| 研究課題/領域番号 |
23K11499
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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64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人国立環境研究所 |
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研究代表者 |
小林 拓朗 国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環領域, 主幹研究員 (10583172)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2023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 | バイオ炭 / メタン発酵 / 熱分解 / CO2変換 / バイオマス / バイオガス / バイオチャー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
バイオマス燃焼灰中の金属が引き起こす熱分解過程でのバイオ炭への機能付加と、嫌気性発酵によるバイオ炭中の高分子有機化合物の分解を通したアップグレードを目指す。燃焼灰を用いたバイオ炭の機能向上メカニズム及び効果を最大化する条件を明らかにし、嫌気性発酵による含有有機汚染物質の除去効果を評価する。以上を通して、原料の種類に関わりなく、多孔性、濡れ性、電子伝達効率といった機能に優れ、有機汚染物質の含有濃度を低減する手法を構築する。
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| 研究実績の概要 |
熱分解に供するバイオマスの無機元素組成と、CO2雰囲気下での炭素の変換特性を調査し、バイオマス中のK, Mg, Caの濃度が、熱分解におけるCO2との反応性に対して大きな影響を持つことが確認された。特にメタン発酵消化液、鶏糞は、800℃の熱分解の条件でN2雰囲気の場合と比較して、CO2雰囲気ではCO等可燃性ガスの発生量が2倍以上に増大した。一方、バイオ炭の生成量はガスの発生量とはトレードオフの関係にあり、上記の条件で、メタン発酵消化液、鶏糞の熱分解後には炭素分が残留しなかった。すなわち、炭素分がガスと、高温ガス中に含まれる揮発分とに変換されていたことが判明した。残された無機残渣の成分を分析すると、リンとカルシウムが豊富で、X線回析法によるとヒドロキシアパタイト結晶が蓄積していることがわかった。この無機残渣は親水的で、水中での沈降性が高く、微生物を巻き込んで凝集する性質を持つことを示した。メタン発酵培養液に1%の濃度で無機残渣を添加して沈殿後の上清を除去しながら繰り返し培養すると、微生物の濃縮がよく進行し、添加物なしの場合やN2雰囲気下で生成したバイオ炭を添加した場合と比較して最大2倍のメタン生成活性を有することが示された。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
成果の一部を論文として発表することができた。しかしながら、構想していた熱分解条件の調整によるバイオ炭の質の変化が想定とは大きく異なり、有機炭素が全く残留しないことが判明した。炭素を残す方向性よりもガス化を進行させた結果、残留する無機物質の有効利用の方向性を模索する方向に計画を変更して研究を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
装置メーカーや農業専門家の見解として、粉末状のバイオ炭や灰は作業上の問題を引き起こすことが予見された。本研究で得られた粉末のバイオ炭/灰に関して、他の物質との混和、混合操作を経た顆粒化の実現を検討していく予定である。
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