2018 Fiscal Year Research-status Report
バイオリアクターを活用したトリチウム除去システムの高度化に関する研究
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17K14905
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
枝尾 祐希 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 ブランケット研究開発部, 主任研究員(定常) (70633858)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | トリチウム / 水素酸化 / 土壌 / 細菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トリチウム取り扱い施設のトリチウム除去システムでは、トリチウムガスを酸化するトリチウム酸化触媒塔に貴金属触媒を用いるが、室温、高水蒸気濃度、低水素濃度の条件ではその機能を失う。従来の貴金属触媒法の欠点を補う新たな手法として、土壌中の水素酸化細菌の水素酸化機能に着目した。本研究では、工学的アプローチにより水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を応用したトリチウム酸化反応器（バイオリアクター）の開発を目的とし、バイオリアクターを活用することにより既存トリチウム酸化触媒塔の欠点を補完したトリチウム除去システムの高度化を目指している。
本研究では、実験により土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を把握し、酸化特性を発揮するための最適条件の精査し、高活性の土壌水素酸化細菌を固定化してバイオリアクターを構築し、反応器としての実用性を評価することを計画している。
本研究において、土壌水素酸化細菌が通常の貴金属触媒塔は真逆の水素酸化特性、特に室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件でも効率的な酸化を行える水素酸化細菌は触媒を補完する特性を持つことを明らかにした。土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化の工学的特性として、実験で取得したトリチウム酸化特性データからトリチウムの酸化の反応速度を評価した結果、反応速度は水素濃度に依存する一次反応で評価できることがわかった。また、土壌水素酸化細菌をトリチウム酸化反応器へ応用するため、高活性を持つ土壌の水素酸化細菌を暴露法によりバイオキャリア（市販の微生物固定化担体）に固定化し、トリチウム酸化特性試験を実施した。バイオキャリアのトリチウム酸化反応率は土壌のそれのおよそ20％程度であったが、極めて簡易的な固定化方法でもトリチウム酸化性能を確保できることが確認できたため、固定化の向上により水素酸化細菌のトリチウム酸化反応器への適用可能性を見出した。
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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
現在までに、ガス流通式のトリチウム酸化実験装置を完成させ、土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性データを取得することができ、土壌水素酸化細菌が室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件でも効率的にトリチウムを酸化できる特性を明らかにすることができた。土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化の工学的特性として、トリチウムの酸化反応速度は水素濃度に依存する一次反応で評価できることも明らかにできた。成果は、国際学会で発表することができ、世界の多くの研究者と議論する事ができた。現在は、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌（酵素）をバイオキャリア（微生物担体など）へ固定化する方法を継続的に試験し、水素及びトリチウムを用いた酸化特性把握試験を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度に引き続き、土壌水素酸化細菌をトリチウム酸化反応器へ応用することを目的として、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌（酵素）をバイオキャリア（微生物担体など）に固定化する方法を精査する。バイオキャリアに対して流量、温度、水素濃度等の条件を変えた実験を継続して行い、トリチウム酸化特性データを取得する。本研究成果を取りまとめ、国内学会等で発表する。
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