2021 Fiscal Year Research-status Report
セルロース系家畜糞尿バイオマスの新規循環プロセスの創成と黒毛和牛生産への展開
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21K05842
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| Research Institution | Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine |
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Principal Investigator |
梅津 一孝 帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (20203581)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 畜産バイオマス / バイオプロセシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小規模畜産農家向けの中小規模バイオガスプラントの実用化を目指し、乳牛排泄物の乾式メタン発酵処理に関する基礎的な検討を行った。令和3年度の目標の一つは、有機物分解細菌を利用した高エネルギー回収法の検討であった。小規模畜産農家のつなぎ飼い牛舎から排出される乳牛排泄物には麦稈等の敷料が多く混合するため、バイオガスプラントの発酵方式は固形分濃度の高い原料を処理することが可能な乾式メタン発酵が適している。しかし、敷料の主成分であるリグノセルロースは微生物による分解率が低く、リグノセルロースの微生物分解に必要な時間は乳牛糞尿の有機物の分解速度と比較して長いため、通常のバイオガスプラントで設定されている水理学的滞留日数では敷料は分解されず、有機物負荷量に反してメタンガスの回収率が低い。令和3年度では乾式メタン発酵残渣（消化液）からリグニン分解菌およびセルロース分解菌をそれぞれ32株ずつ分離培養し、現在、それらの中から10株ずつを選別して分解活性の測定、細菌種の同定を行っている。
二つ目の目標は、プラント付加価値として再生敷料を利用する場合の衛生状態の評価である。メタンガスの増産を目的としない乾式バイオガスプラントでは、消化液を固液分離し、固分を再生敷料として利用することで付加価値が生まれる。しかし、固液分離後の処理・保管の仕方によっては細菌数が増加し衛生状態が悪くなる。令和3年度では固液分離後の未消化敷料を堆肥化処理あるいは乾燥処理し、衛生状態の指標菌である大腸菌、大腸菌群ならびにバチルス菌の残存数、さらに薬剤耐性菌としてセファゾリン耐性菌の残存数を測定した。未消化敷料には大腸菌、バチルス菌が残存していたが、乾燥の進行に従いこれらの細菌数は減少した。一方、固液分離直後の未消化敷料は含水率が高いため堆肥化されず、堆肥化処理には機械圧搾による水分の除去が必要であると考えられた。
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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
ラボスケール実験で乳牛糞尿の乾式メタン発酵を実施し、有機物分解率、メタン生成量を測定した結果、湿式メタン発酵と同等のエネルギー回収率であることが示され、さらに乳牛糞尿に混合した敷料の有機物分解率、メタン生成量は乳牛糞尿よりも高いことが示された。しかし、乾式メタン発酵の至適条件となる運転パラメーターの検討には至らなかった。また、令和3年度の計画である発酵残渣を用いた新規再生敷料の開発では、乾式メタン発酵処理による乳牛糞尿中の細菌数、薬剤耐性菌数が減少することが示されたと同時に、発酵残渣の固液分離後の固分の処理方法の違いによる細菌、薬剤耐性菌の減少を示すことができ、再生敷料の安全性・有効性について示すことができた。しかし、固液分離固分の堆肥化を行う場合には含水量の適切な調整が必要であり、ラボ実験では十分な脱水が困難であったため堆肥化の有効性を示すことができなかった。令和3、4年度の目標であるセルロース分解活性またはリグニン分解活性を持つ細菌の取得に関しては、メタン発酵残渣からそれぞれの分離株を取得することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に分離・取得したセルロースおよびリグニン分解菌の分解活性の確認、高分解活性を持つ分離株の菌種の同定を行う予定である。さらに、年度内にはこれらの分解菌を乾式メタン発酵へ応用し、メタン生成の高効率化を目指す。また、今年度では敷料として麦稈を想定したが、オガクズを使用した場合の再生敷料の安全性・有効性についての検討も視野に入れる。加えて、令和4年度では黒毛和牛糞尿の乾式メタン発酵の可能性を調査する。含水率が低く、湿式メタン発酵が困難な肉牛糞尿についてラボスケールの乾式メタン発酵試験を実施し、乳牛糞尿での知見（試料投入方法、攪拌方法、発酵残渣の固液分離方法など）をフィードバックさせ、スケールアップ試験に必要なバイオガス収率の評価と消化残渣の特性解析（特に固液分離特性）を行う。対象とする肉牛糞尿は神戸大学食資源教育研究センターで飼養されている黒毛和種である但馬牛の糞尿を使用する予定である。試験結果をもとに肉牛糞尿乾式メタン発酵モデルプラントの可能性を検討する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により従事できる人数に制限を設けたため人件費・謝金が発生しなかった。本年度では当該研究に専念できる人員を割り当てる予定である。
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Research Products
(1 results)
