2016 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of next-generation microbial-electrosynthesis systems which convert carbon dioxide into energy resources
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26850045
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小林 肇 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50549269)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学的メタン生成 / バイオ電気化学的システム / バイオカソード / メタン生成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地下由来の好熱性微生物群を用いた高性能の電気化学的メタン生成（EM）反応系は，メタン生産速度が既往研究中で最も高く，電子の利用効率は100%に近いという有望な性状を示している．この反応系で形成されたバイオカソードは，電位に依存し2種類の電気化学的反応を触媒する事が示された．比較的高い電位（-0.3～-0.6 V vs. SHE）では「直接的EM反応（CO2 + 8H+ + 8e- → CH4 + 2H2O）」が，-0.6 V (vs. SHE)より低い電位では「間接的EM反応経路（2H+ + 2e- → H2 およびCO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O）」が起こっている事が示唆された．
同EM反応系の菌体数と電気化学的特性に関する解析を行い，メタン生成速度の予測を試みた．バイオカソード上の微生物の定量を行った所，桿菌がメタン生成に寄与していることが示唆された．また，桿菌の密度の増加が内部抵抗の低下，すなわち電子の授受の触媒能の向上をもたらすことがわかった．桿菌の密度と電流値を用いることで，異なる条件のリアクターについてメタン生成速度の予測に成功したが，電流値を実験条件から予測するためには微生物数の時間的変化を調べ，過電圧による影響を考慮する必要がある．
バイオカソードのメタゲノム情報を解析した．メタゲノムの約9割がActibobacteria門Coriobacterales目の新規細菌種とメタン生成古細菌M. thermautotrophicus 近縁種に由来するゲノム情報に占められていた．アセンブリー解析により，それら優占種2種のゲノム情報の再構築し，代謝経路の再構築と比較ゲノム解析を行っている．特に，M. thermautotrophicus近縁種は，バイオカソード上で観察された桿菌に対応すると考えられ， EMの分子機構に関する知見が得られる事が期待される．
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