2019 Fiscal Year Annual Research Report
Gradient environment-type biogas production system with an electron transfer control mechanism for microorganisms
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19H03080
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水素発酵 / 嫌気性水素生成細菌 / 光合成水素生成細菌 / 環境傾度型発酵システム / pH安定化 / 基質投入分散化 / 電子伝達制御機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究は、水素発酵とメタン発酵を新たな概念に基づく環境傾度型発酵槽を利用して連続的に行い、かつ、pH調節に関して電気化学的手法を用いることで化学薬品を使わない環境負荷の小さなバイオマス変換システムに関するものである。環境傾度型発酵槽は水素発酵とメタン発酵に関わる多様な微生物が共生できるように、連続的に変化する環境条件を人工的に調節して作り出す発酵空間であり、高速なバイオマスの分解と高効率なエネルギー抽出を可能とする。
本研究の目的は、提案する環境傾度型バイオガス生産システムを統合的に機能させるために、構成する要素の構造と状態モニタリング技術を確定し、システムの制御アルゴリズムを構築することにある。
本年度は、バイオガスの中で水素ガスの生成に着目して、インキュベータを利用して水素発酵実験装置を構成し、その環境条件について検討した。水素ガス生成は、クロストリジウム等の嫌気性水素生成細菌と光合成水素生成細菌を利用することとし、両者の複合菌群を培養する単一発酵槽での発酵環境と条件に関する実験を進めた。嫌気性水素生成菌による発酵では発酵速度は相対的に速いものの、急激なpH低下を招くため、発酵が途中で進展しなくなる。そこで、光合成水素生成細菌による発酵が促進されるように発酵槽内に光を照射して発酵させ、pHを上昇させるようにした。
発酵環境としては、嫌気性水素生成細菌に対しては暗黒化で37℃の温度帯で、光合成水素生成細菌に対しては照明下で30℃の環境に切り替えることで発酵が継続的に進展することが分かった。また、基質の投入を分散させることで、嫌気性水素生成菌による急激なpH低下の進行を抑制でき、光合成水素生成菌の照明環境を暗黒環境の3倍程度に設定することで、pHの変動を安定化できることが分かった。
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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
バイオガスとして水素とメタンを想定し、単一発酵槽にガス生成能の高い菌群を強制させる環境傾度型バイオガス生産システムについて、検討した。今年度は、水素ガスの生成を目的とした小型の実験装置を構成して、基礎となる実験を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に引き続き、水素生成に関する実験を継続させるとともに、メタン生成菌も共存できる環境傾度型発酵槽に拡張させて研究を進める。また、電気化学的手法を用いる電子伝達制御機構を組み入れて、基礎的な制御実験を始める予定である。
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Research Products
(2 results)
