腐食性メタン菌の機能を活用した電気メタン合成の高度化

利用腐蚀性甲烷细菌的功能进行复杂的电甲烷合成

基本信息

批准号：
22K05420
负责人：
平野伸一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Central Research Institute of Electric Power Industry
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05420/
关键词：
微生物腐食メタン菌電気メタン合成金属腐食細胞外電子移動

项目摘要

金属腐食を引き起こす腐食性メタン菌は固体金属から電子を獲得する活性が高いと考えられている。本研究では、淡水環境から単離した腐食性メタン菌に対して、電極から電子を供給する電気培養法を適用することで、電気メタン合成手法の高度化を目的としている。腐食性メタン菌Methanobacterium sp. TO1株の電極との電子授受特性を電気化学的な手法を用いて評価した結果、-0.6 V (vs Ag/AgCl) 以下の電位で電極からTO1株細胞へ電子が流れることを確認した。-0.6 V以下の電位を印加することによりメタン合成が可能であると考えられた。次に、通電によりメタン合成が生じるか確認するとともに、メタン合成を効率化するためのカソード電極の検討を行った。炭素板をカソード電極とした電気培養槽を用い、-0.7 Vの電位を印加した条件でTO1株の培養を行った結果、還元電流の増加に伴ったメタン合成を検出できた。反応効率の向上を目指し、より多くの菌体がカソード電極表面で反応できるように、電極表面での菌体保持をサポートするため炭素繊維を炭素板表面に結束した電極とステンレスメッシュで炭素繊維を挟み込んだ電極を試作し、電気培養試験 (-0.6～-0.8 V) を行った。メタン合成量を比較した結果、ステンレスメッシュで炭素繊維を挟み込んだ電極に、-0.8 Vの電位を印加した場合において、より高いメタン生成量が得られた。引き続き、電極、電気培養槽の検討を行うことで、より高いメタン生成を目指す。

引起金属腐蚀的腐蚀性甲烷细菌被认为在从固体金属获取电子方面具有很高的活性。在这项研究中，我们的目标是通过应用电培养方法来改进电甲烷合成方法，该方法从电极向从淡水环境中分离出的腐蚀性甲烷细菌提供电子。使用电化学方法评估腐蚀性甲烷细菌 Methanobacter sp. 的电子转移特性，结果发现电子在 -0.6 V 的电位下从电极转移到 TO1 菌株电池（ vs Ag/AgCl) 或更低，我确认它可以流动。认为通过施加-0.6V以下的电位可以合成甲烷。接下来，我们确认了通电时是否会发生甲烷合成，并研究了阴极电极以提高甲烷合成效率。使用以碳板为阴极的电培养槽，在施加-0.7V电位的条件下培养菌株TO1，结果，随着还原电流的增加，可以检测到甲烷合成。为了提高反应效率，将碳纤维绑在碳板表面以支持细菌保留在电极表面上，并将碳纤维粘合到不锈钢网上，以便更多的细菌可以在阴极表面上发生反应。并进行电培养测试（-0.6至-0.8 V）。比较合成的甲烷量的结果是，当向不锈钢网夹有碳纤维的电极施加-0.8V的电位时，获得了更高的甲烷量。目的是通过继续考虑电极和电培养罐来实现更高的甲烷产量。