2022 Fiscal Year Annual Research Report
Biogas upgrading from methane fermentation of organic waste biomass using hydrogen based on the concept of Power to Gas
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20H02286
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大下 和徹 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90346081)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福谷 哲 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00332734)
日高 平 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30346093)
日下部 武敏 京都大学, 工学研究科, 助教 (40462585)
高岡 昌輝 京都大学, 工学研究科, 教授 (80252485)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | メタン発酵 / 下水汚泥 / 水素 / バイオガス / バイオメタネーション / Power to Gas / 食品廃棄物 / LCCO2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、欧州で研究が先行する“Power to Gas”の概念により得られる水素を用いた有機性廃棄物メタン発酵の高度化を目的とする。
本年度は、まず、下水汚泥を用い、水素添加型の高温メタン発酵実験を対照系と比較する形で行った。OLRを1.0 gVS/L/dとし、水素添加量を、対照系で発生するCO2に対し4理論当量になるまで、230日間かけ、段階的に増加させたところ、CH4生成量は 0.24L/g-VSinとなり、CH4濃度は 82%まで上昇し、水素添加によるバイオガスの高品質化が確認されたが、バイオガス中には CO2が残存し、液相には酢酸が増加する傾向が見られたため、一部水素はホモ酢酸生成反応に寄与した可能性がある。また水素の供給により水素資化性メタン生成古細菌が増加したが、酢酸資化性メタン生成古細菌が減少し、これが酢酸の蓄積につながったものと考えられた。
また、構築した数理モデルも活用しながら、水素添加による影響についての解析を試みた。水素を添加する条件では、CH4生成量が増加するもののCO2の消費に伴いpHが上昇しCH4生成速度が低下すること、さらに添加する条件下では酢酸などの有機酸が蓄積しpHが大幅に低下し、CH4生成がほとんど停止する状況が算出された。安定した運転には、pH影響へのバランスを調整しながら水素添加量を制御する必要があることが、モデル解析からも示された。
最後に、下水汚泥を例とし、水素添加型メタン発酵システムをバイオガス導管注入に組み合わせたケースを、従来の消化槽加温、焼却補助燃料、ガスエンジン、ガス導管注入システムと比較する形で、LCCO2、LCCの観点から評価したところ、CO2排出量およびコストともに、水素の製造にかかる電力が最も影響し、安価な再生可能エネルギーによる水素製造がシステムの構築には必須であると考えられた。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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