2021 Fiscal Year Research-status Report
微生物燃料電池を電源とした環境センシング装置の開発
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20K06355
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
横山 浩 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 上級研究員 (40391370)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 微生物燃料電池 / 環境モニタリング / 発電細菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
MFC（微生物燃料電池）とは、発電細菌が嫌気性条件下で有機物を分解する際に生じる余剰のエネルギーを電気として回収する新しいバイオ電池である。発電細菌は土壌や海底など様々な嫌気性環境に広く存在している。近年、異常気象に対する懸念などから、地球規模での環境モニタリングの重要性が高まっている。多くの地点で測定装置を設置する場合、電源確保が問題になる。太陽光と風力による発電は有用な技術であるが、太陽光発電は夜間に発電できず、風力発電も無風では発電できない。MFCは天候に依存せず24時間発電できる利点がある。本研究の目的は、池など水のある環境に設置できる低コストで耐久性のある実用的なMFCシステムを開発して、環境モニタリング装置の電源として利用することである。
我々はステンレス鋼の表面を炎で酸化させた電極をMFCの負極として使用すると、発電力を増強することを発見した。MFCの負極は池底の土に埋設して使用するが、池の深さが深い程、埋設作業は困難になる。そこで、深度の高い池でも容易に設置できるようにコンクリートブロックの底面にメッシュ状の炎酸化ステンレス鋼負極を張り付けて、埋設せずに単に沈めるだけの新しい負極を考案した。昨年度、3重に折り畳んだ炎酸化ステンレス鋼電極を2個のブロックの片面に張り付けてた負極を作製して、農研機構畜産研究部門（つくば）の敷地にある池に沈めて発電実験を開始した。本年度は、MFCを1年間運転して最大発電量の解析と長期運転における発電の持続性を評価した。その結果、出力電圧は0.5～1.0Vであり電力は1.3～3.0mWの間で年間を通じて安定した発電が観察された。意外なことに発電細菌の活性が落ちる冬季でも安定して発電していた。発電細菌は負極反応を担っているが、正極反応は非生物学的な反応であり低温有利である。このことから、冬季では正極が主となる発電が起きたと推測された。
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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
MFCシステムを実用化するためには、長期運転における安定した圧電性能が求められる。今回の結果から、特段のメンテナンスをしなくても1年以上安定して発電することが実証されたので、研究は順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、MFCで実際に温度湿度センサーを駆動させて、長期運転時における発電性能およびセンサーの駆動の安定性を評価する。さらに、測定データを長距離（> 10 km）に無線送信する実験も行う予定である。
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| Causes of Carryover |
理由：基盤研究費の活用ができたため。
使用計画：研究補助員の賃金および研究に必要な消耗品の購入に使用する。
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Research Products
(1 results)
