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2017 年度 実績報告書

新規嫌気性ハイタン生産プロセスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16J02584
研究機関東北大学

研究代表者

覃 宇  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
キーワード食品廃棄物 / ハイタン / 水素 / メタン / モデリング / 微生物 / 環境負荷低減
研究実績の概要

燃料の多様化および安定で安価に提供できる技術の開発・実用化は必至である。食品廃棄物を活用し、嫌気性発酵を用いたハイタン生産プロセスの安定化・最適化が求められている。平成29年度には、前年度の研究進捗を踏まえて、引き続きプロセスの連続運転、数理モデリングによる模擬、微生物群集構造の解析およびシステムの評価について、以下の課題に取り込んだ。
1【新規嫌気性ハイタン生産プロセスの連続運転(続き)】 ハイタン生産プロセスにおける二槽の容積比について実験を行った。また、排出されたメタン発酵槽の消化液循環による水素発酵への影響について連続実験を行った。水素発酵の安定化を目指して消化液循環比の最適化制御対策を提案した。
2【数理モデリングによるプロセス変動傾向のシミュレーション】 最初条件変動によるプロセスの変動傾向を考察するため、循環のある二槽プロセスの時間常数の解析解を求めた。このモデルを用いて、水素とメタンの連続発酵における動力的定数を求め、短期的なデータに基づいて長期的な変動傾向を予測できるようになった。
3【分子生物学的手法で微生物群集構造の分布と遷移の解析】 新規ハイタン発酵プロセスの連続運転に及ぼす二相容積比、消化液循環比、有機物除去負荷の影響について、分子生物学的手法で微生物群集構造を解析した。
4【新規プロセスの経済性と環境負荷についての評価】 これまで蓄積されたデータに基づいて、有機廃棄物の低価値バイオマスより、低コストの嫌気性発酵を用いて高価値燃料ガスのハイタンを生産するプロセスに対して、その経済性と環境負荷を定量化するために、本研究の新規ハイタン発酵プロセスについて LCA評価を行い、本研究の新規ハイタン発酵システムの有用性と持続可能な社会への寄与効果を定量的に検証した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Biogas recovery from two-phase anaerobic digestion of food waste and paper waste: Optimization of paper waste addition2018

    • 著者名/発表者名
      Qin Yu、Wu Jing、Xiao Benyi、Hojo Toshimasa、Li Yu-You
    • 雑誌名

      Science of The Total Environment

      巻: 634 ページ: 1222~1230

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2018.03.341

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Comparison of single-stage and two-stage thermophilic anaerobic digestion of food waste: Performance, energy balance and reaction process2018

    • 著者名/発表者名
      Xiao Benyi、Qin Yu、Wu Jing、Chen Hong、Yu Panfen、Liu Junxin、Li Yu-You
    • 雑誌名

      Energy Conversion and Management

      巻: 156 ページ: 215~223

    • DOI

      10.1016/j.enconman.2017.10.092

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Temperature-phased anaerobic digestion of food waste: A comparison with single-stage digestions based on performance and energy balance2018

    • 著者名/発表者名
      Xiao Benyi、Qin Yu、Zhang Wenzhe、Wu Jing、Qiang Hong、Liu Junxin、Li Yu-You
    • 雑誌名

      Bioresource Technology

      巻: 249 ページ: 826~834

    • DOI

      10.1016/j.biortech.2017.10.084

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase separation and microbial distribution in the hyperthermophilic-mesophilic-type temperature-phased anaerobic digestion (TPAD) of waste activated sludge (WAS)2017

    • 著者名/発表者名
      Qin Yu、Higashimori Atsushi、Wu Li-Jie、Hojo Toshimasa、Kubota Kengo、Li Yu-You
    • 雑誌名

      Bioresource Technology

      巻: 245 ページ: 401~410

    • DOI

      10.1016/j.biortech.2017.08.124

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Upgrading of Biofuel by Shifting Two-stage Methane Fermentation into Two-phase Hythane Fermentation in the Temperature-Phased Anaerobic Digestion of Food Waste2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Qin
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Bioenergy and Environment (BEE2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-stage Anaerobic Process Treating Municipal Solid Waste (MSW) with Increasing Contents of Paper Waste2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Qin
    • 学会等名
      Water and Environment Technology Conference 2017 (WET 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Biohythane production with the recirculated two-phase anaerobic digestion (R-TPAD) of food waste (FW) by adjusting the recirculation ratio2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Qin
    • 学会等名
      The 15th IWA World Conference on Anaerobic Digestion (AD-15)
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素・メタン二段循環式発酵によるキャッサバ残渣の処理とハイタン生成の効率化2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Qin
    • 学会等名
      第54回環境工学研究フォーラム

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公開日: 2018-12-17  

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