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成果報告書詳細
管理番号20160000000902
タイトル平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) バイオマスからの水素発生菌による高速水素変換技術開発
公開日2017/6/7
報告書年度2015 - 2015
委託先名バイオ水素株式会社 独立行政法人国立高等専門学校機構沖縄工業高等専門学校
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約発酵槽容積200Lの小型パイロットプラントで、糖蜜を原料にした発酵水素生産を行った。糖濃度約2%で全量160Lの発酵液の半量80Lを定期的に入れ替える半回分方式で行った。新規発見した菌叢を発酵菌に使用し、HRT(Hydraulic Retention Time) 6hr、12hr、24hrで水素生産性を調べたところ、バイオガスの発生速度とガス収率は、6hrの時約100L/h、3.5mol-gas/mol-hexose、12hrの時約75L/h、4.7 mol-gas/mol-hexose、24hrの時約60L/h、6.6 mol-gas/mol-hexoseを得た。また、この性能は再現性があることを確かめた。ただ、3Lベンチスケール実験では52%であった水素分率が、撹拌が弱かった所為かまたは菌叢であるためか、水素分率が約30%とCO2の多い混合ガスであった。 本研究は、フェーズA(フィージビリティ・スタディ)で「バイオマスからの水素発生菌による高速水素変換技術開発」を分担実施した。特に本研究では、水素発酵槽内の菌叢の変化を次世代シーケンサーによる16SrRNAメタゲノム解析によって追跡し,pHや水素生産量のデータと照らし合わせることで発酵槽内の菌叢が水素生産に及ぼす影響を明らかにし,更なる水素生産効率の向上に役立てることを目的とした。実際にラボスケールあるいはプラントスケールで、グルコース及び廃糖蜜を基質として新規水素発生菌叢による水素生産を行った。経時的にその発酵液をサンプリングし、発酵液中の菌叢変化をメタゲノム解析により追跡した。発酵槽内における微生物菌叢の大部分はM属(特許申請準備中のため正確な属名は明示しない。以下同じ。)で占められていた。M属は嫌気発酵細菌であり,水素生産はこの細菌が行っていると考えられる。また,それ以外ではB属で占められている。これは原料である廃糖蜜から混入したものと考えられる。M属細菌が水素を産生しながら、B属細菌と共存または菌叢淘汰の状態にあり、互いの代謝産物の取り込みや代謝産物同士の中和反応などで発酵液のpHが一定に保たれていると考えられる。安定した水素生産にはB属が約1割存在する菌叢を維持する必要があると考えられる。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Biomass) /Development of Hydrogen Producing Technology from Biomass by Newly Found Bacteria (FY2015) Final Report

Hydrogen was produced from molasses by a small pilot plant equipped with 200L volume of fermenter. The fermenter contained 160L fermentation liquid and 80L was exchanged periodically with new feed. A newly found microflora was used as the organisms of the hydrogen fermentation. The hydrogen productivity of the microflora was examined under three kinds of hydraulic retention time of the feed such as 6, 12 and 24hours. Biogas production rate and the yield of biogas were ca. 100L/h and ca. 3.5mol-biogas/mol-hexose at 6hr HRT, ca. 75L/h and ca. 4.6mol-biogas/mol-hexose at 12hr HRT, and 60L/h and ca. 6.6 mol-biogas/mol-hexose at 24hr HRT. The reproducibility of the phenomena and the productivity was proved by new operations. The only thing however was that the biogas consisted of H2 and CO2 contained hydrogen only ca. 30% while 52% at 3L bench scale fermenter experiment. However, since the hydrogen yield at HRT 24hr became ca. 2.0mol-H2/mol-hexose, the flora will be a hopeful microflora. The possible reasons for the low H2 concentration are now reviewed by further experiments. We shared "the development of high-speed hydrogen conversion technology with bacteria producing hydrogen from biomass" in phase A (feasibility study) and carried out. In this study, we chased a change of microflora in the hydrogen fermenter by the 16SrRNA meta genome analysis with the next generation sequencer. Our purpose is to clarify the influence of pH and microflora in the fermenter to hydrogen production efficiency. Hydrogen production from molasses by a pilot plant or a laboratory scale was operated. Various samples of fermentation liquid were collected over time. The 16S metagenomics of these microflora was carried out with next generation sequencer. Each microflora consisted of two genera, “M” and “B”. Because it is during patent application preparations, we do not state the correct generic name clearly. The M genus was anaerobic bacteria, as for the hydrogen production. In addition, the other was occupied by the B genus. It was thought that the B genus was contaminated from the waste molasses. While M genus bacteria produce hydrogen, B genus bacteria would be in a state of coexistence or the microflora selection. These two genus would fix each other's metabolism products or would neutralize between metabolism products, and would keep pH of the fermentation liquid. It is thought that the B genus has to exist approximately 10% in microflora for stable hydrogen production.
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