メタン菌の高密度整列による高効率メタン菌カソード微生物燃料電池の開発

本研究では高効率メタン菌カソード微生物燃料電池を開発するために、カソード電極上へのメタン菌の高密度整列に取り組んだ。そのために(1)カーボンナノチューブ(CNT)を用いたマイクロサイズ構造体へのメタン菌の整列、(2)CNT分散メタン菌液による電極作製、に挑戦した。(1) CNTフォレストはCNTを垂直に配列した高密度構造体であり、フォレスト構造の間隙にメタン菌が入り込むことでメタン菌を高密度に整列させることができるのではないかと考えた。しかし本実験で使用したCNTフォレストの間隙は数nmサイズであり、メタン菌が入り込むことができなかった。一方で、フォレスト表面では非常に多くのメタン菌が付着していたことから、CNTフォレストがメタン菌と親和性を持つことが分かった。(2) 導電性CNTを分散させたメタン菌培養液を作成し、メタン菌を生きたまま電極に加工することで容易に高密度メタン菌カソードを作成することができるのではないかと考えた。分散剤およびCNTがメタン菌に与える影響を評価するために、分散剤であるウシ血清アルブミン(BSA)濃度の異なるメタン菌培養液(BSA 0.25, 0.50, 1.0 mg/mL)を培養した。その結果Methanothermobacter thermautotrophicus純粋株および雑多な嫌気性微生物群の両方で、BSA 0.5 mg/mLでCNTを分散した培養液においてメタン菌の増殖が最も促進した。一方、これらの培養液を用いて濾過によるCNT濾過膜電極の作製を試みたところ、BSAが濾過フィルタに詰まってしまい十分な強度の濾過膜を作成することができなかった。今後は、濾過フィルタの孔径の検討、あるいはゲル化や塗布など異なる手法による電極作成について探索を行う必要がある。

本研究では高効率メタン菌カソード微生物燃料電池を開発するために、カソード電極上へのメタン菌の高密度整列に取り組んだ。そのために(1)カーボンナノチューブ(CNT)を用いたマイクロサイズ構造体へのメタン菌の整列、(2)CNT分散メタン菌液による電極作製、に挑戦した。(1) CNTフォレストはCNTを垂直に配列した高密度構造体であり、フォレスト構造の間隙にメタン菌が入り込むことでメタン菌を高密度に整列させることができるのではないかと考えた。しかし本実験で使用したCNTフォレストの間隙は数nmサイズであり、メタン菌が入り込むことができなかった。一方で、フォレスト表面では非常に多くのメタン菌が付着していたことから、CNTフォレストがメタン菌と親和性を持つことが分かった。(2) 導電性CNTを分散させたメタン菌培養液を作成し、メタン菌を生きたまま電極に加工することで容易に高密度メタン菌カソードを作成することができるのではないかと考えた。分散剤およびCNTがメタン菌に与える影響を評価するために、分散剤であるウシ血清アルブミン(BSA)濃度の異なるメタン菌培養液(BSA 0.25, 0.50, 1.0 mg/mL)を培養した。その結果Methanothermobacter thermautotrophicus純粋株および雑多な嫌気性微生物群の両方で、BSA 0.5 mg/mLでCNTを分散した培養液においてメタン菌の増殖が最も促進した。一方、これらの培養液を用いて濾過によるCNT濾過膜電極の作製を試みたところ、BSAが濾過フィルタに詰まってしまい十分な強度の濾過膜を作成することができなかった。今後は、濾過フィルタの孔径の検討、あるいはゲル化や塗布など異なる手法による電極作成について探索を行う必要がある。