バイオリアクターを用いた燃料電池への連続式アルコール供給システムの教材化

使用生物反应器向燃料电池连续供应酒精系统的教材

• 批准号: 21915006
• 负责人: 若狭 信次
• 金额: $ 0.27万
• 依托单位: 長野県総合教育センター
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21915006/
• 关键词: 燃料電池; バイオリアクター; 新エネルギー教材

「研究目的」中学校・高等学校の生徒向け教材として、自作のバイオリアクターで連続的に製造するエタノールを自作の高分子電解質形燃料電池に送り込み発電するシステムを作り、新学習指導要領でも取り組む課題として必要とされているエネルギー教育・環境教育を進める一例として活用できるようする。全ての行程においてブラックボヅクス化されている機器を『バイオ部』と『エネルギー部』に分け各分野で反応と構造の学習ができる内容にする。『バイオ部』については、廃棄物を想定した糖などを身近なイースト菌・納豆菌などを用いて発酵させる。燃料電池は既に教材化されており、自作できる状態ではあるが、低価格・簡易性を考慮し、小さくて軽く中高校生でも授業で製作できるものを到達点とする。大出力のものを開発するのではなく、あくまでも学習教材を考えていく。「研究方法」約1wt%濃度のアルギン酸ナトリウム水溶液にイースト菌を少量混ぜ、10wt%の塩化カルシウム水溶液中にガラス棒で滴下しビーズ状の固まりを作成し、イースト菌を固定した。イースト菌固定ビーズをスポーツ飲料中に入れ、37～39℃を一晩保ち発酵させた。スポーツ飲料では糖分が薄いので、ショ糖水溶液の濃度を変え、同条件でアルコール発酵を試みた。イースト菌が作り出すエタノールを連続的に取り出し、燃料電池として発電できるか検討した。「研究成果」現在入手できるエタノール用燃料電池の高分子膜は、アルカリ性でなければならないことがわかったので運用が難しく発電はするものの教材として成立するためには更に工夫が必要である。やむを得ず市販のエタノール用の燃料電池で代用するような形を取ったが、アルコール発酵から燃料電池という環境エネルギー教育に関わる教材を検討することができた。

作为初中和高中生的教学材料的“研究目的”，我们将创建一个将乙醇发送的系统，该系统是使用自制的生物反应器不断制造的，进入自制的聚合物电解质燃料电池，并可以用作促进能量和环境教育的例子，这是促进新的Curriculum Guidelines中的必要问题。在所有过程中都被变黑的设备将分为“生物部门”和“能源部”，以允许在每个领域的学习反应和结构。对于生物俱乐部，使用熟悉的酵母菌和纳托细菌来发酵垃圾的糖。燃料电池已经被制成教材，并准备自己建造，但是考虑到低价和简单性，目标是实现小型，光明甚至是初中和高中生可以在课堂上生产它们。我们将继续考虑学习材料，而不是开发高功率项目。 “研究方法”将少量的酵母菌混合到大约1 wt％浓度的藻酸钠溶液中，然后用玻璃棒滴入10 wt％的氯化钙溶液中，以产生珠子样质量，并固定酵母菌细菌。将酵母固定的珠子放在运动饮料中，并在37-39°C下过夜。由于运动饮料中的糖含量较低，因此在相同条件下尝试了蔗糖溶液的浓度，并尝试了酒精发酵。持续提取酵母产生的乙醇，并进行测试以确定是否可以作为燃料电池产生。 “研究结果”已经发现，当前可用的乙醇燃料电池的聚合物膜必须是碱性的，因此，尽管它们难以操作和发电，但仍需要进一步的创造力才能成为教材。尽管我们被迫将乙醇的市售燃料电池用作替代品，但我们能够考虑与环境能源教育有关的教材，例如酒精发酵，燃料电池。