■第7７回広島大学バイオマスイブニングセミナー(第56回広大ＡＣＥセミナー)が開催されました
日時 ２０１９年９月９日（月）１６：２０～１７：５０
会場 広島大学東広島キャンパス工学部１１０講義室
プログラム
解説 広島大学大学院工学研究科 教授 松村 幸彦
講演 広島大学大学院工学研究科 D3 Apip AMRULLAH
「リン回収を伴う下水汚泥の超臨界水ガス化」
今日、石炭、石油、天然ガスに次いで4番目に大きいエネルギー資源であるバイオマスに関する研究は、気候変動を緩和するための努力のために多大な注目を集めています。最も有望なバイオマス資源の1つは、低コストの材料で大量に入手可能な下水汚泥です。また、下水汚泥には、窒素、リン以外に、タンパク質、脂質、炭水化物、リグニンなどの有機物が多く含まれています。そして、燃焼、熱分解、および超臨界水ガス化（ＳＣＷＧ）を介して下水汚泥を有用な二次エネルギーに変換するための様々な方法が試みられてきました。しかしながら、下水汚泥は高い含水量（約８５重量％）を有し、燃焼および熱分解が適用されるときには高い乾燥コストがかかります。一方、SCWGはバイオマスの予備乾燥が不要であり、数分以内に水中でガス化反応が起こるため、下水汚泥などの含水率の高いバイオマスを含むバイオマスの変換に適しています。 現在、SCWGを用いた下水汚泥の二次エネルギーへの転換に関する研究は様々な機関で行われていますが、連続反応器を用いた下水汚泥のSCWGに対する反応速度論の詳細な解明と同様に、リン回収と組み合わせたガス発生に関する包括的な研究はありません。下水汚泥を連続流通反応器を用いて超臨界条件下でガス化しました。反応器は、長さ１２ｍ、内径２．１７ｍｍのＳＳ３１６鋼管製でした。反応圧力を２５ＭＰａに固定しながら、温度（５００〜６００℃）および滞留時間（５〜６０秒）を変えることによって実験を行いました。その結果、50秒後に600°Cで0.73という高い炭素ガス化効率（CGE）が達成されました。また、有機リンは10秒という短い滞留時間で急速に無機リンに変換されました。下水汚泥には多量のリンが含まれており、亜臨界および超臨界水ガス化がリンを後に残す可能性があることを考慮すると、水熱条件下でのリンの挙動およびその速度論に関する研究は非常に重要です。 ２５ＭＰａの一定圧力で連続反応器を使用して、水熱条件下での下水汚泥ガス化を３００〜６００℃の温度範囲および５〜３０秒の反応時間で実施しました。亜臨界条件下では、有機リンの収率は減少しますが、無機リンの収率は増加します。明らかに、有機リンは水熱条件下で無機リンに変換されます。
最後に、下水汚泥の水熱処理中のセル構造破壊とその動力学を研究しました。水熱処理は高温を必要とし、それは下水汚泥の形態学的構造に影響するであろうという事実のためです。これは、下水汚泥の形態構造ならびに細胞内の有機化合物の放出およびその速度論的挙動に対する様々な温度での水熱処理の効果を調査する最初の包括的な研究です。下水汚泥の総有機物含有量（TOC）と形態に及ぼす水熱温度（130-250°C）の影響を5MPaで10分の滞留時間で調べました。 HTは下水汚泥セル構造を損傷し、それによってセル内容物を放出し、その結果液相中のTOCを増加させます。アレニウス方程式を用いることによって、下水汚泥細胞の分解のための事前指数因子と活性化エネルギーを初めて首尾よく決定しました。
講演 広島大学大学院統合生命科学研究科 D2 羅宮 臨風
「低温菌Shewanella livingstonesis Ac10 における熱透過全細胞触媒の開発」
工業的に使用される精製酵素と比較して、全細胞生体触媒は、容易な調製および補酵素の回収の容易さを含む多数の利点を有します。しかしながら、細胞膜は時々基質の細胞質内拡散を妨げ、不十分な生体内変換効率をもたらします。本研究は、Shewanella livingstonensis Ac10を用いて、低温菌における生体触媒を作成することを目的としました。低温菌の細胞膜は非常に柔軟であり、その透過性は中程度の温度での熱処理によって向上することができます。低温菌生体触媒の効率は、45℃で15分間の熱処理によって向上し、生産性は9倍以上に向上しました。
講演 広島大学大学院工学研究科 D3 Rahmat Iman MAINIL
「超臨界水ガス化による椰子油ミルミル廃液（POME）からのリンの連続生産」
インドネシアでの粗パーム油の生産量の増加は、廃液の深刻な汚染を伴います。適切な処理が行われないと、パーム油工場廃水（POME）と呼ばれるこの廃棄物は環境に有害です。従来、ＰＯＭＥをエネルギー源および貴重な栄養素として利用するために生化学的技術が使用されていました。しかしながら、この方法は大きな反応面積と長い反応時間を必要とします。超臨界水ガス化（ＳＣＷＧ）は、この問題を克服するための潜在的な技術です。ここでは、生のPOMEに含まれる有機物から無機リンを生成するためにSCWGが使用されました。この研究では連続反応器を採用し、SCWG中のPOMEからのリン変換の挙動を明らかにするために一連の実験を開発しました。液相中で有機燐が無機燐に転化され、反応器中に無機燐の沈殿がいくらか観察されました。この転化率は温度と共に増加しました。この挙動の議論は、数学モデルと実験結果の比較に基づいて開発されました。
司会 広島大学大学院工学研究科 教授 松村 幸彦