| 研究課題/領域番号 |
21K19874
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| 研究機関 | 宇部工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
中野 陽一 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (10325152)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| キーワード | 食品廃棄物処理 / 硫酸還元菌 / 全固体電池 / 硫化リチウム / 炭酸リチウム |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、食品廃棄物の処理に硫酸還元菌を活用し、その過程で発生する消化ガス中の硫化水素と二酸化炭素を二次電池の材料として合成することである。
昨年度の研究では、まず食品廃棄物からの硫化水素発生実験を行った。具体的には、模擬食品廃棄物と硫化物を異なる方法で供給した2系列と、模擬食品廃棄物を加えずに乳酸ナトリウムを供給した系列で、硫酸還元菌の培養を実施した。その結果、乳酸ナトリウムを供給した系列では消化ガス中の硫化水素濃度が7%で安定した。しかし、硫化水素濃度が目標の30%に達することはなく、またガス発生の安定性に課題があった。
次に、硫化リチウムの合成についての実験を行った。管型反応器を用いて混合ガスと水酸化リチウムの反応による硫化リチウムの合成を試みた。その結果、硫化水素濃度が高いほど硫化リチウムの生成が容易であることが確認された。特に、硫化水素濃度が90%で供給量が2倍の場合、高い収率を示すことが確認された。しかしながら、消化ガスを硫化水素に濃縮しようとした試みでは、二酸化炭素が優先的に反応し、炭酸リチウムのみが生成した。
以上の結果から、今後の課題としては、硫化水素濃度を目標値まで上昇させるための新たな方法と、硫化リチウムの効率的な合成方法の開発が求められる。これらの課題を解決することで、食品廃棄物の有効利用と、新たなエネルギー源としての硫化リチウム電池の開発に寄与することが期待される。
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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
研究は硫酸還元菌による食品廃棄物処理と、発生した硫化水素から硫化リチウムと炭酸リチウムの合成を目指している。今年度までの結果を踏まえると、研究は順調に進展していると報告できる。その理由は以下のとおりである。
まず、硫酸還元菌による食品廃棄物処理については、消化ガス中の硫化水素濃度を目標値に近づけるための新たな培養方法が見つかりつつある。特に、乳酸ナトリウムを供給した系列では、消化ガス中の硫化水素濃度が安定して発生した。これは、食品廃棄物処理方法の開発において重要な進展である。
次に、発生した硫化水素から硫化リチウムと炭酸リチウムの合成については、管型反応器を用いた実験により、硫化リチウムの生成が確認され、その条件も明らかになった。また、硫化リチウムと炭酸リチウムの混合物を分離精製するための方法についても、有機溶媒の選定や抽出時間の検討を行うなど、次のステップへの準備が進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究は、昨年度の課題に基づき、次の2点を主な目標として設定している。
1）硫酸還元菌の培養条件の改善：昨年度の結果を踏まえ、消化ガス中の硫化水素濃度を目標値に達成するための新たな培養方法の開発が求められる。硫化水素濃度が上昇傾向にあった3つの槽での培養を継続し、濃度が一定になるまで同じ条件での培養を行う。さらに、乳酸ナトリウムを供給していた系列では、模擬食品廃棄物を乳酸発酵させて抽出した乳酸を供給する2段発酵培養装置の開発を行う。
2）硫化リチウムの効率的な合成方法の開発：硫化リチウムの合成方法および反応装置の改善を図る。具体的には、反応器を流動床にするか、あるいは充填方法を変更して反応率を高める。また、硫化リチウムと炭酸リチウムの混合物を分離精製するために、使用する有機溶媒の選定、抽出時間などの操作方法を検討する。有機溶媒の候補としてはメタノールやアセトンなどが考えられる。
これらの研究を進めることで、食品廃棄物の処理技術の発展と、新たなエネルギー源としての硫化リチウム電池の実現に寄与することが期待される。最終的な目標は、食品廃棄物の有効利用と環境負荷低減のための新たな手法の開発する。
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