| 研究課題/領域番号 |
23K22895
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01625 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
吉田 奈央子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10432220)
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| 研究分担者 |
孟 令宇 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (10859440)
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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 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | 微生物燃料電池 / 都市下水 / モデル計算 / 電気生産菌 / 下水道 / 廃水処理 / 微生物燃料電池（MFC) / カソード触媒 / 電気生産微生物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、微生物による有機物分解によって生じた電子を電力として回収する微生物燃燃料電池（MFC）を下水処理に適用することを目指すものである。本研究では、処理場内に作成したMFC装置を設置運転し、装置で生じた有機物分解ならびに発電特性を統合的なモデルとして表すことで、目指す性能を満たす廃水組成、各電極の限界性能を決定し、MFCの実用可能性を検証する。さらに、MFCで有機物分解ならびに電流生産を担う微生物群集解析ならびに電流生産微生物の分離を通じ、MFC装置内での電流転換機構を決定する.
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| 研究実績の概要 |
MFC改良について、従来用いてきたMFCのカソード電位が他のMFCに比べ0.2V程度低く0.4V程度にとどまる課題があったため,触媒塗料として用いている炭素塗料について新たに調製した酸素還元触媒と比較し、酸素還元電流の違いを検証した結果, 新たに作成した電極に比べて過電圧がおおきく電位の損失が大きいことが示された.これより塗布する触媒の改良によりMFCの出力を増強することができることが示唆された. 本年度は新たな触媒を塗布したMFCの試験を行うまでには至らなかったが, 今後, 新たに調製したMFCを作成し評価・改良を重ねていく.
MFCのメタ分析を可能にするモデルの構築について、これまでの計算式は汎用性に欠け,例えば表面積を増大したアノード・カソード反応が均衡したMFCの性能を計算できなかった. そこでアノードの式に有機物濃度や電極表面積を与えてバトラーボルマー式でアノード抵抗を計算した結果,アノード抵抗再現よく計算することができ, 従来に比べて電流計算を表現することができるようになった.本成果について国際投稿論文としてまとめるとともに、現状表現できていないカソード反応式についても検討を進める
MFC中の電気生産微生物の網羅的な分離に取り組み、いくつか種レベルで新規な電気生産微生物を取得し、系統学的に多様である他、電気生産に至る代謝が有機物の酸化還元電位に応じて段階的に存在し全体として効率的になるよう構成されている様子が示された。具体的には電位が低く基質レベルでのリン酸化が可能な場合は微生物自らが生産するメディエータの再酸化に電極が関与し、電位が高くなると酸化的リン酸化の最終電子受容体として電極が関与することが示された.
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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
課題であった有機物濃度の分解に応じて変化するアノード抵抗を計算できるようになったことは進歩である。残るカソード反応の計算を進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
計画はおおむね順調に進捗していることから、当初の計画通り進める。
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