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【CO2削減】汚水が水素エネルギーに変わる!

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本記事は、Purple Bacteria Can Convert Wastewater Into Hydrogen Energy
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分5秒

・このたびの新技術は、廃水処理システムから発生する炭素排出を削減し、クリーンな水素エネルギーを生成します。

・紅色光合成細菌に電流を流すと、人間の排泄物に含まれる有機物を処理することができます。

 

通常廃水処理施設では、環境への影響を最小限に抑えて処理水を水循環に戻すことができるよう、汚染を除去しなければなりません。生活排水や産業排水に含まれる栄養分や有機物を活用するなら、貴重なエネルギーを生成することができます。

 

環境的、経済的利益を考慮すると、効率的な技術を導入し既存の排水システムをアップグレードする必要があります。現在では二酸化炭素排出量が、廃水処理プラントの最大の欠点の 1 つとなっています。

 

最近、スペインの研究者チームは、廃水処理システムからの炭素排出量を削減し、同時にクリーンな水素エネルギーを生成する方法を発見しました。紅色光合成細菌で人間の排泄物に含まれる有機物を処理します。

 

紅色細菌は自然界に広く分布しています。細菌は光合成で独自の食物を作り出すことができますが、その光合成(非常に用途が広い)は藻類や植物とは違って赤外線に依存しています。

 

代謝反応が起こりやすく、自然界のどこでも、特に湖に多く存在し、廃水処理システム内でよく見られる細菌です。

 

細菌はどのようにして水素ガスを生成するのでしょうか?

地球上のすべての生物は、恒常性と呼ばれる安定した内部条件 (体液バランスや体温など) の状態を維持する必要があります。紅色光合成細菌は、その固有の代謝により過剰に電子を含んでいます。

 

紅色光合成細菌は、この電子を 炭素固定または水素ガスという2つの方法で放出できます。一連の酸化還元反応により周期的な電子輸送を行います。また、外部ドナーからシトクロム bc1 に電子を送ります。

 

紅色細菌が水素ガスを発生させるには、排泄物の内容で大きく左右されます。廃棄物組成物に主にタンパク質由来のアンモニウムが含まれている場合、水素はあまり生成されません。

 

そのため、より効率よく水素を発生させるためには、工程前にアンモニアを完全に除去する必要があります。

 

紅色細菌の内部電子リサイクルは重要な問題であり、人為的に電子を加えてしまうと、不要なバイオ製品が生じる可能性があります。この問題を解決するために、研究者は微生物電気化学技術を用いました。

 

電極を介し微生物に電流を供給、このステップにより、高付加価値化合物への紅色細菌の活動が強化されました。

 

画像クレジット: ウィキメディア・コモンズ

 

最新の廃水システムは、エネルギー中立性を目指し、外部エネルギーなしでシステムを維持することを目指しています。

 

しかし、新しい技術ははるかに先を行っています。研究者は廃水システムを本物のバイオリファイナリー(再生可能資源であるバイオマスを原料にバイオ燃料や樹脂などを製造するプラントや技術のこと)に変えようとしています。

 

中規模の廃水処理プラントで正しく実装された場合、この技術は 43 ~ 107 世帯に電力を供給するのに十分なエネルギーを生み出すことができます。もちろん、このエネルギーの大部分は植物自体で消費されます。

 

この技術の未来は?

この研究で研究者は、水素の生産性を一定に保ちながら、炭素固定を改善するように紅色細菌の代謝を調節することができました。つまり、二酸化炭素排出量はありません。彼らはこの技術の特許を取得しており、次のステップでは、廃水産業と水管理会社にこの技術を実装するよう提案中です。

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