2023 Fiscal Year Final Research Report

High-speed methane conversion and circulation system which direct CO2 supply to bio-cathode microbial fuel cells

Research Project

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Project/Area Number	21H04936
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Tada Chika 東北大学, 農学研究科, 准教授 (30413892)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	横山幸司東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00911158) 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) 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)
Project Period (FY)	2021-04-05 – 2024-03-31
Keywords	メタン菌 / 微生物燃料電池 / 3Dプリント / セミウェット / CO2 / CH4
Outline of Final Research Achievements	Microbial Fuel Cells(MFCs) are devices that use metabolic reactions of microorganisms to convert organic matter directly into electrical energy. We have developed a semi-wet methanogen cathode electrode using methanogens as a catalyst instead of a platinum catalyst and developed a MFC that obtains electrical energy and CH4 from CO2. Furthermore, to improve electrode performance, we constructed a methanogen cathode electrode using 3D electrode design, 3D gel printing that can maintain semi-wet conditions, confirmed the growth of methanogen and methane conversion in the structure.In addition, the methanogen cathode electrode which constructed using 3D gel printing was applied to the MFC, which resulted in current flow and maximum power density was 1.38 mW/m2.
Free Research Field	環境微生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、好気条件下における3Dプリントによって嫌気性微生物のメタン菌をプリントし、ゲルプリント物内でのメタン菌の増殖とメタン変換を確認した世界で初めての研究である。このメタン菌カソード電極は微生物燃料電池でカソード電極としての役割を果たし、電力を得ることに成功した。この電極材料はナラ白炭やアルギン酸Na, メタン菌と環境にやさしい材料を使用しており、レアメタルと異なり、嫌気性環境のどこでも得られるメタン菌を使用できるメリットがある。今後、メタン菌のような嫌気性微生物を活用した微生物材料を3Dプリントの使用による造形による量産効率向上や、嫌気性微生物の配置デザインを可能にすることに貢献した。