2022 Fiscal Year Annual Research Report
CO2直接供給型バイオカソード微生物燃料電池による高速メタン変換・循環システム
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21H04936
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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) |
中安 祐太 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20827042)
梅津 将喜 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (30891387)
渡邉 洋輔 山形大学, 有機材料システムフロンティアセンター, 助教 (30891527)
古川 英光 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827)
張 民芳 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 (60518330)
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (90312652)
横山 幸司 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00911158)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | CO2 / メタン菌 / バイオカソード / 微生物燃料電池 / 3Dプリント / 表面処理 / 白炭 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CO2直接供給型のバイオカソード電極として白炭を活用したゲル電極を作成し、メタン菌の付着状況について確認してきたが、アノード側のメタン菌付着もMFCの電子供給律速になっていると考え、アノード電極の表面処理を行い、メタン菌の付着を抑制する電極を作成した。それらのセミウェット型白炭バイオカソード電極とメタン菌付着抑制型のアノード電極を合わせたMFCを作成し、運転を行なった結果、アノードのメタン菌付着抑制の効果がみられた。また、カソード電極の方では、今後の簡易な電極作成、自在な造形を可能にするために、ゲル電極の3Dプリントについて検討した。その結果、0.4-2mmのライン範囲で、12層まで積層できた。さらに、その造形物でメタン活性を得ることができた。このように、メタン菌を含む3Dプリント造形物でメタン菌をプリントし、その活性を得たのは初めての結果であり、今後、より細かい造形を可能にする方法、また、電極としての性能を高める工夫を行う。この他、電極基材の導電性物質について、高効率かつ木質由来のサステナブルカソードの作製を行った。具体的には、二酸化炭素を吸着しやすくするために、木炭を二酸化炭素で賦活し、比表面積を増大させた。さらに、オートクレーブ中の水熱反応場でアミノ基を付加させるプロセスを行った。結果として、アミノ基が活性炭表面に付与され、メタン菌による二酸化炭素からメタンへの変換速度が増大した。本年度は、本プロセスをさらに精緻化させ、メタン菌カソードMFCへと応用していく予定である。
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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
実施目標としていた実験項目について進捗はしているが、求めている性能まで性能が出ていない。さらに、性能を高めるための工夫や検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
より性能を高めるための工夫が必要であり、一つは、3Dプリントによる、より細かな造形による表面積の増加、CNTなどの導電性物質の工夫による導電性の増加、表面処理によるCO2との親和性と微生物との親和性との検証、微生物燃料電池のリアクターそのものの工夫を行う。さらに、ドライな環境で運転可能にするための工夫として、ガス供給方法についても検討する。
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