フォトリアクターを利用したCO2・H2Sフリーのバイオメタン精製プロセスの開発（平成 26年度）
CO2 and H2S fixation and clean bio-methane production using a photoreactor process

研究概要

本研究は、有機性廃棄物のメタン化技術の発酵残渣水処理プロセスに創エネルギー機能を持たせることを目的としている。同技術における残渣の有効利用方法は、現状のところ農地還元に限定されていることに鑑み、新たに燃料ガスの精製およびバイオ燃料の生産のために残渣を活用する技術の開発を行う。本研究においては、まず燃料ガス精製に焦点を当てた研究を実施する。微細藻類等を充填したフォトバイオリアクターを利用し、メタン、二酸化炭素、硫化水素から構成されるバイオガス中の二酸化炭素を炭素源として、発酵残渣の脱離液に含有される窒素・リン・ミネラル等をその他の栄養源とするバイオプロセスを構築する。二酸化炭素等吸収の溶媒としての脱離液の調整、ガス吸収の装置形状、バイオリアクターの操作の最適化を行い、二酸化炭素および硫化水素の95%以上、脱離液中のアンモニアの90%以上の除去をそれぞれ達成することを目標とする。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：

全体計画

2013年度は基礎検討ステップとして位置づける。ガスの吸収と藻類による生物学的二酸化炭素固定の両方を効率的に行う
装置デザインの検討と、デザインした装置を使って、溶媒流下速度/通気速度比、溶媒のpHなど様々な操作条件の下におけるガス吸収特性の把握、特定生物導入・定着種の特定いった基礎的データ取得に従事する。2014年度は応用展開ステップとして位置づけ、前年度の研究をもとに最適化したシステムを用いた、ラボスケールの連続処理実証実験を行う。気相における標的ガスの除去特性、液相における栄養塩の除去特性等を評価する。機能強化を目的とした特定生物種の導入等の検討も合わせて行う。また、廃棄物メタン化プロセスと整合する物質収支を把握した上で、実現可能性を簡易的に評価する。

今年度の研究概要

ガス中のCO2の溶解速度および溶解されたCO2を吸収する藻濃度を向上させるため、CH4とCO2の溶解度差を利用し、CO2を高圧下で選択的かつ高効率で溶解させる高圧吸収装置とフォトリアクターを組み合せた新しいシステムを構築することにする。具体的には下記を検討する：①バイオガス中のCO2と硫化水素を十分に溶解可能な操作圧力、気：液比率の決定；②フォトリアクター供給する①の吸収水中のCO2と硫化水素濃度の藻類への影響の評価；③藻類によるCO2および栄養塩除去速度評価；④システムの試設計と物質収支の評価。