2022 Fiscal Year Annual Research Report
生物学的電気化学技術を利用した汚染底質の改善メカニズムの解明とその応用技術の創成
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20H03096
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
窪田 恵一 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50707510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
見島 伊織 埼玉県環境科学国際センター, 水環境担当, 専門研究員 (00411231)
渡邉 智秀 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (60251120)
珠坪 一晃 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境保全領域, 副領域長 (80293257)
松浦 哲久 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (90771585)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 堆積物微生物燃料電池 / 底質改善 / 微生物菌相解析 / 放射光分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度となる本年度では、昨年度より運転を行っている堆積物微生物燃料電池（SMFC）について、(1)微生物菌相解析や鉄形態の変化の把握により底質改善メカニズムの解明を試みた。また、(2)淡水湖沼にSMFCを実際に適用し、電力の回収の検討も行った。以下にそれぞれの詳細を説明する。
(1)微生物菌相解析や鉄形態の変化の把握：昨年度から継続して運転を行ったSMFCを試験に用いた。1年以上の長期運転後では、有機物濃度が高い底質（汚濁が進んだ底質）で、底質間隙水中の有機物濃度や窒素濃度が同じ底質を用いた対象系（開回路系）に比べて大幅に低くなっており、SMFCによる底質改善効果が高かった。16S rRNA遺伝子を標的とした菌相解析の結果、有機物濃度が高い底質では、SMFCでメタン酸化古細菌と思われる微生物群の割合が大幅に増加しており、これら微生物群の発電への寄与が示唆された。一方で有機物濃度が低い底質では、SMFC系でアンモニア酸化細菌の割合がわずかに増加していたものの対照系との大きな違いは見られず、底質によってSMFCが菌相に与える影響が大きく異なった。放射光分析による底質内の鉄形態の解析では、SMFCを適用することで、底質内の鉄形態が高エネルギー側、すなわち酸化的な形態へと変化していることが確認され、特に鉄濃度が高い底質でその傾向が顕著であった。
(2)淡水湖沼へのSMFCの適用と電力回収：実湖沼にアノード面積0.25 m2サイズのSMFCを適用し、そこから得られる発電についてコンデンサへの蓄電を試みた。結果として設置したSMFCの発電性能は最大で2.1 mW/m2を発揮した。このSMFCに複数のコンデンサを並列接続した蓄電回路への蓄電が可能であり、現在の装置規模では1時間あたり約8Cの電荷を充電可能であった。
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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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