2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analyzing Electric Generation and Rising Electricity by Decreasing Internal Resistance of Soil Microbial Fuel Cell
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17K00605
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| Research Institution | Osaka Sangyo University |
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Principal Investigator |
藤長 愛一郎 大阪産業大学, 工学部, 教授 (40455150)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 博明 大阪産業大学, 工学部, 教授 (40135520)
谷口 省吾 大阪産業大学, 工学部, 講師 (40425054)
高浪 龍平 大阪産業大学, デザイン工学部, 講師 (00440933)
岸本 直之 龍谷大学, 理工学部, 教授 (00293895)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 微生物燃料電池 / 土壌 / 内部抵抗 / モデル式 / グラファイト / on-offの繰り返し |
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| Outline of Annual Research Achievements |
土壌微生物燃料電池（土壌MFC）の発電力を向上させるために，2016年度までにグラファイトを土壌に混ぜて，土壌MFC内の内部抵抗を下げる方法，またMFCの使用と停止を短時間に繰り返す方法（on-offの繰り返し）に効果があることが分かっていた。そこで，2017年度より，この2つの方法について詳細な実験を行うとともに，それらのメカニズムをモデル式で表した。
まず，土壌として赤玉土を用いて，粉末および粒状グラファイトを添加割合を変えて添加した実験を行った。有機物源に人工下水を使用した。粉末グラファイトの添加割合が10%程度で最大電力を示した。一方，有機物濃度の減少をCODで測定したところ，粒状グラファイト添加割合10%が最も減少速度が大きく，それ以上加えると逆に減少速度が低下した。これは，グラファイトが赤玉土を覆ってしまい，赤玉土のもつ有機物の吸着能や微生物の保持能力が低下したためと考えられる。
また，on-offの繰り返しでは，60秒より短い時間の方が電力が高くなり，連続運転の1.2倍となった。この現象は有機物が負極上で消費され，その分が拡散で供給されるのに時間がかかるためと考え，拡散モデルと電流式を組み合わせた式を作成し，この現象を再現した。その結果，on-offの繰り返し時間は短い方が電力が上昇し，15秒以下が良いという結果となり，連続運転より1.5倍の8.7 mW/m2となる計算結果が得られた。
モデル式を作成して，理論的に最適な条件をシミュレーションによって探索し，その後に実験で確認することで効率よく，より電力の高い条件を探すことができる。今後は，このモデルの設定条件に，温度など他の条件も加え，適用性を広げていきたい。そうすることで，多様な要素が存在する土壌MFCの有効利用に繋がるのものと考えられる。
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