| 研究課題/領域番号 |
22K05420
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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38020:応用微生物学関連
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| 研究機関 | 一般財団法人電力中央研究所 |
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研究代表者 |
平野 伸一 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 上席研究員 (20392748)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 微生物腐食 / メタン菌 / 電気メタン合成 / 金属腐食 / 細胞外電子移動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
再エネなどCO2フリー電気を還元力として、メタン菌のCO2変換反応を駆動する電気メタン合成がカーボンリサイクル技術として注目されている。社会実装に向けては、電極からメタン菌が電子を獲得する機構の理解とそれを踏まえた速度の向上が必要である。これまでに、申請者は固体鉄から電子を獲得する腐食性メタン菌を単離しており、本菌株は固相からの高い電子獲得能力持つことが期待される。そこで、本研究では、本菌株の電気メタン合成活性を評価するとともに、腐食メカニズム・電子獲得関連遺伝子を明らかにすることで、機能強化株の構築及び電極最適化によるメタン合成速度の向上を図る。
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| 研究実績の概要 |
金属腐食を引き起こす腐食性メタン菌は固体金属から電子を獲得する活性が高いと考えられている。本研究では、淡水環境から単離した腐食性メタン菌に対して、電極から電子を供給する電気培養法を適用することで、電気メタン合成手法の高度化を目的としている。腐食性メタン菌Methanobacterium sp. TO1株の電極との電子授受特性を電気化学的な手法を用いて評価した結果、-0.6 V (vs Ag/AgCl) 以下の電位で電極からTO1株細胞へ電子が流れることを確認した。-0.6 V以下の電位を印加することによりメタン合成が可能であると考えられた。次に、通電によりメタン合成が生じるか確認するとともに、メタン合成を効率化するためのカソード電極の検討を行った。炭素板をカソード電極とした電気培養槽を用い、-0.7 Vの電位を印加した条件でTO1株の培養を行った結果、還元電流の増加に伴ったメタン合成を検出できた。反応効率の向上を目指し、より多くの菌体がカソード電極表面で反応できるように、電極表面での菌体保持をサポートするため炭素繊維を炭素板表面に結束した電極とステンレスメッシュで炭素繊維を挟み込んだ電極を試作し、電気培養試験 (-0.6～-0.8 V) を行った。メタン合成量を比較した結果、ステンレスメッシュで炭素繊維を挟み込んだ電極に、-0.8 Vの電位を印加した場合において、より高いメタン生成量が得られた。引き続き、電極、電気培養槽の検討を行うことで、より高いメタン生成を目指す。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
腐食性メタン菌株に対して、電極より電子を供給することでメタン合成が可能であることを確認でき、好適な電位を推定することができた。また、メタン合成を高めるための電極の検討を行い、炭素繊維とステンレスメッシュを組み合わせた電極において、高いメタン生成活性を得た。そのため、順調に進展しているを選択した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、電極素材、形状について更なる検討・試作を行うことで電気メタン合成活性の向上を図る。また、腐食性微生物のゲノム解析等から電極からの電子獲得に関与する酵素遺伝子を特定し、その情報を活用した機能改善を図る。
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