メタン生成触媒を用いた革新的バイオガス生産システムの創製

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19092
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 金子 雅紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (80633239)
• 研究分担者: 辻村 清也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30362429)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• キーワード: メタン生成補酵素 / メタン生成 / 電気化学

研究実績の概要

本研究の目的はメタン菌の持つメタン生成補酵素を触媒に用いた革新的なバイオガス生産システムの創製であり、究極的には「太陽エネルギーを化学エネルギー（メタン）へ変換する技術」の創出を目指す。それにより従来のバイオガス生産方法に新たな変革をもたらすことである。
当該年度の研究計画は１）電極反応における補酵素活性化の最適化、２）多孔質炭素電極を用いた電気化学応答効率の向上、３）メタン菌の大量培養および補酵素の高効率で迅速かつ簡便な抽出・精製方法を開発する事である。
補酵素の電極反応においては、弱アルカリ性の溶液中において、メディエーター、金あるいは炭素電極、補酵素, メチルコエンザイムM存在下において有意な電極応答が確認された。しかしながら、電気化学分光法においては、還元型補酵素の存在は確認できず、反応系の最適化に課題が残った。そのため、１）電極反応における補酵素活性化の最適化および２）多孔質炭素電極等を用いた電気化学応答効率の向上においては次年度以降も継続して挑戦する。
一方、メタン生成菌の大量培養においては、10LのジャーファーメンターにてMethanosarnina barkeriiを用いた培養系を確立し、培養菌体140g/weekの集菌量が得られるようになった。また、抽出および前処理・精製の各段階を無人で行えるように改良し、高効率で迅速かつ簡便な補酵素精製法確立した。
予察的な実験として、還元剤を用いた化学的なメタン生成補酵素の活性化を行い、成功した。これにより平成31年度に計画している研究も並行して行うことが可能になった。
以上により、現在までおおむね順調に研究が進んでいる。

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

メタン生成補酵素の電気化学的活性化法の確立には至っていないが、研究開始当初よりこれは２年間で行う予定であったため、問題ない。またメタン生成菌の大量培養および補酵素精製法の効率化は当初の計画より早く実現したため、全体としておおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

メタン生成補酵素の電気化学的活性化法の確立が当初考えていた反応系では実現できないことが本年度の研究で分かった。今後は反応場の環境を試行錯誤する必要があり、当初よりも活性化法確立に時間を要する可能性がある。そこで、活性化法の確立は本助成期間全体の目標とする。その代わりに、最終年度に予定していた基質となり得るメチル化合物の探査を化学的に活性化した補酵素を用いることで、先行して行う。化学的な活性化法は本年度の予察的な実験で成功を確認しており、問題なく進行すると考えている。

次年度使用額が生じた理由

補酵素の電気化学的活性化法確立において、研究の進行上、想定していたよりも、電極および試薬の購入機会が少なかった。その分次年度以降の購入機会が増えることになり、全体としては問題なく執行している。