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

2021 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

最終年度となる本年度は，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小型円筒容器を用いた室内固化試験：北海道内の地盤材料より単離した最も有望な尿素分解菌の菌株であるLysinibacillus xylanilyticusを用いて，粒径幅が広い北海道内の地盤材料と平均粒径が異なる北海道外の砂質材料を対象とした室内シリンジ固化試験を実施した。固化試験後の供試体を針貫入試験によって推定一軸圧縮強さ（推定UCS）を求めた結果，平均粒径D50が0.6～1.0 mmの砂質材料では14日後に2～3 MPaの推定UCSとなったのに対し，D50が0.2～0.25 mmの砂質材料と北海道内の地盤材料では14日後に推定UCSが4～16 MPaとなり，粒度分布の影響を受けることがわかった。
②斜面模型を用いた室内固化試験：北海道内の地盤材料を用いて，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た。14日後に斜面表層部分の推定UCSを求めたところ，2～8 MPaの数値が得られ，その数値は斜面下部の方が大きくなる傾向が見られた。
③現場試験施工とその評価：北海道内において現場試験施工を実施した。斜面模型による室内固化試験と同様に，①尿素分解菌を含む培養液，②カルシウム溶液，の2種類の溶液を別々に噴霧する方式を採用した。その結果，現場における15～30℃の温度条件下において，試薬を使用した試験ケースの斜面表層部分で0.2～2.2 MPaの推定UCSが得られた。
④提案する技術の有効性評価：本研究課題で新たに開発された法面保護技術の有効性について検討した結果，適用地盤やコストの面で課題は残るが，概ね有効であると評価された。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

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] モラツワ大学/ジャフナ大学(スリランカ)
  • 国名: スリランカ
  • 外国機関名: モラツワ大学/ジャフナ大学
• [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大学
• [国際共同研究] 食品技術大学(ウクライナ)
  • 国名: ウクライナ
  • 外国機関名: 食品技術大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Beachrock Formation Mechanism Using Multiproxy Experimental Data from Natural and Artificial Beachrocks: Insights for a Potential Soft Engineering Method (2022)
  • 著者名/発表者名: Saitis Giannis, Karkani Anna, Koutsopoulou Eleni, Tsanakas Konstantinos, Kawasaki Satoru, Evelpidou Niki
  • 雑誌名: Journal of Marine Science and Engineering 巻: 10(1) ページ: 87
  • DOI: 10.3390/jmse10010087
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Durability Improvement of Biocemented Sand by Fiber-Reinforced MICP for Coastal Erosion Protection (2022)
  • 著者名/発表者名: Imran Md Al, Nakashima Kazunori, Evelpidou Niki, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Materials 巻: 15(7) ページ: 2389
  • DOI: 10.3390/ma15072389
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Reaction Conditions on EICP-Treated Desert Aeolian Sand (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Linyu, Miao Linchang, Kawasaki Satoru, Wang Hengxing
  • 雑誌名: KSCE Journal of Civil Engineering 巻: Online first articles ページ: 1-13
  • DOI: 10.1007/s12205-022-1585-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solubilization and aggregation control of silica-polymerizing enzyme fused with a removable soluble protein (2022)
  • 著者名/発表者名: Oguri Hidetoshi, Nakashima Kazunori, Godigamuwa Kasun, Okamoto Junnosuke, Takeda Yudai, Okazaki Fumiyoshi, Sakono Masafumi, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 133(3) ページ: 222-228
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2021.11.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Removal of ammonium by-products from the effluent of bio-cementation system through struvite precipitation (2021)
  • 著者名/発表者名: Gowthaman Sivakumar, Mohsenzadeh Arash, Nakashima Kazunori, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Materials Today: Proceedings 巻: Article in Press ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.matpr.2021.09.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Study on Sand Stabilization Using Bio-Cementation with Wastepaper Fiber Integration (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Meiqi, Gowthaman Sivakumar, Nakashima Kazunori, Komatsu Shin, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Materials 巻: 14(18) ページ: 5164
  • DOI: 10.3390/ma14185164
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium phosphate biocement using bone meal and acid urease: An eco-friendly approach for soil improvement (2021)
  • 著者名/発表者名: Gowthaman Sivakumar, Yamamoto Moeka, Nakashima Kazunori, Ivanov Volodymyr, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Journal of Cleaner Production 巻: 319 ページ: 128782
  • DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.128782
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Artificial Fusion Protein to Facilitate Calcium Carbonate Mineralization on Insoluble Polysaccharide for Efficient Biocementation (2021)
  • 著者名/発表者名: Nawarathna Thiloththama H. K., Nakashima Kazunori, Kawabe Tetsuya, Mwandira Wilson, Kurumisawa Kiyofumi, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 9(34) ページ: 11493-11502
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c03730
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CO2-induced carbonate minerals as soil stabilizing agents for dust suppression (2021)
  • 著者名/発表者名: Keykha Hamed A., Romiani Hadi Mohamadzadeh, Zebardast Ehsan, Asadi Afshin, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Aeolian Research 巻: 52 ページ: 100731
  • DOI: 10.1016/j.aeolia.2021.100731
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bio‐mediated soil improvement: An introspection into processes, materials, characterization and applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang Ning‐Jun, Wang Yi‐Jie, Chu Jian, Kawasaki Satoru, Tang Chao‐Sheng, Cheng Liang, Du Yan‐Jun, Shashank Bettadapura S., Singh Devendra N., Han Xiao‐Le, Wang Yu‐Ze
  • 雑誌名: Soil Use and Management 巻: 38(1) ページ: 68-93
  • DOI: 10.1111/sum.12736
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Scallop Powder Addition on MICP Treatment of Amorphous Peat (2021)
  • 著者名/発表者名: Gowthaman Sivakumar, Chen Meiqi, Nakashima Kazunori, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Frontiers in Environmental Science 巻: 9 ページ: 690376
  • DOI: 10.3389/fenvs.2021.690376
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Durability analysis of bio-cemented slope soil under the exposure of acid rain (2021)
  • 著者名/発表者名: Gowthaman Sivakumar, Nakashima Kazunori, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Journal of Soils and Sediments 巻: 21 ページ: 2831-2844
  • DOI: 10.1007/s11368-021-02997-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bio-Mediated Soil Improvement Using Plant Derived Enzyme in Addition to Magnesium Ion (2021)
  • 著者名/発表者名: Imran Md Al, Nakashima Kazunori, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Crystals 巻: 11(5) ページ: 516
  • DOI: 10.3390/cryst11050516
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication of silica on chitin in ambient conditions using silicatein fused with a chitin-binding domain (2021)
  • 著者名/発表者名: Godigamuwa Kasun, Nakashima Kazunori, Tsujitani Sota, Kawasaki Satoru
  • 雑誌名: Bioprocess and Biosystems Engineering 巻: 44(9) ページ: 1883-1890
  • DOI: 10.1007/s00449-021-02568-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [学会発表] Insights in beachrock formation mechanism using multiproxy experimental data: Case study of Diolkos, Corinth, Greece (2021)
  • 著者名/発表者名: Giannis Saitis, Konstantinos Tsanakas, Anna Karkani, Satoru Kawasaki, Niki Evelpidou
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of chitosan gel-silica hybrid materials using fusion silicatein (2021)
  • 著者名/発表者名: Kasun Godigamuwa, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Virtual conference organized by the European Federation of Biotechnology (EFB2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Used Paper Fibers for Sustainably Enhancing the MICP Stabilization of Sand (2021)
  • 著者名/発表者名: Meiqi Chen, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Shin Komatsu, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: 6th GeoChina International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Removal of ammonium by-products from the effluent of bio-cementation system through struvite precipitation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sivakumar Gowthaman, Arash Mohsenzadeh, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: F-EIR Conference 2021 - Environment Concerns and its Remediation
  • 国際学会
• [学会発表] High water content peat soil improved by MICP technique with fiber reinforcement (2021)
  • 著者名/発表者名: Meiqi Chen, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Shin Komatsu, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Eleventh International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Plant enzyme induced carbonate precipitation for sand cementation (2021)
  • 著者名/発表者名: Linyu Wu, Linchang Miao, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Eleventh International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluating the effects of polymers on microbially induced carbonate precipitation (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhen Yan, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: Eleventh International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Aggregation of magnetite particles by mussel adhesive protein triggered by protease (2021)
  • 著者名/発表者名: Anju Pilakka Veedu, Kazunori Nakashima, Hiroki Miyagawa, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: 26th Symposium of Young Asian Biological Engineers' Community (YABEC2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of cementation level on the mechanical behavior of bio-cemented slope soil treated by surface injection (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Gowthaman, M. Chen, H. Nakamura, K. Nakashima, S. Kawasaki
  • 学会等名: Third International Conference on Geotechnical Engineering ICGE-Colombo-2020
  • 国際学会
• [学会発表] Polymer modified microbial induced carbonate precipitation: Novel approach to densify the loose sand (2021)
  • 著者名/発表者名: T. H. K. Nawarathna, K. Nakashima, S. Kawasaki
  • 学会等名: Third International Conference on Geotechnical Engineering ICGE-Colombo-2020
  • 国際学会
• [学会発表] A soil improvement method based on plant-derived urease-induced carbonate precipitation (2021)
  • 著者名/発表者名: R. A. N. Dilrukshi, K. Nakashima, S. Kawasaki
  • 学会等名: Third International Conference on Geotechnical Engineering ICGE-Colombo-2020
  • 国際学会
• [学会発表] Geochemical characterization of the coastal alluvial aquifer in Wates, Yogyakarta, Indonesia (2021)
  • 著者名/発表者名: Phyu Phyu Thin, Heru Hendrayana, Wahyu Wilopo, Satoru Kawasaki
  • 学会等名: 13th AUN/SEED-Net Regional Conference on Geological and Geo-Resource Engineering (RC GeoE 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] MICPを用いた海浜砂の固化と耐久性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鹿野政直，中島一紀，川﨑了，青木園子
  • 学会等名: 2021年度資源・素材学会北海道支部春季講演会＜オンライン開催＞
• [学会発表] 進化分子工学的手法による硫化銅結合ペプチドの獲得 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅原駿平，中島一紀，石渡悠介，川﨑了
  • 学会等名: 2021年度資源・素材学会北海道支部春季講演会＜オンライン開催＞
• [学会発表] 北海道の高速道路のり面におけるMICP法による現場固化試験の事前調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 古泉広夢，Sivakumar Gowthaman，川﨑了，中島一紀，高橋亮介
  • 学会等名: 2021年度資源・素材学会北海道支部春季講演会＜オンライン開催＞
• [学会発表] 重金属イオン応答性ゲルを指向したタンパク質分子デザイン (2021)
  • 著者名/発表者名: 重政友貴，中島一紀，青木孝祐，川﨑了
  • 学会等名: 2021年度資源・素材学会北海道支部春季講演会＜オンライン開催＞
• [学会発表] シリカ重合酵素を用いたバイオLayer-by-Layer法によるガラス基盤上への生体分子の固定化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 直田亮，中島一紀，辻谷颯太，川﨑了
  • 学会等名: 2021年度資源・素材学会北海道支部春季講演会＜オンライン開催＞
• [学会発表] シリカ重合酵素によるガラス基盤上へのシリカの積層と生体分子の固定化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 直田亮，中島一紀，辻谷颯太，川﨑了
  • 学会等名: 生物工学若手研究者の集い夏のオンラインセミナー2021＜オンライン開催＞
• [学会発表] セルロースを担体とした Au3+回収のための融合タンパク質のデザイン (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木孝祐，中島一紀，東郷佑樹，川﨑了
  • 学会等名: 生物工学若手研究者の集い夏のオンラインセミナー2021＜オンライン開催＞
• [学会発表] Control of adhesion properties of mussel adhesive proteins (2021)
  • 著者名/発表者名: Anju Pilakka Veedu, 中島一紀，宮川寛希, 川﨑了
  • 学会等名: 生物工学会北日本支部2021年度第一回オンライン若手シンポジウム＜オンライン開催＞
• [学会発表] シリカ重合酵素を用いた交互積層法によるガラス基盤上への生体分子の固定化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 直田亮, 中島一紀, 辻谷颯太, 川﨑了
  • 学会等名: 資源・素材2021（札幌）＜オンライン開催＞
• [学会発表] 市販の液体のりが尿素分解菌のウレアーゼ活性に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大村萌美, 中島一紀, 川﨑了, 青木園子
  • 学会等名: 資源・素材2021（札幌）＜オンライン開催＞
• [学会発表] セルロースとタンパク質を用いた新たな貴金属回収法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木孝祐, 中島一紀, 東郷佑樹, 川﨑了
  • 学会等名: 資源・素材2021（札幌）＜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/