2015 Fiscal Year Research-status Report
地域の廃棄物問題を教育に：融合複合分野の実践的教育システム構築を目指して
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15K00946
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
竹口 昌之 沼津工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (30321441)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 実践教育 / 地域志向 / 環境問題 / 廃棄物の有効利用 / 融合複合教育 / 学際的教育 / 技術者教育 / バイオエタノール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では，学生が地域社会の問題点を明らかにし，専門が異なる教職員と学生が連携して地域社会の問題の解決に向けて取り組む実践的な教育プログラムを構築することを目指している．特に，本申請課題では研究代表者が得意とする廃棄物問題に焦点を当て，地域で問題となっている廃棄バイオマスの問題について取り組んだ．
本年度は，地域社会が抱える廃棄バイオマスの現状について沼津高専第2学年および第4学年の学生が調査を行ない，対応すべき課題を教員とともに検討した．その結果，廃棄バイオマス処理コストに加え運搬費の問題があり，加えてエネルギー価値が高いバイオマスである製菓工場廃棄物を検討することとした．これら調査結果は学内にて発表を行なった．
製菓工場から排出されるバイオマスについて現地調査を行ない，工場内にて活性汚泥法により処理されていた廃シロップについてその有効利用法を検討することとした．廃シロップの組成分析の結果，グルコース，フルクトースおよびスクロースからなる糖質水溶液(13wt%)であることわかった．微生物工学を専門とする教員とともに廃シロップ中を酵母(Saccharomyces sp.)によるエタノール発酵を行なった結果，50vol%廃シロップ溶液を含むペプトン酵母エキス培地にて，糖質の90%がエタノールに変換されることがわかった．今後は酵母の種類を検討し，エタノール収率の向上を目指す．
エタノール発酵により生成した低濃度エタノールについて，オルダーショウ型蒸留装置を用いてエタノールの回収を行なった．その結果，94.6vol%の高濃度エタノールを回収することができた．本実験で使用した装置は市販品を購入した．今後は計測工学を専門とする教員とともに本装置の自動化を行なう．
なお，上記研究成果（3件）は学外の学術研究発表会にて担当学生が発表を行なった．そのうち，4件については優秀賞を受賞した．
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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
本年度は異なる専門分野の学生と教員が地域社会の環境エネルギー問題の解決に向けて，問題把握，問題点の抽出および廃棄バイオマス利用プロセスの提案を行なった．平成27年度の計画事項（3項目）に基づき，現在までの進捗状況を報告する．
【廃棄物アンケート調査の実施】地理学を専門とする教員（連携研究者）とともに地域が抱える廃棄物問題について調査した．具体的には高専第2学年と4年生の学生が地域の廃棄物問題について調査研究を行ない，学内でポスター発表を行なった．その過程で実際に工場見学を行ない，廃棄物処理の現状とその処理コストについて生の声として学ぶことができた．４年生についてはいくつかの解決策が提案されたことから，次年度は提案内容を検証したいと考えている．
【廃棄バイオマスからのエタノール生産】微生物工学を専門とする教員（連携研究者）とともに地元の製菓工場から排出される廃シロップのエタノール発酵を行なった．その結果，廃シロップ中糖質の90%がエタノールに変換できる条件を明らかにした．本研究成果は担当学生が学外の学術研究発表会にて発表し，優秀賞を受賞した．
【エタノール回収装置の製作】計測工学を専門とする教員（連携研究者）とともに上記実験により生成したエタノールの蒸留回収を行なった．本年度は最少構成の蒸留装置を購入し，自動制御に向けたデータ収集を行なった．本研究成果は担当学生が学外の学術研究発表会にて発表し，優秀賞を受賞した．
今年度の取り組みを通して，学生は地域社会の問題を把握し，解決するために自分が学んでいる専門以外の技能が必要であることを学びつつある．また，教員においても教員連携は個別に解決策を提案するより現実性のある提案ができることを感じている．また，学生および教員ともに知識と技能を集約し，実行可能な計画を立案するマネージメント能力と的確なコミュニケーション能力が必要であることを学んだ．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究により，学生と教員の連携のもと地域社会が問題とする廃棄バイオマスの現状把握ができた．加えて，製菓工場から廃棄される廃シロップを使用したエタノール合成について可能性を示すことができた．平成28年度は酵母の種類がエタノール生成に与える影響について卒業研究にて検討を行なう．その後は，廃シロップと選定した酵母を用いてらエタノールを恒常的に合成する．また，本年度手作業にて操作していたオルダーショウ型蒸留装置について，計測工学を専門とする教員（連携研究者）とその教員が指導する学生とともに操作の自動化を行なう．本装置の自動化は平成28年度中に完成する予定である．また，本プロセスにより生成する酵母について，その有効利用について検討を開始する．具体的には植物工学を専門とする教員（連携研究者）とその教員が指導する学生とともに，酵母が植物生育に与える影響を検討する．野菜・果物等の植物にプラスの効果があれば，農産物の栽培に使用することを検討する．これら検討は連携する学生と教員が，各専門の域をこえて討論し，地域社会が求める真の技術を確立できるようにする．以上より，異なる専門分野の学生と教員が地域の環境エネルギー問題の解決に向けて連携してプロセス構築に携わり，その過程で実践的な技術者に必要な知識・技能およびマネージメント能力を習得する教育システムを構築する．
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| Causes of Carryover |
学会発表について，研究計画時に予定していた学会と変更が生じたため使用計画と使用額に差額が生じている．加えて，計画通りの物品を購入したが，納入業者および納入価格の変更に伴い使用計画と使用額に差額が生じている．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究計画通りに進行しているが，再現性を確認すべき実験が生じている．再実験は本研究にとって必須事項であるため，上記差額を使用したいと考えている．
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