The Optimal Design and Performance Limits of Microbial Fuel Cell-based Water Treatment through Model Calculations

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MFC改良について、従来用いてきたMFCのカソード電位が他のMFCに比べ0.2V程度低く0.4V程度にとどまる課題があったため,触媒塗料として用いている炭素塗料について新たに調製した酸素還元触媒と比較し、酸素還元電流の違いを検証した結果, 新たに作成した電極に比べて過電圧がおおきく電位の損失が大きいことが示された.これより塗布する触媒の改良によりMFCの出力を増強することができることが示唆された.　本年度は新たな触媒を塗布したMFCの試験を行うまでには至らなかったが, 今後, 新たに調製したMFCを作成し評価・改良を重ねていく.MFCのメタ分析を可能にするモデルの構築について、これまでの計算式は汎用性に欠け,例えば表面積を増大したアノード・カソード反応が均衡したMFCの性能を計算できなかった. そこでアノードの式に有機物濃度や電極表面積を与えてバトラーボルマー式でアノード抵抗を計算した結果,アノード抵抗再現よく計算することができ, 従来に比べて電流計算を表現することができるようになった.本成果について国際投稿論文としてまとめるとともに、現状表現できていないカソード反応式についても検討を進めるMFC中の電気生産微生物の網羅的な分離に取り組み、いくつか種レベルで新規な電気生産微生物を取得し、系統学的に多様である他、電気生産に至る代謝が有機物の酸化還元電位に応じて段階的に存在し全体として効率的になるよう構成されている様子が示された。具体的には電位が低く基質レベルでのリン酸化が可能な場合は微生物自らが生産するメディエータの再酸化に電極が関与し、電位が高くなると酸化的リン酸化の最終電子受容体として電極が関与することが示された.