2017 Fiscal Year Research-status Report
分極改善に基づく高性能な微生物-酵素ハイブリッド型燃料電池の開発
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16K06880
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| Research Institution | Osaka Prefecture University College of Technology |
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Principal Investigator |
西岡 求 大阪府立大学工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40304034)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉浦 公彦 大阪府立大学工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00249814)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオ燃料電池 / バイオマス / 電極反応 / 電気化学 / 微生物 / 電気培養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度までに使用したグリセリンを単一炭素源として微好気的な環境で生育可能な微生物に加えて、凍結保存時の安定性等を新たに考慮しグリセリン微生物燃料電池に適した微生物の分離を試みた。微生物分離の際に真菌用抗生物質を入れず酵母・糸状菌も対象として新たに10種類の菌株を分離した。2-メチル-1、4-ナフトキノンをメディエータとして微生物燃料電池の出力特性を検討したが、保有株を超えるものは見いだせなかった。次世代シーケンサーによる菌叢分析を行ったところ、Enterobacteriaceae科とEnterococcaceae科の微生物が共通して優性種であり、新規に分離したものではBurkholderiaceae科の微生物が多く含まれていた。
アノード極に使用するカーボンペーパーとそれに塗布するカーボンスラリーの構成を変更することによる出力特性の変化を検討した。カーボンペーパーの嵩密度と気孔率は出力に影響しないが、厚さが薄いほど内部抵抗が小さくなり最大電流密度が上がることが分かった。また、カーボンスラリーの組成は、スラリーの厚さによる抵抗に関しては炭素微粒子が少ない方が、表面積に関しては炭素微粒子が多い方が最大電流密度及び最大電力密度が上がると考えられた。
酵素のカソード極への担持方法としてゼラチンとグルタルアルデヒドを用いた。酸化還元酵素であるGODとPODを用いてグラッシーカーボン電極上に酵素を担持した。また酵素と同時にメディエータ分子も担持できるか検討した。サイクリックボルタンメトリー測定によりいずれの場合においてもバイオセンサーとして使用するには十分なシグナルが得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
「電子移動効率に秀でた微生物の分離」については安定性（維持や保存の容易性）を考慮した新規のグリセリン資化微生物を分離できたが出力の向上は達成できていない。「炭素微粒子修飾アノード電極におけるMFC発電効率向上」については微生物の生理状態、メディエータの種類や濃度などの反応溶液組成の関係が明らかになってきた。引き続き検討を行う。「酵素のカソード極への適用」については炭素電極上への酵素担持法についての検討を行い酵素の電気化学反応が得られている。一方、耐熱性の酸化還元酵素の取得は遅れており、カソード極への担持に必要な酵素量を確保する発現・精製条件が定まっていない。精製酵素を使用せずwhole cell catalysisとして用いることが可能であるかの検討を考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
①電子移動効率に秀でた微生物の炭素電極への固定化とアノード極への適用：メディエータを使用するMFCの場合、メディエータによる微生物のダメージとメディエータを介することによる反応効率の低下が否めない。電極に直接付着できる微生物を、アノード極とカソード極を結ぶ外部回路とは別に、アノード極の電位を操作するための回路を設けて、ポテンショスタットにより電位を印加する電気培養の手法を用いて、分離することを試みる。
②炭素微粒子修飾のアノード電極におけるMFC発電効率向上：29年度に検討した炭素微粒子修飾のアノード電極の特性を交流インピーダンス法などの手法を用いて更に解析し、発電効率を向上させる条件を検討する。
③酵素修飾のカソード極の作製：カソード極に使用しているカーボン電極上への酵素担持法を確立し、電極活性と安定性(寿命)について検討する。精製酵素では酸化還元酵素を高発現させた細胞をwhole cell catalysisとしてカソード極で使用できるかどうかを検討する。
④ハイブリット型微生物燃料電池の運転特性の検討：②で検討したアノード極を用いて、白金担持したカソード極、酵素担持したカソード極、whole cell catalysisを用いたカソード極を使用したハイブリット型微生物燃料電池を作製し運転特性を検討する。
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| Causes of Carryover |
（理由）前年度までに購入した微生物燃料電池作成に必要な消耗品（電極材料、メディエータ分子、プロトン透過膜等）が機関購入分も含めて当初予定より使用量が少なかったため、保有薬品量をミニマムにする機関方針もあったため当該年度における購入量が計画を下回った。またハイブリット型微生物燃料電池のセル設計が遅れたため、製作発注を次年度に先送りした。
（使用計画）微生物燃料電池の測定を並列化して更に効率的に実施するため、電気化学測定装置一式（400千円）と恒温装置（150千円）を追加購入する。ハイブリット型微生物燃料電池のセル製作（400千円）、電池作製用資材・薬品（850千円）、学会参加旅費（100千円）を予定している。
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Research Products
(4 results)
