| 研究課題/領域番号 |
21H04936
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分64:環境保全対策およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
多田 千佳 東北大学, 農学研究科, 准教授 (30413892)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
37,960千円 (直接経費: 29,200千円、間接経費: 8,760千円)
2023年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2022年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2021年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
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| キーワード | メタン菌 / 微生物燃料電池 / 3Dプリント / セミウェット / CO2 / CH4 / カソード電極 / バイオカソード / 表面処理 / 白炭 / 3Dプリンティング / CNT / 3Dプリンタ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、CO2をCH4に変換するバイオカソード微生物燃料電池(以下MFC)へのCO2供給 方法を、微生物に直接的にガス供給 するセミドライ型バイオカソード電極を新たに開発するものである。さらに電極材料のコ ストダウン化、高効率化によるCH4変換速度の促進、セミドライ電極製造を確立するため3 Dゲルプリントによる微生物と炭素材料のプリント化によるMFC製造を行う。
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| 研究成果の概要 |
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell: MFC)は、微生物の代謝反応を利用して有機物から直接電気エネルギーへと変換する装置である。我々は白金触媒の代わりにメタン菌を触媒に利用したセミウェット型メタン菌カソード電極を開発し、電気エネルギーとCH4をCO2から得るMFCを開発した。 さらに、電極性能を向上を目的に、3Dでの電極設計と造形、セミウェットを維持可能な3Dゲルプリントを用いてメタン菌カソード電極を構築し、造形物中でのメタン菌の増殖やメタン変換を確認し、上記方法で作成したメタン菌カソード電極をMFCに適用した結果、電流が流れ、最大電力密度は1.38 mW/m2となった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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