セルロース系家畜糞尿バイオマスの新規循環プロセスの創成と黒毛和牛生産への展開

纤维素畜禽粪便生物质循环工艺的创建及其在黑毛和牛生产中的应用

• 批准号: 21K05842
• 负责人: 梅津 一孝
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05842/
• 关键词: 畜産バイオマス; バイオプロセッシング; 再生可能エネルギー; 循環型社会; 畜産廃棄物の利用; 資源リサイクル; バイオプロセシング

小規模畜産農家向けの中小規模バイオガスプラントの実用化を目指し，乳牛排泄物のメタン発酵処理の高効率化に関する検討を行った。小規模畜産農家のつなぎ飼い牛舎から排出される乳牛排泄物は乾式メタン発酵の対象となるが，麦稈等の敷料が多く混合し，その主成分であるリグノセルロースは微生物による分解率が低く，そのため有機物負荷量に反してメタンガスの回収率が低い。一般的に固形分濃度の高い原料を処理するためのバイオガスプラントの発酵方式は乾式メタン発酵が適しているが，さらに高効率化を目指すためには微生物による固形分の効率的な分解が必要と考えられる。すなわち，メタン発酵におけるリグノセルロースの分解を効率的に行うための嫌気性菌あるいは通性嫌気性菌を利用したバイオオーグメンテーションが不可欠である。乾式バイオガスプラントからの高エネルギー回収法には高温発酵が有利であるため，令和4年度では高温乾式メタン発酵残渣（消化液）を固液分離し，液分からリグニン分解嫌気性菌およびセルロース分解嫌気性菌の分離培養を試み，分離株の分解活性の確認を行った。リグニンとセルロースは生物分解される際に水素が生成される。分離株の中から比較的増殖速度が速いと考えられた10株ずつを選別し，分離株懸濁液に木片，セルロース紙片を投入して14日間の高温嫌気培養を行って水素（気泡）生成の有無を確認したが，いずれの分離株からも水素の生成は確認されなかった。従って，これらの分離株は高温乾式バイオガスプラントで実用に供することのできる機能は有していないと判断された。

为了实现小规模畜牧养殖户的中小型沼气厂商业化，我们研究了提高奶牛粪便甲烷发酵处理效率的方法。小型畜牧场捆绑式牛棚排出的奶牛粪便经过干式沼气发酵，但常被大麦秆等垫料污染，其主要成分木质纤维素分解率较低。与装载的有机物的量相比，甲烷气体的回收率较低。干甲烷发酵通常适合作为沼气厂处理高固体成分浓度的原料的发酵方法，但为了实现更高的效率，需要通过微生物有效地分解固体成分。换句话说，使用厌氧细菌或兼性厌氧细菌的生物强化对于在甲烷发酵过程中有效分解木质纤维素至关重要。由于高温发酵有利于干沼气厂的高能量回收方法，2020财年我们将对高温干甲烷发酵残渣（消化液）进行固液分离，并提取木质素降解厌氧菌和纤维素降解菌我们尝试从液体中分离培养厌氧菌，并证实了分离菌株的分解活性。当木质素和纤维素生物降解时会产生氢气。从分离菌中，我们选择了10株被认​​为生长速度相对较快的菌株，然后将木片和纤维素纸添加到分离菌悬浮液中，高温厌氧培养14天，产生氢气（气泡）。然而，没有证实任何分离物产生氢气。因此，确定这些分离物不具有任何可在高温干沼气厂中实际使用的功能。