2015 Fiscal Year Research-status Report
微生物電池の電子伝達を利用するメタン発酵液消化制御技術
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15K14826
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
東城 清秀 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40155495)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
帖佐 直 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (10355597)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 微生物電池 / メタン発酵 / 水素発酵 / バイオフィルム / 有機酸 / 発電特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、各種有機酸を基質とする微生物電池の機能について検討した。とくに、メタン発酵初期に生成される有機酸に焦点を当て、水素・酸発酵によって得られた酪酸、プロピオン酸、酢酸の消費と発電特性を調査した。新たに1槽式微生物電池（容量30mL）をメタン発酵制御リアクタとして試作し、アノードにバイオフィルムを形成させて実験に供試した。微生物源として牛糞由来メタン発酵消化液を供試して、メタン発酵消化液と酢酸ナトリウムを基質としたリン酸緩衝液合成培地（PBS培地）を混合してバイオフィルムの形成に使用した。
水素・酸発酵によって得られた発酵残渣に含まれる有機酸のpH条件を変えて、微生物電池の有機酸消費特性と発電特性を調べた。基質条件として、グルコースを水素・酸発酵させて得られた残渣のpHをpH7.0、pH5.0に調整した2実験区と酪酸、プロピオン酸、酢酸をリン酸緩衝液に溶解させて作成した合成基質の計3実験区を準備した。
電気抵抗の負荷に1000Ωの抵抗を挟み、バッチ式運転で発電サイクルが安定した後、15分間隔で電気抵抗を変えて電力密度を測定し、その発電特性を比較した。
その結果、最大電力密度は、合成基質区で789 mW/m2、pH7.0区で855 mW/m2となり、pH5.0区で252 mW/m2と他の2区に比べ30%程度の出力に低下した。低pHの基質を与えるとバイオフィルムの活性が失われるが、pHが中性であれば長期間運転しても発電機能は維持されることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新たなリアクタのアノードにカーボンブラシを採用したが、国産のものがないためアメリカからのカーボンブラシの入手に手間取り、結果としてリアクタの完成が遅れ、研究全体の進展が遅れてしまった。
また、リアクタのアノードに形成させる微生物群集（バイオフィルム）に関して、研究の進展が遅れている。特に、リアクタ流量や電気抵抗を変えることがバイオフィルムに及ぼす影響に関して実験を加速させる必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
バイオフィルムの再現性が難しいことから、リアクタの台数を増やして、同じバイオフィルムで各種条件の実験を同時にできる体制を整備することで、研究を推進する。また、経時的な有機酸の消費を発電特性の変化と合わせて検討できるように、実験計画を修正する。
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| Causes of Carryover |
試作装置の製作が遅れたために、研究全体の進展が遅れて次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度分として請求した助成金と合わせて執行することで、研究を計画通り進展させる予定である。
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