| 研究課題/領域番号 |
19K04664
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22060:土木環境システム関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
松本 明人 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30252068)
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| 研究分担者 |
上野 豊 信州大学, 学術研究院農学系, 准教授 (00542911)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | メタン発酵 / セルロース / 緩速撹拌 / 最適pH / セルロース容積負荷 / メタン転換率 / 細菌叢解析 / 固形物滞留時間 / 菌叢解析 / Bacteroidota / 回分式バイアル試験 / pH / Spirochaetes / Firmicutes / Bacteroidetes / セルロース系バイオマス / すみ分け / 担体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セルロースのメタンへの変換を効率化するため、まず槽内を緩速撹拌することにより基質中のセルロースとセルロース分解菌を反応槽底部に沈降させる。両者が長時間接触できる状態で、pHを変化させ、セルロース分解の最適pHを求める。続いて発酵槽上部に投入した担体表面にメタン生成菌を中心とした生物膜を形成させ、膜内にpH勾配が形成できる状態で、良好なセルロース分解とメタン生成が両立するpHを求める。このように同一反応槽内の上部と底部に細菌をすみ分けさせ、かつ存在様式（浮遊・沈降型と生物膜型）を多様化することで、効率的にセルロースをメタンへ変換できるシステムをつくり出し、最後に処理限界となる有機物負荷を求める。
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| 研究成果の概要 |
セルロース系バイオマスを高効率にメタンへ変換するために、槽内を緩速撹拌（撹拌子回転速度：10 rpm）し、セルロースとその分解菌を反応槽底部に沈降させる反応槽において、pHやセルロース容積負荷を変動させ、最適運転条件や処理限界を求めた。
その結果、pH 6.6でメタン転換率は74 %と最も高く、pH 6.0ではセルロースが蓄積した。またpH 6.6においてセルロース容積負荷2.0 kg/m3・dではメタン転換もセルロース除去も良好であったが、セルロース容積負荷3.1 kg/m3・dではセルロースは蓄積した。酸生成細菌の菌叢は、pHやセルロース容積負荷により変化した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
緩速撹拌（撹拌子回転速度：10 rpm）条件下でのセルロースのメタン発酵において、至適pHが6.6であることや、pH 6.6でのセルロース容積負荷が2.0 kg/(m3・d)までは良好なメタン発酵が可能であることは、プロセスの運転に必要な情報であり、工学的に意義のある情報である。また、発酵槽内の酸生成細菌の菌叢が、pHやセルロース容積負荷により変化することは微生物生態学的に興味深い結果である。
さらにメタン発酵の効率化のために本研究でおこなった緩速撹拌やpHの制御はいずれも操作が容易であり、既存の発酵槽にも直ちに適用可能と考えられ、社会実装の面で有利である。
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