2017 Fiscal Year Annual Research Report
メタン菌の付着機構解明による先端的コーティング配置技術の開発と高性能電極の試作
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17H06296
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
多田 千佳 東北大学, 農学研究科, 准教授 (30413892)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関口 貴子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50738086)
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (90312652)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | メタン菌 / カソード電極 / CNT / 表面処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタン菌カソード電極の作成として、炭素電極（炭素フェルト）に対して、高温性メタン菌であるMethanothermobacter thermoautotrophicusは付着でき、カソード電極として機能することが微生物燃料電池で評価して明らかとなった。このとき、メタン菌によるメタン変換によって流れた電流は全体の70%程度であった。次に、無処理炭素フェルト上のメタン菌付着量は約3×1010copies/cm3であったが、NaOH処理などの様々な化学処理を炭素電極に行った結果、付着量が2倍強に高まった。特に、NaOHとH2SO4処理で高かった。しかし、KOH処理やHNO3処理では付着量向上が認められなかった。このとき、付着量が高まったものは、COOH基とOH基の比が一定であることがわかった。それに対し、付着量が向上しなかった場合には、それら官能基の比がある値になっていなかった。さらに付着性、電池性能向上のために、CNTを用いて付着実験を行った。その結果、スーパーグロース製法CNTでは、特に処理をしなくても、多くのメタン菌が付着することが明らかになった。一方、異なる製法のCNTでは、スーパーグロースCNTに比較して付着量が少なかった。さらに、電位を変化させ、環境水から炭素電極上にメタン菌を増殖させる実験では-600mVで-800mVに比較してメタン菌が多く培養された。この時に、付着したメタン菌は、Methanothemobacter属とは異なるMethanosarcina属やMethanomicrobium属であった。培養液中では、-600mVの場合、培養2日目で電圧印加なしに比較して、より多くのメタン菌が増加していることが明らかになり、これまで、培養・炭素電極への付着に通常10日間ほど必要であったが、電圧印加によって、培養の短縮が可能になる可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電極上に、メタン菌が増加させた後の、カソード電極としての性能が高まったか？評価ができていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
CNTへのメタン菌の親和性が高いことが明らかになったことから、よりCNTの性能が高い形で出るように、配向を整えた状態でのメタン菌の付着性を明らかにし、CNTの配置コントロールによって、よりメタン菌とCNTが最大に性能を高められる配置組み合わせを明らかにし、それらのカソード電極としての性能を明らかにする。さらにCNT分散剤の検討も行い、自在に、メタン菌を配置するために必要な基礎データも作る。
また、電圧印加では、より最適な電位を明らかにする、高温のほかに、中温性メタン菌の培養、複合系メタン菌カソード電極の性能評価を行う。
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