微生物燃料電池システムの高効率化に関する研究

提高微生物燃料电池系统效率的研究

• 批准号: 07J06446
• 负责人: 石井 俊一
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J06446/
• 关键词: 微生物燃料電池; 電極還元反応; 限界電流密度; 電気産生微生物; 廃水処理; 電気産生微生物群集

微生物燃料電池プロセスの高効率化に関する研究として、空気正極微生物燃料電池を用いて、下水処理場の実排水サンプルを用いた電気産生試験を行った。一年以上の長期運転の結果、約1～2週間の回分サイクルで、廃水中の有機物がほぼ完全に分解される事が分かった。処理水の水質評価を行ったところ、BODは2-6ppmまで分解され(分解率98%)、電子回収率は25%ほどであった。集積された電気産生微生物群衆の電気産生活性を解析したところ、負極の開回路電位は-250mV vs SHE、限界電流密度は、約800mA/m^2、電力密度は13mW/m^2となった。電気産生微生物の群集構造を16S rRNAによるクローン解析で解析した所、デルタプロテオバクテリアとバクテロイデテスが優占化していく事が分かった。これより、嫌気呼吸により生育するデルタプロテオバクテリアは、電極還元反応において重要な役割を果たしている事が示唆された。また、バクテロイデテスは、下水が有するさまざまな有機化合物を分解していると考えられる。これらの微生物は、電極還元反応に依存した生活を送っていると考えられる。廃水処理効率を向上するために、電気産生と処理時間の関連性を解析した。750Ωの外部抵抗による電流産生は約0.3mAであるが、回路をつなげない場合は、電流産生が起こらない。無電流条件での処理時間は、20日程度であり、電流産生により処理時間の短縮が見られた。また、ポテンシオスタットを用いて電極電位設定培養(+100mV vs SHE)を行うと、電流産生量が約4mAまで上昇した。その結果、処理時間は4日まで短縮され、電子回収率は60%まで上昇した。微生物燃料電池の内部抵抗は、装置の改良により、小さくする事が可能である事が知られている。よって、より高速な電極還元菌の集積を行い、装置の内部抵抗を小さくする事で、処理時間の短縮が可能になると考えられる。

Research on high efficiency of microbial fuel cell, air electrode microbial fuel cell application, sewage treatment plant application, electric power generation test The results of long-term operation for more than one year, the recovery of organic matter in water in about 1~2 weeks, and the complete decomposition of organic matter in water Water quality evaluation of treated water: BOD 2-6ppm decomposition rate (decomposition rate 98%), electron recovery rate 25% The accumulation of electricity generated microbial population electrical generation activity analysis, electrode open loop potential is-250mV vs SHE, limit current density is about 800mA/m2, power density is 13mW/m2. The cluster structure of electric-producing microorganisms is analyzed by 16S rRNA, and the cluster structure of electric-producing microorganisms is optimized by 16S rRNA. This is the first time that a woman has ever been born. The decomposition of organic compounds in water and water Microorganisms and electrodes are dependent on each other for life. Analysis of the relationship between water treatment efficiency, electricity generation and treatment time 750Ω external resistance current generation is about 0.3mA, loop current generation is about 0.3mA. The processing time under no current condition is about 20 days, and the processing time under current generation is shortened. When the electrode potential is set to culture (+100mV vs SHE), the current generation increases to about 4mA. The results showed that the processing time was shortened from 4 days, and the electron recovery rate was increased from 60%. The internal resistance of microbial fuel cells can be improved by improving the device. This is due to the high speed of electrode reduction, the low internal resistance of the device, and the possibility of shortening the processing time.

项目成果

Bacterial electrode reducing activities of Geobacter sulfurreducens compared to an enriched consortium in an air-cathode microbial fuel cell

与空气阴极微生物燃料电池中的富集菌群相比，硫还原地杆菌的细菌电极还原活性

• 发表时间: 2008
• 期刊: Appl. Environ. Microbiol 74
• 作者: S Ishii;K Watanabe;S Yabuki;BE Logan;Y Sekiguchi
• 通讯作者: Y Sekiguchi

微生物燃料電池における微生物による電子輸送

微生物燃料电池中微生物的电子传输

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本微生物生態学会誌 23
• 作者: 石井俊一;関口勇地
• 通讯作者: 関口勇地

Comparison of electrode reducing properties of Geobacter sulfurreducens and an enriched consortium in an air-cathode microbial fuel cell.

空气阴极微生物燃料电池中硫还原地杆菌和富集菌群的电极还原特性的比较。

• 发表时间: 2009
• 作者: S.Ishii;Y.Sekiguchi;B.E.Logan;K.H.Nealson;Y.A.Gorby
• 通讯作者: Y.A.Gorby

Characterization of electrode-reducing rate of Geobacter sulfurreducens in an air-cathode microbial fuel cell

空气阴极微生物燃料电池中硫还原地杆菌的电极还原率表征

• 发表时间: 2008
• 作者: S Ishii;K Watanabe;BE Logan;Y Sekiguchi
• 通讯作者: Y Sekiguchi

Methanogenesis versus electrogenesis: Morphological and phylogenetic comparisons of microbial communities

• DOI: 10.1271/bbb.70179
• 发表时间: 2008-02-01
• 期刊: BIOSCIENCE BIOTECHNOLOGY AND BIOCHEMISTRY
• 影响因子: 1.6
• 作者: Ishii, Shun'ichi;Hotta, Yasuaki;Watanabe, Kazuya
• 通讯作者: Watanabe, Kazuya