2021 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 | 環境傾度型バイオガス生産システム / 水素発酵 / メタン発酵 / pHギャップ / 微生物電解セル / 電気化学的制御 / バイオフィルム / COD |
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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ガス生産を目的としている。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な発酵空間であり、高速なバイオマスの分解と高効率なエネルギー抽出を目指している。
本年度は、水素発酵からメタン発酵への移行時に障害となるpHギャップの解消を目的として、電気化学的操作によるpH調節を検討した。微生物電解セル(MEC)は、隔膜で区切ったアノード槽とカソード槽の間に強制的な電位差を与えて電子を移動させる仕組みを組み込んだものである。本研究では水素発酵液をアノード槽に、純水をカソード槽に投入して、アノード槽の水素イオンをカソード槽に移動させることでpHの調節を試みた。MECの電気制御はポテンショスタットで行い、アノード槽にはカーボンクロス製電極で微生物を培養した対極を、カソード槽にはステンレスメッシュの作用極を置いて構成した。隔膜として、陽イオン交換膜を使用した。試作したリアクタの容積は小型リアクタでは15mL、中型リアクタでは300mLであった。実験期間中は、生起する電流値をPCに記録し、一定間隔で各リアクタの溶液を採取してpHを測定した。実験の結果、最初に微生物燃料電池（MFC）として機能させてバイオフィルムが形成された電極をそのまま対極として利用し、印加電圧0.6Vのとき、円滑な電子と水素イオンの移動が観察され、供試した水素発酵液はpH4であったが、MEC操作20～40時間後にpH7まで上昇したことを確認した。しかし、移動電子数と水素イオン変化量の関係は明瞭ではなかった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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