| 研究課題/領域番号 |
19K12407
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| 研究機関 | 新潟薬科大学 |
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研究代表者 |
川田 邦明 新潟薬科大学, 応用生命科学部, 教授 (50367413)
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| 研究分担者 |
大野 正貴 新潟薬科大学, 応用生命科学部, 博士研究員 (40781216)
小瀬 知洋 新潟薬科大学, 応用生命科学部, 准教授 (60379823)
浅田 隆志 福島大学, 共生システム理工学類, 准教授 (60434453)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | リン資源 / 炭素化物 / バイオマス / 資源循環 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、もみ殻およびカキ殻を原料としたバイオマス由来のSi-Ca複合化炭素化物を利用した水中のリン回収に最適なSi-Ca化学形態の複合化手法を開発すると同時に、リン回収後の炭素化物からのリン脱離に及ぼす環境因子の影響を評価し、Si-Ca複合化炭素化物を利用した水田におけるリン循環の実証から新規のマテリアルフローを構築することで、リン資源節約に向けたリン循環システムの開発を目指している。本研究の計画として、炭素化物上におけるSi-Ca複合化手法の開発、リン回収済み炭素化物におけるリン脱離性の評価、Si-Ca炭素化物を利用したリン循環システムの実証およびマテリアルフローの構築の3項目を設定し、実施している。
2020年度は、2019年に引き続きSi-Ca複合化手法の開発およびリン回収済み炭素化物におけるリン脱離性の評価を行った。リン吸着能の向上に向けてCa担持炭素化物の作製条件として炭素化物の特性やそのリン吸着能に及ぼす影響について評価し、炭素化前の高温高圧処理時間を6h増加させること、および炭素化温度を400℃から1000℃まで高くすることでリン吸着能が向上することが確認された。リン脱離性の評価においては、一旦、カルシウム担持炭素化物に吸着したリンは自然開放系においては容易に脱着せず、炭素化物上にリンを保持できることが示された。国内学会として第55回日本水環境学会年会においてこれらの成果を発表した。
2021年度の計画として、Si-Ca複合化炭素化物を利用した水田におけるリン循環システムの実証および新規のマテリアルフローの構築を達成する。ここでは、開発した炭素化物を実際の水稲栽培に適用することでリン肥料施用の削減と水系への栄養塩負荷の削減について、水中のリン濃度および水稲の生育状況と収量に及ぼす影響を評価する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究課題では、もみ殻およびカキ殻を原料としたバイオマス由来のケイ素-カルシウム複合化炭素化物を利用した水中のリン回収に最適なSi-Ca化学形態の複合化手法を開発すると同時に、リン回収後の炭素化物からのリン脱離に及ぼす環境因子の影響を評価し、Si-Ca複合化炭素化物を利用した水田におけるリン循環の実証から新規のマテリアルフローを構築することで、リン資源節約に向けたリン循環システムの開発を目指している。本研究の計画として、炭素化物上におけるSi-Ca複合化手法の開発、リン回収済み炭素化物におけるリン脱離性の評価、Si-Ca複合化炭素化物を利用したリン循環システムの実証およびマテリアルフローの構築の3項目を設定し、実施している。
2020年度は、2019年に引き続きSi-Ca複合化手法の開発およびリン回収済み炭素化物におけるリン脱離性の評価について、当初の研究計画を概ね達成した。ここでは、リン吸着能の向上に向けてCa担持炭素化物の作製条件として炭素化前における高温高圧処理の処理時間および炭素化温度が炭素化物の特性やそのリン吸着能に及ぼす影響について評価した。炭素化前の高温高圧処理時間を変化させることにより6hまでリン吸着能が向上することが分かった。また、炭素化温度を400℃から1000℃まで高くすることでリン吸着能が約2倍に増加することが確認された。リン脱離性の評価においては、上記までの吸着回分試験に基づいてリン酸水溶液を用いたリン吸着後のカルシウム担持炭素化物を回収し、純水中に再度拡散することで炭素化物からリンの脱着性を評価した。一旦、カルシウム担持炭素化物に吸着したリンは自然開放系においては容易に脱着せず、炭素化物上にリンを保持できることが示された。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度の計画として、Si-Ca複合化炭素化物を利用した水田におけるリン循環システムの実証および新規のマテリアルフローの構築を達成する。具体的には、研究の協力農家から実際の水田の一部を対象として借用し、ここまでで開発したSi-Ca複合化炭素化物を実際の水稲栽培に適用することでリン肥料施用の削減と水系への栄養塩負荷の削減を検討する。実証試験を予定している水田の農家からは既に実施の許可を得ており、水田の試験区は3 m×3 mの区画に分割し、カルシウム担持炭素化物の施用の有無および肥料施肥量を変動条件として、田面水及び間隙水中のリン濃度および水稲の生育状況（リンの不足により草丈や葉色に影響する）と収量に及ぼす影響を検討する。田面水は直接採水、間隙水はポーラスカップと塩ビ菅から作製した採水管を使用して1週間に1回の頻度で採水し、リン濃度のモニタリングをすることにより炭素化物によるリン肥料循環の効果を定量的に評価する。ここで肥料施肥量については、リン吸着実験における炭素化物の飽和吸着量から明らかにしたリン肥料削減可能量に基づいて施肥量を削減した系列を設定し、従来の水稲栽培との比較から本研究におけるリン循環型水稲栽培を実証することで、水田におけるカルシウム担持炭素化物を用いたリン資源循環システムを確立する。これにより、実証水田におけるシステム全体のリン物質収支モデルを構築することで、リン循環におけるマテリアルフローを新たに構築し、本リン循環システムの社会的効果を解釈、評価する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年度に計画している水田実証試験の準備と実施に向けて、消耗品の購入のため予算を繰り越した。
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