バイオマス廃棄物の暗発酵によるバイオ水素生産の最近の進展:原料、微生物集団動態、システム統合
暗発酵は、様々なバイオマス廃棄物を光なしでバイオ水素に変換するプロセスである。特に炭水化物ベースの基質は高い発酵ポテンシャルを持つため、バイオ水素生産に適している。一方、リグノセルロース系バイオマスは、微生物分解への感受性を高めるために前処理が必要となる。Clostridium属などの水素生産微生物に焦点を当て、代謝プロセス、関与する微生物群集の変化、およびプロセスパラメータの違いによる安定性が検討された。水素分圧、副生成物、メタン生成菌、乳酸菌、水素利用菌間の競合による阻害、および制御メカニズムについてもレビューされた。発酵副生成物、揮発性脂肪酸、酸性スラリーの利用は、バイオリファイナリー…
FIFrontiers in Energy Research · CC BY 4.0
統合バイオ水素システムにおける炭素および電子の回収:暗所発酵、光発酵、微生物電気分解セルの批判的レビュー
本レビューは、暗所発酵(DF)、光発酵(PF)、微生物電気分解セル(MEC)によるバイオ水素生産における炭素と電子の流れに着目し、各技術の原料炭素の利用率と電子の挙動を分析する。DFは原料炭素の25~33%しか水素生産に利用できず、残りは揮発性脂肪酸(VFA)やCO2として残る。PFはVFA炭素の60~80%を回収できるが、光量と窒素固定酵素の感度に制約される。MECは、前段の酸生成段階と組み合わせることで初めて85%以上のCOD除去を達成する。DF-MECの組み合わせは、最も実用的な構成であり、55~70%の水素経路炭素動員と80~92%のCOD除去を達成し、電力消費は0.9~1.5 kW…
MEEnergies · MDPI · CC BY 4.0
下水汚泥と牛屠殺場廃棄物の共同消化による下水処理場(WWTP)のエネルギー自給率向上に関するケーススタディ
- 牛屠殺場廃棄物(CSW)の添加によりSS単独時と比較してバイオガス収率が最大0.527 m3/kg VSへ増加、エネルギー生産量が3.1〜51.2%増加することが実験およびシミュレーションで示された
- メタン収率はCSW単独で0.452 Nm3 CH4/kg VSに達し、下水汚泥単独の0.322 Nm3 CH4/kg VSから有意に向上
MEEnergies · MDPI · CC BY 4.0
CO2バイオメタン化プロセスの最適化と性能向上:連続撹拌槽型反応器(CSTR)における研究
- CSTR反応器で撹拌強度を80rpmから160rpmに増加させた結果、メタン生成速度(VMP)が13.8%、気液間物質移動係数(kla)が53.8%向上し、CH4濃度は94%に達した
- ガス再循環率を1200mL・min-1に引き上げた際、VMPは1.07 L CH4・L-1・d-1を達成し、低有機物濃度条件下でも効率的なCO2バイオメタン化が可能であることを実証した
- 水素栄養メタン生成菌(特にMethanobacterium)の増加が確認され、水素栄養経路の優位性と微生物機能的多様性のトレードオフが示唆された
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嫌気性バイオメタン化における水素質量移動:注入戦略とシリコーン拡散の実用的限界の比較研究
- シリコーンチューブによるH2供給は、スパージングやバブリングと比較してH2質量移動速度が約3.8倍および5.3倍高かった
- シリコーンベースのH2供給によりメタン割合が48%から85%超に増加し、H2蓄積は観察されなかった
- スケールアップには非現実的な量のシリコーン表面積が必要で、拡散ベースのH2供給に限界があることが示された
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