2018 Fiscal Year Research-status Report
Yeast and methane fermentation system for food waste
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17K00673
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
古崎 康哲 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (90454553)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | メタン発酵 / エタノール発酵 / 膜分離法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はメタン発酵の前処理としてエタノール発酵を行い、エタノールを含んだまま発酵液をメタン発酵させることが特徴である。本年度は①膜分離型メタン発酵槽を用いた半連続実験による処理能力の上限検討、②エタノール化工程における各種酵母の検討を行った。
①については、昨年度（平成29年度）は対照系が破たんする条件であっても、前処理系のメタン発酵は良好に行えることを確認したが、その処理限界および破たん時の特徴を確認することはできなかった。そこで本年度（平成30年度）はさらに投入量を増加させ、HRT 5 d（昨年度15 d）、VTS容積負荷19.6ｇVTS/L/d（昨年度6.7ｇVTS/L/ｄ)までの条件で実験を行った。対照系はHRT 12.5 dで破たんしたのに対し、前処理系は5 dの条件でも、発泡現象や粘性が高くなるといった状態変化が見られたが、対照系のようなpH低下による破たんはしなかった。しかし、投入水量が多くなったことにより、膜の透過性能が限界となり、所定の膜透過水を得ることが難しくなった。そのため、さらに投入量を上げた運転を行うことができなかった。バイオガス中メタン濃度は昨年度同様に前処理を行うことで15%程度の向上が見られた。汚泥収率は対照系の20～50%減量となり、昨年度よりも汚泥減少効果は小さかった。
②については、昨年度と同様の市販醸造用酵母に加えて、糖化能力を有する酵母（Scheffersomyces Shehatae）、市販ワイン酵母2種類、の計4種類の酵母を用いてエタノール化能力を検討した。その結果、市販ワイン酵母のエタノール化能力が高く、昨年度使用した醸造用酵母よりも投入量が少ないにもかかわらず、短時間でエタノール化が行われることがわかった。この時の酵母菌数のカウント結果から、この酵母は増殖能力が高いことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度（平成29年度）は処理の限界を確認できなかったため、本年度（平成30年度）はその検証を行った。しかしながら破たんを行う負荷まで実験を行うことができなかった。これは、本システムが予想以上に高負荷運転可能であるため、実験期間が足りなくなったためと、もう一つは、これ以上投入量を増加させると膜の透過水量の能力を超えてしまうと判断したためである。そのため、予定していた高濃度油分を含む基質に関する実験を行うことができなかった。こちらについては来年度（令和元年度）行う予定である。
一方で本年度は多種類の酵母を用いて、模擬厨芥のエタノール化能力を検討し、より少量の酵母添加量でありながら、今までよりも短時間でエタノール化が可能な酵母を見つけることができた。また、酵素・酵母の投入コストについての検討も試みるなど、来年度の内容にも踏み込んだ研究も行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度（令和元年度）も引き続き高負荷運転を行い、かつ、長い期間のデータを取るなど、破綻時の特徴と処理システムの安定性を確認したいと考えている。しかし、今回の課題で製作した装置では、これ以上の膜透過水量を得ることは難しい。そこで、投入基質の濃度を約2倍濃くしてTS20%（本年度は10%）とすることで、高負荷運転を行う予定である。この濃度は、実際の食品系廃棄物に近い値であることから、低希釈でメタン発酵を行うシテムとして、有意なデータを得ることができる。これらは半連続実験で検証する予定である。
糖化・エタノール化の検証について、様々な組成の投入基質について、エタノール化の可能性およびその後のメタン発酵の優位性について、回分実験を中心に検証したいと考えている。例えば油分を多く含む基質、炭水化物の含有量が少ない基質、汚泥と前処理基質を混合した場合、など、本システムの用途を検証することで、実用化の可能性を検証する。
基質のメタン発酵能の評価については、EU諸国の標準であるBMI(Biomethane Potential)試験に沿って検討する。本試験はわが国ではほとんど導入されていないため、メタン発酵先進国であるEU諸国とのデータの互換性に問題がある。来年度はオランダで開かれる、メタン発酵専門の国際会議に参加するなどして情報収集に努め、本試験方法をわが国に紹介する事例としたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
分析を外部委託する予定であったが、前処理が間に合わなかったために、次年度に行うために繰り越した。
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