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本研究はでんぷん質の比率が高い基質を対象としたメタン発酵において、前処理に生物学的エタノール発酵を行うシステムを対象としている。前処理された発酵液は、蒸留操作等を行わずそのまま投入させることが特徴である。既に確認されている効果は、バイオガス中メタン濃度向上、汚泥生成量削減、高負荷でのVFA生成抑制、などが挙げられる。本研究では膜分離型メタン発酵システムを中心に、システム全体としての実用化の形を意識した。
各年度とも膜分離型メタン発酵（AnMBR）運転ノウハウを蓄積しながら高負荷運転に挑んだ。模擬厨芥を基質とし、エタノール発酵させた基質と無処理基質の対照系との比較実験において、対照系はCODcr容積負荷13 g/L/dでVFA過剰蓄積により破綻したが、エタノール発酵系ではその2.5倍の33 g/L/dでも同等のメタン収率を得ながら安定した運転が可能であった。この負荷は中温メタン発酵では世界で最も高い値であった。高負荷運転が可能であった理由として、エタノール発酵させた基質はプロピオン酸が蓄積しにくいことを代謝経路の文献調査と実証とで示すことができた。派生的な成果としてアルカリ度を指標としてメタン発酵の破綻兆候をpHよりも早く把握できることを示した。メタゲノム解析により、エタノール発酵させた基質ではメタン発酵の菌叢が異なることを確認し、プレートカウントにより基質中に含まれた酵母はその全てがメタン発酵槽内で分解されていたことが確認できた。汚泥生成量が少なくなる理由をGibbsフリーエネルギーの面から説明した。
前処理であるエタノール化は酵素・酵母の添加量削減が実用化の重要な課題であり、酵素添加方法、各種酵母の実験的検討を行った。酵母は糖化能力を有する株やキラー活性を持つ市販醸造用酵母を検討し、少ない酵母添加量かつ短時間でのエタノール化が可能であることを示すことができた。
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