2020 Fiscal Year Annual Research Report
Biogas production reactor using anaerobic groundwater containing a subterranean microbial community associated with the accretionary prism
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20H04385
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
木村 浩之 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (30377717)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本田 孝祐 大阪大学, 生物工学国際交流センター, 教授 (90403162)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 地下圏微生物 / バイオリアクター / メタン生成 / 水素ガス生成 / 分散型エネルギー生産 / 未利用エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
付加体は、海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む際に海底堆積物が大陸プレートの側面に付加してできた厚い堆積層である。付加体は、日本、台湾、インドネシア、ペルー、チリ、NZといった国や地域に広く分布している。また、付加体の堆積層は砂岩と泥岩の互層構造からなり、特に、泥岩からなる地層には有機物が多く含まれている。一方、砂岩からなる地層には水が多く含まれており、地下水を貯えた帯水層となっている。付加体の深部帯水層には、地熱によって温められた嫌気性の地下水と大量のメタンが蓄えられている。これまでの研究において、西南日本の付加体が分布する地域に構築された温泉用掘削井を介して、深部帯水層に由来する地下水とメタンを採取し、そこでのメタン生成メカニズムを明らかにしてきた。
本研究課題では、付加体の深部帯水層に由来するメタン、嫌気性の地下水、微生物群集を活用した分散型エネルギー生成システムを創成する。特に、地下水に含まれる水素発生型発酵細菌と水素資化性メタン生成菌を用いたメタン生成リアクターおよび水素ガス生成リアクターを構築する。そして、未利用エネルギーの活用、地産地消エネルギーの生産、地域資源を活かした分散型社会の形成、災害時のライフラインの供給に貢献するシステムを開発する。
令和2年度は、静岡市内の温泉用掘削井にバイオリアクターを設置した。掘削井から嫌気性の地下水を採取し、バイオリアクターに地下水を注入した。次に、食品残渣等の有機基質を添加し、最適化した温度でインキュベートすることにより、メタンを生成した。ガスクロマトグラフを用いて生成されたバイオガスを分析し、ガス組成を明らかにした。さらに、ガス流量計を用いてガス生成量を測定した。その結果、地下水（培養液）１Ｌあたり約0.8-1.0 L/dayのメタン生成が可能であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナ感染症拡大の影響によって、フィールドでの微生物培養実験を十分に実施できなかった。特に、静岡市内の温泉用掘削井に設置したバイオリアクターを用いたメタン生成実験において、フィールドに出る機会が制限され、一部の研究計画の実施を自粛せざるを得なかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、静岡市内の温泉用掘削井に設置したバイオリアクターに嫌気性の地下水を注入し、さらに食品残渣等の有機基質を添加したメタン生成システムを構築した。そして、地下水に含まれる水素発生型発酵細菌と水素資化性メタン生成菌を共生させて有機基質を分解し、メタンを生成するシステムの構築に成功した。
令和3年度は、メタン生成リアクターよりも10℃高温でリアクターを恒温することにより、嫌気性の地下水に含まれる水素資化性メタン生成菌の増殖を特異的に阻害し、水素発生型発酵細菌のみを増殖させる水素生成リアクターの構築を試みる。さらに、リアクター内で増殖した微生物群集の16S rRNA遺伝子を網羅的に解析し、バイオガスの生成に関与した微生物分類群を特定する。
加えて、付加体の深部帯水層に由来する嫌気性の地下水および微生物群集を利用したメタン生成リアクターについての研究成果を学術論文にまとめる。また、静岡大学グリーン科学研究所が主催するサイエンス・カフェ、静岡生命科学フォーラムが主催する静岡ライフサイエンスシンポジウム、日本微生物生態学会年次大会にて研究成果を発表する。
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