRISHNAN 国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環・廃棄物研究センター, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 水素発酵 / メタン発酵 / 藻類バイオマス

Outline of Annual Research Achievements

藻類からの水素とメタンへの変換に着目し、様々な環境に由来する藻類バイオマスの獲得と、それからの水素とメタンへの変換特性および変換率の改善のための手法を検討した。40日間のフォトバイオリアクターの培養によって、いずれもScenedesmus属が優勢な混合藻類コンソーシアが形成され、集積された。これらを発酵原料として使用したところ、中温と高温の条件で、いずれも水素の生産は困難であったが、高温の方がより水素を消費するメタン生成菌の抑制が認められた。また、pHを酸性に調整することで水素生産の改善が確認された。また、環境中から採取した藻類バイオマスの由来も、水素およびメタン収率に大きく影響することが明らかとなった。3種類の異なる採取源の藻類バイオマスを原料として発酵を行ったところ、水素収率においては最大2枚程度の差異がサンプル間で認められた。メタン収率においても、その差異は1.5枚程度であった。このように水素・メタン両方において、構成される混合藻類バイオマスの種類がエネルギー回収率に影響することが示された。
次に、これらの水素およびメタン回収率を改善するための物理科学的前処理を検討した。水素発酵に対する前処理の影響は次の通りであった。上述の3種類の前処理と無処理の4種類のバイオマスを比較したところ、いずれの前処理も溶解性の有機物画分を増大させることができ、特に電気分解において、無処理と比較して1.3枚程度の増大が認められた。発酵後の水素収率もその可溶化の程度に応じて増大する傾向を見せ、電気分解において38 mL/g-VSの収率を記録し、無処理の場合の4倍であった。前処理はメタンの生成に対してもポジティブな影響を及ぼした。最大で3倍以上の収率の改善が可能であった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Daegu University(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: Daegu University
• [Int'l Joint Research] University of Pannonia(ハンガリー)
  • Country Name: HUNGARY
  • Counterpart Institution: University of Pannonia
• [Journal Article] Impact of pH control and heat pretreatment of seed inoculum in dark H2 fermentation: a feasibility report using mixed microalgae as feedstock. (2016)
  • Author(s): Kumar, G., Zhen G, Sivagurunathan P, Kobayashi, T., Xu, K.Q, Kim SH
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy Volume: 41(7) Pages: 4382-4392
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.08.069
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A critical review on the issues and overcoming strategies for the enhancement of dark fermentative hydrogen production in continuous systems. (2016)
  • Author(s): Sivagurunathan P, Kumar, G. Bakonyi P, Kobayashi, T., Xu, K.Q, Kim SH Lakner G, Toth G, N. Nemestothy, K. Belafi-Bako
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy Volume: 41(6) Pages: 3820-3836
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.12.081
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhancement of biofuel production via microbial augmentation. The case of dark fermentative hydrogen production (2016)
  • Author(s): Kumar, G.Bakonyi p, Kobayashi, T., Xu, K.Q, Sivagurunathan P, Kim SH. Buitron G, Nemestothy, K. Belafi-Bako
  • Journal Title: Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume: 57 Pages: 879-891
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.107
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evaluation of different pretreatments on organic matter solubilization and hydrogen fermentation of mixed microalgae consortia (2016)
  • Author(s): Kumar, G.Y., Zhen G, Sivagurunathan P, Kobayashi, T., Xu, K.Q, Kim SH
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy Volume: 46(41) Pages: 21628-21640
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.195
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biogenic H2 production from mixed microalgae biomass: Impact of pH control and methanogenic inhibitor (BESA) addition (2016)
  • Author(s): Kumar, G, Zhen G, Sivagurunathan P, Bakonyi P, Kobayashi, T., Xu, K.Q, N. Nemestothy, K. Belafi-Bako
  • Journal Title: Biofuel Research Journal Volume: 3 Pages: 470-474
  • DOI: 10.18331/BRJ2016.3.3.6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Boosting methane production from mixed microalgae (Scenedesmus sp., Chlorella sp.) anaerobic digestion: Influence of Pretreatment and digestate concentration (2016)
  • Author(s): Kumar G., Kobayashi T., Periyasamy S., Xu K-Q.
  • Organizer: Asia-Pacific Conference on Biotechnology for Waste Conversion 2016 (BioWC 2016)
  • Place of Presentation: Hong Kong Baptist University (香港)
  • Year and Date: 2016-12-05 – 2016-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of potential of three different mixed microalgae consortia to harness bioenergy production: Effect of light intensity on biomass, and fatty acid compositions (2016)
  • Author(s): Kumar G., Zhen G., Kobayashi T., Sivagurunathan P., Xu K-Q.
  • Organizer: 38th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals
  • Place of Presentation: Hilton Baltimore at Camden Yards (ボルチモア)
  • Year and Date: 2016-04-25 – 2016-04-28
  • Int'l Joint Research