地域性に着目したバイオセメンテーションによる法面保護技術の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02229
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 川崎 了 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00304022)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 地域性 / バイオセメンテーション / 法面 / 炭酸カルシウム / ウレアーゼ

研究実績の概要

本年度は，①尿素分解菌に関する検討，②培養試験および強度発現メカニズムに関する検討，③小型円筒容器を用いた室内固化試験，④斜面模型を用いた室内固化試験，の4項目に関する研究を実施した。得られた主な成果の概要は，次のとおりである。
①尿素分解菌に関する検討：国内の各地から採取した地盤材料を用いた物理試験と化学試験を行うと同時に，地盤材料中に生息する尿素分解菌の分離・単離試験を実施した。また，単離した尿素分解菌のウレアーゼ活性に関する温度依存性，pH依存性について調査を行った。その結果，北海道の地盤材料より単離され，ウレアーゼ活性の至適温度が20～25℃付近にあり，その値が10日間持続するLysinibacillus xylanilyticusが最も有望な菌株であることがわかった。
②培養試験および強度発現メカニズムに関する検討：培養試験により，Lysinibacillus xylanilyticusの最適な培養条件を明らかにした。また，培養および固化に必要な材料として，高価な試薬の使用以外に安価な代替品の適用性について検討を実施した結果，代替品の適用が可能であることが示唆された。
③小型円筒容器を用いた室内固化試験：Lysinibacillus xylanilyticusを用いて，炭酸カルシウムの析出条件を変化させた地盤材料の室内固化試験を実施した。また，固化した地盤材料の一軸圧縮強さ（UCS）を針貫入試験で推定したところ，数MPa程度を1カ月程度で達成した。
④斜面模型を用いた室内固化試験：切土法面を想定した斜面模型による室内固化試験を実施し，固化した斜面表層部の炭酸カルシウム含有量や針貫入試験による推定UCSの分布特性を調査した。

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

令和2年度における研究の目的，実施計画，経費などの策定が適切であったこと，また，期待された研究成果がおおむね順調に得られたこと，さらに，研究代表者に健康上の問題が発生しなかったことなどが，主な理由として考えられる。

今後の研究の推進方策

当初計画のとおり，最終年度となる令和3年度は，①小型円筒容器を用いた室内固化試験，②斜面模型を用いた室内固化試験，③現場試験施工とその評価，④提案する技術の有効性評価，の4項目を実施し，本研究課題を終了する。

研究成果

• [国際共同研究] アテネ大学(ギリシャ)
  • 国名: ギリシャ
  • 外国機関名: アテネ大学
• [国際共同研究] ガジャマダ大学(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: ガジャマダ大学
• [国際共同研究] ブーインザーラ工科大学/アミールキャビール工科大学(イラン)
  • 国名: イラン
  • 外国機関名: ブーインザーラ工科大学/アミールキャビール工科大学
• [国際共同研究] ザンビア大学(ザンビア)
  • 国名: ザンビア
  • 外国機関名: ザンビア大学
• [国際共同研究] モラツワ大学(スリランカ)
  • 国名: スリランカ
  • 外国機関名: モラツワ大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Effect of wetting and drying cycles on the durability of bio-cemented soil of expressway slope (2021)
  • 著者名/発表者名: Gowthaman S., Nakashima K., Kawasaki S.
  • 雑誌名: International Journal of Environmental Science and Technology 巻: 19 ページ: 2309-2322
  • DOI: 10.1007/s13762-021-03306-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Green soil improvement: using carbon dioxide to enhance the behaviour of clay (2021)
  • 著者名/発表者名: Romiani Hadi Mohamadzadeh, Keykha Hamed Abdeh, Talebi Milad, Asadi Afshin, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Ground Improvement 巻: Ahead of Print ページ: 1-26
  • DOI: 10.1680/jgrim.20.00073
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improvement of using crude extract urease from watermelon seeds for biocementation technology (2021)
  • 著者名/発表者名: Md Al Imran, Kazunori Nakashima, Niki Evelpidou, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: International Journal of GEOMATE 巻: 20(78) ページ: 148-153
  • DOI: 10.21660/2021.78.GX180
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluating mechanical strength of peat soil treated by fiber incorporated bio-cementation (2021)
  • 著者名/発表者名: Meiqi Chen, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: International Journal of GEOMATE 巻: 20(78) ページ: 121-127
  • DOI: 10.21660/2021.78.GX162
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A two-stage treatment process for the management of produced ammonium by-products in ureolytic bio-cementation process (2021)
  • 著者名/発表者名: Mohsenzadeh A., Aflaki E., Gowthaman S., Nakashima K., Kawasaki S., Ebadi T.
  • 雑誌名: International Journal of Environmental Science and Technology 巻: 19 ページ: 449-462
  • DOI: 10.1007/s13762-021-03138-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shoreline mapping based on beachrocks identification in Krakal-Sadranan beach, Yogyakarta, Indonesia (2021)
  • 著者名/発表者名: Daryono Lutfian R., Nakashima Kazunori, Kawasaki Satoru, Titisari Anastasia D., Barianto Didit H., Suyanto Imam, Rahmadi Arief
  • 雑誌名: Bulletin of Engineering Geology and the Environment 巻: 80 ページ: 2825-2844
  • DOI: 10.1007/s10064-020-02101-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distribution and cementation characteristics of beachrocks along southern, southwestern and western coast of Sri Lanka (2021)
  • 著者名/発表者名: Nayanthara Pahala Ge Nishadi, Dassanayake Anjula Buddhika Nayomi, Nakashima Kazunori, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Journal of Sedimentary Environments 巻: 6 ページ: 93-106
  • DOI: 10.1007/s43217-020-00036-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cellulose-metallothionein biosorbent for removal of Pb(II) and Zn(II) from polluted water (2020)
  • 著者名/発表者名: Wilson Mwandira, Kazunori Nakashima, Yuki Togo, Tsutomu Sato, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 246 ページ: 125733
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125733
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Novel Metal Adsorbent Composed of a Hexa-histidine Tag and a Carbohydrate-binding Module on Cellulose (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki Togo, Kazunori Nakashima, Wilson Mwandira, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 36(4) ページ: 459-464
  • DOI: 10.2116/analsci.19P356
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of Natural Beachrock and Physical-Mechanical Comparison with Artificial Beachrock Induced by MICP as a Protective Measure against Beach Erosion at Yogyakarta, Indonesia (2020)
  • 著者名/発表者名: Lutfian R. Daryono, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Koich Suzuki, Imam Suyanto, Arief Rahmadi
  • 雑誌名: Geosciences 巻: 10(4) ページ: 143
  • DOI: 10.3390/geosciences10040143
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Freeze-thaw durability and shear responses of cemented slope soil treated by microbial induced carbonate precipitation (2020)
  • 著者名/発表者名: Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: Soils and Foundations 巻: 60(4) ページ: 840-855
  • DOI: 10.1016/j.sandf.2020.05.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biological Route to Fabricate Silica on Cellulose Using Immobilized Silicatein Fused with a Carbohydrate-Binding Module (2020)
  • 著者名/発表者名: Kasun Godigamuwa, Kazunori Nakashima, Junnosuke Okamoto, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 21(7) ページ: 2922-2928
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.0c00730
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Utilization of Agricultural Waste as Agro-Cement in Concrete: A Review (2020)
  • 著者名/発表者名: Jing He, Satoru Kawasaki, Varenyam Achal
  • 雑誌名: Sustainability 巻: 12(17) ページ: 6971
  • DOI: 10.3390/su12176971
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Influence of the Addition of Plant-Based Natural Fibers (Jute) on Biocemented Sand Using MICP Method (2020)
  • 著者名/発表者名: Md Al Imran, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 雑誌名: Materials 巻: 13(18) ページ: 4198
  • DOI: 10.3390/ma13184198
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biosorption of Pb (II) and Zn (II) from aqueous solution by Oceanobacillus profundus isolated from an abandoned mine (2020)
  • 著者名/発表者名: Wilson Mwandira, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Allison Arabelo, Kawawa Banda, Imasiku Nyambe, Meki Chirwa, Mayumi Ito, Tsutomu Sato, Toshifumi Igarashi, Hokuto Nakata, Shouta Nakayama, Mayumi Ishizuka
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 21189
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78187-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Experimental study on strengthening near-surface of slopes using bio-grouting technique (2021)
  • 著者名/発表者名: Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Hiromi Nakamura, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: 1st International Symposium on Construction Resources for Environmentally Sustainable Technologies (CREST 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Innovative Approach for Addressing Coastal Erosion Protection Using Microbial Induced Carbonate Precipitation (2020)
  • 著者名/発表者名: Md Al Imran, Kazunori Nakashima, Niki Evelpidou, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2020
  • 国際学会
• [学会発表] A Feasibility Investigation for Developing Artificial Beachrocks: A Potential Measure for Coastal Protection in Southeast Yogyakarta Coast, Indonesia (2020)
  • 著者名/発表者名: Lutfian Rusdi Daryono, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Koichi Suzuki, Anastasia Dewi Titisari, Didit Hadi Barianto, Imam Suyanto, Arief Rahmadi
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation on the performance of MICP treated slope soil under acid rain environment (2020)
  • 著者名/発表者名: Sivakumar Gowthaman, Arash Mohsenzadeh, Kazunori Nakashima, Hiromi Nakamura, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Tenth International Conference of Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanical strength of peat soil treated by fiber incorporated microbial cementation (2020)
  • 著者名/発表者名: Meiqi Chen, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Tenth International Conference of Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of artificial beachrock using watermelon seeds as a source of urease (2020)
  • 著者名/発表者名: Md. Al Imran, Kazunori Nakashima, Niki Evelpidou, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Tenth International Conference of Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanical Strength of Organic Soil Treated by Fiber Incorporated Microbial Cementation (2020)
  • 著者名/発表者名: Sivakumar Gowthaman, Pahala Ge Nishadi Nayanthara, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Atsuko Sato
  • 学会等名: First International Conference (Online) on Microbial Biotechnology in Construction Materials and Geotechnical Engineering (MBCMG2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Enzyme Induced Biocementation Using Watermelon Seed as a Source of Urease (2020)
  • 著者名/発表者名: Md Al Imran, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: First International Conference (Online) on Microbial Biotechnology in Construction Materials and Geotechnical Engineering (MBCMG2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of Wet-Dry and Freeze-Thaw Cycles on the Physical and Mechanical Properties of MICP Treated Slope Soil (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Gowthaman, K. Nakashima, H. Nakamura, S. Kawasaki
  • 学会等名: 54th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, ARMA (American Rock Mechanics Association)
  • 国際学会
• [学会発表] Control of aquifer weathering degree to the groundwater chemical composition in Wates Coastal Aquifer, Yogyakarta, Indonesia (2020)
  • 著者名/発表者名: Heru Hendrayana, Phyu Phyu Thin, Wahyu Wilopo, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: 1st Geosciences and Environmental Sciences Symposium (ICST 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] MICP法による海岸保全技術に関する室内試験 (2020)
  • 著者名/発表者名: 青木園子，川﨑 了，宮永未森，宇次原雅之
  • 学会等名: 第55回地盤工学研究発表会＜オンライン開催＞
• [学会発表] 無機-有機接着タンパク質のデザインとバイオセメントへの応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川邉徹弥，中島一紀，Hiranya Nawarathna，川﨑 了
  • 学会等名: 生物工学若手研究者の集い第二回オンラインセミナー ＜オンライン開催＞
• [学会発表] 北海道におけるMICPを用いた法面保護工に関する実験的検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井木貴士，品田宗忠，Sivakumar Gowthaman，中島一紀，川﨑 了，中村広美
  • 学会等名: 資源・素材 2020（仙台）＜オンライン開催＞
• [学会発表] 納豆菌の MICP法への適用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川崎慎一郎，Wilson Mwandira，中島一紀，川﨑 了，中村孝道，谷口惠梨，遠藤正美
  • 学会等名: 資源・素材 2020（仙台）＜オンライン開催＞
• [学会発表] ファージディスプレイ法を用いた酸性条件下でシリカに結合するペプチドの探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石渡悠介，中島一紀，五十嵐健輔，川﨑 了
  • 学会等名: 資源・素材 2020（仙台）＜オンライン開催＞
• [学会発表] 炭酸カルシウムとバイオポリマーに結合する人工タンパク質の作製とバイオセメントへの影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川邉徹弥，Nawarathna Hiranya，中島一紀，川﨑 了
  • 学会等名: 資源・素材 2020（仙台）＜オンライン開催＞
• [学会発表] 機能性シリカ重合ペプチドを用いた無機材料の新たな作製法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻谷颯太，中島一紀，ゴディガムワ カスン，川﨑 了
  • 学会等名: 資源・素材 2020（仙台）＜オンライン開催＞
• [学会発表] Biological approach to form silica on chitin using a fusion silicatein (2020)
  • 著者名/発表者名: ゴディガムワ カスン，中島一紀，辻谷颯太，川﨑 了
  • 学会等名: 資源・素材 2020（仙台）＜オンライン開催＞
• [学会発表] シリカ重合酵素を用いた複合材料の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻谷颯太，中島一紀，川﨑 了
  • 学会等名: 生物工学若手研究者の集い第三回オンラインセミナー＜オンライン開催＞
• [学会発表] パン酵母と農業用肥料を使った環境調和型地盤改良技術の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷口惠梨，中村孝道，遠藤正美，阿部磨弥，川﨑 了
  • 学会等名: 第14回地盤改良シンポジウム＜オンライン開催＞
• [備考] 北海道大学大学院工学研究院環境循環システム部門資源生物工学研究室
  • URL: https://bre.eng.hokudai.ac.jp/