| 研究課題/領域番号 |
22KF0257
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| 補助金の研究課題番号 |
22F22393 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 外国 |
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| 審査区分 |
小区分41040:農業環境工学および農業情報工学関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
井原 一高 神戸大学, 農学研究科, 教授 (50396256)
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| 研究分担者 |
FARGHALI MOHAMED 神戸大学, 農学研究科, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2024年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2023年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2022年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
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| キーワード | メタン発酵 / 家畜ふん尿 / バイオ炭 / バイオガス / 抗生物質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
バイオ炭を用いて家畜ふん尿に残留する抗生物質耐性菌処理や残留抗生物質の分解が可能な嫌気性消化プロセスを確立することが研究の概要である。
バイオ炭の嫌気性消化への効果は，昨今の研究で様々な知見が明らかになりつつあるが，抗生物質関連リスク低減に関する知見は不十分であることから，研究の意義は大きいと考えられる。さらに，本研究では，バッチ式だけではなく連続式処理への展開も計画している。
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| 研究実績の概要 |
研究目的を達成するため，まず，乳牛ふん尿の嫌気性消化（AD）にバイオ炭の添加量を変化させるバッチ実験を実施した。実験1では，500℃、600℃、700℃と異なる温度で製造したバイオ炭の添加量と、3種類の粒径（3 mm以上、1～3 mm、1 mm未満）がバイオガスとメタン生成に与える影響について調べた。さらに，バイオガス中に放出される硫化水素と消化液に残留する硫化物への影響についても検討した。バイオ炭は0～30g/Lで変化させた上で，粒子径と調製温度について異なる36種類の条件を検討した。バイオガスが最も多く、硫化水素生成量が最も少ない最適なバイオ炭濃度の条件を見出し，その後の実験に適用することとした。バイオガス，メタン，硫化水素，揮発性脂肪酸(VFA)，アンモニア性窒素、硫化物への影響と、嫌気性消化条件下でのバイオ炭の安定性を調べた。
実験2では、バイオ炭が異なる基質、特に乳牛ふん尿と豚の血液に及ぼす広範囲な影響を明らかにすることを目的とした。バイオ炭は、単一の基質として豚の血液に、共消化として豚の血液と乳牛ふん尿の混合物に加えた。実験結果より、バイオ炭の添加はH2Sを効果的に制御し、バイオガスの生産とプロセスの安定性を促進することを明らかにした。
さらに，廃水汚泥、食品廃棄物、粗グリセロールといったバイオガス化が十分ではないバイオマスを対象として嫌気性共消化試験を実施し，レビュー論文として投稿した。
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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
耐性菌制御の前提となる嫌気性消化プロセスへのバイオ炭の添加条件について明らかにすることができた。乳牛ふん尿の単独発酵と，豚の血液との共消化の二条件について検討ができたことから，おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
バッチ実験の実施後、磁性バイオ炭が連続嫌気性消化に与える影響について検討する。磁性バイオ炭のために特別に設計された新しいリアクタを採用し、比較のためにマグネタイトのみを使用した対照系も実験する。このアプローチにより、費用対効果や環境面でメリットが大きい磁性バイオ炭のリサイクルや、より低い滞留時間、抗生物質耐性の低減が実現できる。これによって，嫌気性消化の理論を大きく展開させることを目指す。
磁性バイオ炭を用いた連続運転が確立できれば、異なる有機物負荷率の下で様々な基質に適用できる可能性がある。
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