2022 Fiscal Year Final Research Report

Biogas upgrading from methane fermentation of organic waste biomass using hydrogen based on the concept of Power to Gas

Research Project

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Project/Area Number	20H02286
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	Oshita Kazuyuki 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90346081)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	Power to Gas / バイオメタネーション / 有機性廃棄物 / メタン発酵 / 水素 / バイオガス / 下水汚泥 / LCCO2
Outline of Final Research Achievements	In order to advance the methane fermentation of organic wastes with hydrogen using surplus electricity derived from renewable energy sources, experiments were conducted using food waste and sewage sludge in a hydrogenated high-temperature methane fermentation process. In a continuous experiment, the addition of hydrogen at four theoretical equivalents of CO2 increased the number of hydrogenotrophic methanogenic archaea, and the CH4 concentration increased from 60% to over 80%, but excessive hydrogen addition caused fermentation inhibition. A mathematical model was developed to represent these phenomena. The evaluation of this system in terms of LCCO2 and LCC showed that for CO2 emissions, further upgrading of CH4 concentration and for cost, the hydrogen electrolyzer had the greatest impact, and inexpensive hydrogen production was considered essential for the establishment of the system.
Free Research Field	廃棄物工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	下水汚泥や、食品廃棄物なども含んだ基質種などの変化や水素添加量の増減が与える水素添加型メタン発酵への影響について、学術的な体系化に資する結果を得ることができた。近年では、九州地域で、余剰電力による出力調整が生じていること、メタン発酵槽を有する下水処理場内に、太陽光パネルを設置する例もみられており、将来的に日本でも本システムが実用化される可能性は高い。さらには、化石燃料などの熱分解で生じた水性ガスを水素源として、石炭・石油火力発電所、セメント・製鉄工場、廃棄物焼却施設から発生するCO2をメタン化し、温室効果ガス排出量抑制に大きく寄与できるものと考えている。