芳香族分解菌の特異的メタボリズムを利用した新奇発電システムの構築

利用芳香族降解菌的特异性代谢构建新型发电系统

• 批准号: 18H05943
• 负责人: 本間 俊将
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Ichinoseki National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-08-24 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H05943/
• 关键词: エネルギー変換; 微生物燃料電池; リグニン; 代謝反応; 燃料電池; 微生物利用; 電極反応

未利用バイオマスの一つであるリグニンから燃焼を経ずに直接電気エネルギーを得る新奇燃料電池システムを考案した。これは、芳香族分解菌の代謝反応を利用してリグニン分解物をガリック酸に変換し、生成したガリック酸を燃料電池の還元剤として利用するものである。リグニン分解物をガリック酸に効率的に変換する微生物触媒として芳香族分解菌Sphingobium SYK-6株を選択した。休止菌体を調製し、シリンガ酸をリグニン分解物のモデル物質として代謝試験を実施したところ、電気化学的に活性なガリック酸が菌体外に分泌されることが示された。変換効率のさらなる向上を狙いガリック酸代謝酵素欠損株を含む遺伝子破壊株3種を使用して同様の実験を行ったが、変換効率の向上は見られなかった。シリンガ酸からガリック酸への変換には補酵素が必要であり、遺伝子破壊株の利用に加えて補酵素再生系を活性化する培養条件の探索が変換効率の改善に効果的であると推測した。一方、微生物触媒の活性が高い中性条件におけるガリック酸の電気化学的酸化についても検討した。その結果、生成物が電極表面に堆積して電極反応を阻害することがわかった。中性条件でも電気化学的活性を示すポリアニリン／ポリアクリル酸複合膜で電極表面を修飾したところ、生成物の堆積は劇的に抑えられた。この修飾電極と白金触媒を担持した炭素電極をそれぞれアノードとカソードとして単層型燃料電池を試作し、中性条件においてガリック酸から電気エネルギーが得られることを実証した。

Unused バ イ オ マ ス の a つ で あ る リ グ ニ ン か ら combustion 焼 を 経 ず に direct electricity 気 エ ネ ル ギ ー を have る novel fuel cell シ ス テ ム を test case し た. こ れ は, aromatic decomposing bacteria の metabolism against 応 を using し て リ グ ニ ン decomposition を ガ リ ッ ク acid に variations in し, generate し た ガ リ ッ ク acid を の fuel cells also yuan tonic と し て using す る も の で あ る. リ グ ニ ン decomposition を ガ リ ッ ク acid に に the working rate variations in す る microorganism catalyst と し て aromatic decomposition microbes Sphingobium SYK - 6 strains を sentaku し た. Resting bacteria を modulation し, シ リ ン ガ acid を リ グ ニ ン decomposition の モ デ ル material と し て metabolism test を be applied し た と こ ろ, electric 気 chemical に activity な ガ リ ッ ク acid secretion が bacteria in vitro に さ れ る こ と が shown さ れ た. Variations in rate of unseen の さ ら な る を up previously い ガ リ ッ ク acid metabolism enzyme owe damaged trees を including む heritage three を 伝 son broken 壊 strains using し て with others の be 験 を line っ た が, variations in working rate の は see upward ら れ な か っ た. シ リ ン ガ acid か ら ガ リ ッ ク acid へ の variations in に は repair enzyme が necessary で あ り, but 伝 broken 壊 の utilize に plus え て repair enzyme regeneration system を activeness す る culture conditions の explore が - in sharper rate の improve に unseen fruit で あ る と speculation し た. One side, the <s:1> activity of the microbial catalyst が is high, the <s:1> neutral conditions are におけるガリッ, the acidification of the acid <s:1> electric chemistry is に, <s:1> て, て and 検, and the <s:1> た are met. Youdaoplaceholder0 そ result, products が electrode surface に accumulation て electrode reaction 応を inhibition する とがわ とがわ った った The activity of neutral condition で も electric 気 chemical を shown す ポ リ ア ニ リ ン / ポ リ ア ク リ ル を で acid composite film electrode surface modification し た と こ ろ, products の accumulation は に え suppression of the play ら れ た. こ の modified electrodes と platinum catalyst を bear hold し た carbon electrode を そ れ ぞ れ ア ノ ー ド と カ ソ ー ド と し て 単 layer type fuel cell を attempt し, neutral condition に お い て ガ リ ッ ク acid か ら electric 気 エ ネ ル ギ ー が have ら れ る こ と を card be し た.