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微生物燃料電池を用いた未利用バイオマスの燃料化微生物燃料電池を用いた

未利用バイオマスの燃料化

宮崎大学 農学部 応用生物科学科准教授 井上 謙吾

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背景：微生物燃料電池とは？

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H2O

有機化合物

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CO2カソード

e-e-

H+O2

電子供与体（有機性廃棄物）

電極

Geobacter 属細菌などの電流生成微生物

微生物を使って有機物の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置

嫌気的

アノード

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電池デザインの最適化

有機性廃棄物の種類添加・前処理方法の検討

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H2O

e-

カソード

e-e-

H+O2

・利用する有機廃棄物

微生物燃料電池のシステムのポイント

アノード

・出力の向上

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CO2

CO2

有機廃棄物

消費発電

CO2 CO2

醗酵＆精製

精製

微生物燃料電池

バイオ燃料技術化学エネルギー 熱エネルギー 電気エネルギー

化学エネルギー 電気エネルギー

従来技術とその問題点

燃焼・発電を行う

装置が必要

直接エネルギー変換

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微生物燃料電池の研究報告数

微生物燃料電池に関する学術論文の報告数は急増

2013年まで”Microbial Fuel Cell”Scopus検索結果

文献数

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方法

H2O

O2

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e-e-

e-

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e-e-アノード

カソード

電流生成微生物

牛糞尿懸濁液

当研究室での実証例：有機性廃棄物からの電気エネルギー生成

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牛糞尿懸濁液の出力

[Inoue et al., J. Biosci. Bioeng.2013]

電流(A)

電圧

(V) (W/m3)

(A)電流

電力

密度

当研究室での実証例：有機性廃棄物からの電気エネルギー生成

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e-

H2O

e-

カソード

e-e-

H+O2

植種源：河川底泥

新規発電微生物を分離

高性能新規分離株の探索・利用

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e-

H2O

e-

e- e-

H+O2

カソード

アノード

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H2O

e-

e- e-

H+O2

有機性廃液

純粋培養 混合系へ

新規分離株をバイオフィルム化◎微生物の利用率向上◎電極材料としての堅固性向上

高性能新規分離株の探索・利用

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技術全体として

•微生物燃料電池では、微生物が有機物の化学エネルギーを直接電気エネルギーへ変換

•燃焼→発電のための設備必要なし

有機性廃棄物の曝気処理との比較すると

•余剰汚泥を削減可能

•既存の曝気槽に電極を設置するだけで発電可能（処理の省エネ・低コスト化）

新技術の特徴・従来技術との比較

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•有機廃棄物の処理と発電を同時プロセス化

・有機性廃棄物の処理に伴って発生する

余剰汚泥を減らす

•インフラ整っていない地域での発電

•微生物菌体そのものを生体触媒として利用

•電流生成菌による電流をシグナルとしたバイオセンサー

想定される用途

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•有機性廃棄物処理中の出力向上の余地がある

（現状 ＜1kW/m3 [電池体積]以下）

•今後、高効率な処理＋発電の実現に向けて、電池の構造、電極材料の最適化を行う

•適用できる有機性廃棄物の種類ごとで最適化（電池デザイン、希釈倍率、前処理など）を行う必要もある

実用化に向けた課題

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微生物燃料電池の研究では、実験室レベルの研究を脱した例が少ない。

•大型化と安定した電力供給が可能な頑丈で実用化に適した電池の開発に向けた共同研究

•水を多く含む有機性廃棄物の処理に新技術を取り入れたい

•有機物処理に余剰汚泥が問題

企業への期待

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•2012年-2013年 企業と共同研究を実施

特許出願中（２件）

・201３年-201４年 JST「A-STEP」の実施

産学連携の経歴

学会賞

・2012年 環境バイオテクノロジー学会 奨励賞受賞

・2012年 極限環境生物学会 奨励賞受賞

研究助成

・2014年 科学研究費補助金 若手研究（B）

・2014年 宮崎銀行ふるさと振興助成事業

・2012年 科学研究費補助金 若手研究（B）

・2011年 東電記念財団研究助成

研究の実績

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宮崎大学 産学・地域連携センター

コーディネーター 新城 裕司

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