2021 Fiscal Year Research-status Report
Acceleration method of microbially induced calcite precipitation for prolonging service life of landfill site facilities
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20K05202
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| Research Institution | Fukushima National College of Technology |
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Principal Investigator |
車田 研一 福島工業高等専門学校, 化学・バイオ工学科, 教授 (80273473)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 不溶性炭酸塩晶析 / 環境水 / 工業／農業廃棄物 / 微生物 / 代謝活動 / 選択的増殖条件 / 河川水／海洋水 / 実装化準備 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微生物の代謝活動により発生する二酸化炭素をカルシウムイオンなどの共存下で固体（粉粒体）として析出させ，結果的に状況に応じた応用を実現する手法はMICP(microbially induced calcite precipitation)と通称され，今世紀にはいってからとくに低環境負荷技術として有望視されているが，その実用や社会実装に際しては，いまだに解決すべき課題がいくつか残されている。その最大のバリアはコスト高である。
コスト要因は，主として，微生物源と栄養源の準備にかかる費用である。微生物あるいはその芽胞を輸入などにより購入する必要がある場合は，菌自体にかかる費用もさることながら，菌をそのサイトへ外界からもちこむことの問題性が指摘される。この問題を解決するために，ふたつの可能性ある対処法が考えられる。ひとつは，その環境には元来MICP有効タイプの細菌が生息しているとの前提で，それらの有効種をある程度の選択性で増殖させることである。他のひとつは，MICPを人工的に誘発する際に必須な要素として添加・混合される素材に，MICP誘発に有効な細菌が最初から含まれているような状況を意図的に準備することである。上記二種類の可能性をともに検討し，さらに，従来型のラボラトリー・スケール型の研究から一歩実装側へこまをすすめ，野外でのパイロット・スケールの試験に着手している。MICPの発生が期待される諸スポットでの増殖が可能な細菌種および株の同定作業も同時進行的にすすめ，リスクの低さを確証しながら研究を進行させている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MICP（微生物の代謝活動による不溶性炭酸塩晶析）の条件として，MICP有効細菌種・株をごく一般的な環境水や遍在物（廃棄物）から供給する方法の確立が挙げられる。通常，大半のラボスケールの実験において，Sporosarcina pasteuriiが使用される。これは菌バンク登録上は外来種であるため輸入などにより購入する必要があり，社会実装を目的として考えた際はコスト上の甚大な負担になり，さらに一般環境での大量使用には難がある。そこで，一般的な河川水，海洋水，工業廃棄物，農業廃棄物などに元来生息する最近のなかからMICP作用へ顕著な貢献をしうる種・株を選択的に増殖させる手法を考案し，それらの実用性・実装性の実験的な検証，ならびに，その学理的な背景の描出をおこなった。また，増殖させたのちの最近の分離と16s rRNA代表500配列の解析をおこない，さらにクリステンセン寒天培地を使用したウレアーゼ活性有無の検証を実施した。その結果，上記のような一般環境産出物にも低リスク型のMICP有効株が見い出されることが判明した。通常MICP誘引時には液性は顕著に塩基性側へ偏る。その状況においても有意水準のMICP作用を示す株が生息し続けたのは河川水のみであった。ちなみに，この河川水がサンプリングされた川は先年度とは異なった。先年度の解析結果は，（少なくとも限定代表500配列のうちでは）Sporosarcina pasteuriiに極めて親近な株が生息する河川はある程度限定されるようだが，いっぽう，MICP有効株をある程度の選択性をもって増殖させる処置自体は大半の河川の水に対して適用可能である可能性を示唆した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度内の検討により，一般的な環境水のうちでもとりわけ淡水の河川水には有力なMICP有効型微生物（ウレアーゼ活性型微生物）が生息しており，なおかつ，その環境水に適切な処置を施すことにより，それらの有効株を実用・実装可能なレベルまでは選択的に増殖できることが判明した。さらに，年度末にかけての継続的検証により，冬季に草地や農地から回収される植物枯死体に適切な細菌増殖用の栄養物を供給することにより，充分に有意な水準のMICP有効性を具えた複数種の最近株を実用・実装可能な水準まで選択的に増殖させることが可能なことが示された。MICPの社会実装に際しては，有効菌株の供給手段の低廉化が必須である。現在各所のラボスケール研究において頻用される傾向のある特定の菌株を過分の純度をもって供するのは過大な施工上のコスト増大をもたらす。この視点において，植物枯死体のような極めて保存性の高く廉価な乾燥材料を出発点とし，保存性ならびにポータブル性の良好な粉粒体状の菌株供給源を簡便に作製する方法を発見し，ノウハウ化および学理化することには工学的な有益性が期待される。現在時点で，乾燥状態の植物茎部の枯死体を粉粒体化し，そこへ適切な栄養源とアルカリ土類金属のイオン源を供給することにより，テクスチュロメーターによってその固化が充分に確認されるほどのMICP誘引を確認している。この知見を活かし，散布などの簡便な施工により局所的にコントロールされたMICPを誘起可能な粉粒体材料を開発し，工業廃水・廃棄物処分（バイオリミデーション）・地盤強化・水浸透係数の低減などの諸般の実際的・実装的応用を実現し，その方法論を体系化する。
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| Causes of Carryover |
2021年度は学術会議などはすべてオンライン会議として実施されたため，旅費支出がなかった。また，研究情報収集や現地実験などの実際の異動の機会がなく，移動費がなかった。
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