有機性廃棄物は主に人間活動由来であり、嫌気性消化により資源を循環できる重要な対象とされる。嫌気性膜分離法（AnMBR）は、有機性廃棄物よりメタンのエネルギーを回収する同時に、重要元素（窒素・リンなど）を回収することで、バイオプラントに対する大幅なコストダウンを達成することが望まれる。本研究の目的は、AnMBR法を用いた廃棄物の嫌気性消化において、プロセスの高付加価値化・最適化を狙って、脂肪酸と重要元素（窒素・リン・ミネラル）の回収を強化する同時に、システム運転状況の解析手法を開発・統合し、膜ファウリング抑制手段を組み合わせて展開することである。本研究はエネルギー消費低減、環境負荷低減、重要元素の循環再生などの課題には寄与可能である。研究を実行することで、AnMBR法の制御方法の開発に統合した知見により廃棄物処理に新たな方法を示して多面的価値を創出でき、エネルギー消費低減、環境負荷低減、重要元素の循環再生、固形廃棄物の資源循環の核として循環型社会の形成に寄与できる。 <BR> 本研究は次のような具体的な研究課題に取り込むこととした：AnMBR法における嫌気性消化機能の最適化、AnMBRにおける微生物群集変動解析と元素分布の解明、膜ファウリング分析手段の統合と解明手法の開発、AnMBR運転最適化に向けた自動制御方法の開発、膜ファウリングの抑制と重要元素回収の促進、物質・エネルギー収支による経済性評価。 <BR> 令和５年度には、１年目としてAnMBR法の実験装置を構築し、有機性廃棄物を原料とし、AnMBRシステムの容積負荷を上昇することで、脂肪酸などの中間産物と重要元素を蓄積させ、嫌気性分解、膜ろ過と中間産物の回収についてそれぞれの最大能力を考察した。なお、AnMBRシステムにおける微生物群集変動解析と重要元素の分布を解明した。今年度は、これからの研究課題に基礎的な運転データを蓄積できた。

本研究は既存下水汚泥嫌気性消化槽のポテンシャル拡大に着目し、混合発酵法と消化液後処理の導入による廃棄物エネルギー化システムの効率化について考察し、実用化に向けた技術システムの確立を目指す研究である。まず回分実験によって消化汚泥の熱的後処理効果を考察し、最適処理条件は80℃で60分であり、メタン収率は15%で向上できた。また連続実験によって下水汚泥と紙ごみの混合消化を行い、固形分が10%の条件で最適運転状況が得られ、異なるプロセスよるメカニズムの相違を把握した。なお、低コスト水素発酵システムの連続実験を行い、循環比によるプロセスの影響を把握し、分解活性と微生物群集の分布メカニズムを解明した。

バイオマスの水素発酵またはメタン発酵によってバイオ燃料を生産できることが知られ、世界的に注目されている。本研究の目的は、水素発酵とメタン発酵を組合せて発酵液循環による無加水発酵、可溶化促進およびアナッモクス後処理などの新しい工夫により、地域で発生するバイオマスの統合的エネルギー化システムを構築しようとしたものである。具体的には次の研究項目に取り込むこととした：(1)水素・メタン循環二段発酵技術の融合最適化、(2)熱処理による消化残渣可溶化促進の最適化、(3)担体添加型一槽式Anammoxを用いた廃棄物消化液の高度処理、(4)地域バイオマスのエネルギー化センターの効率化およびLCA, LCA手法を用いたシステム評価。最終的には。低環境負荷でバイオエネルギー回収を実現する革新的廃棄物系バイオマスの燃料化システムおよびその評価手法を開発することである。 平成30年度は主に都市ごみを対象とした水素・メタン循環二段発酵技術の融合最適化について実験的検討を行った。具体的には、循環式二相消化プロセスを組み立て、生ごみと廃紙を実験原料として用いて温度、容積負荷と循環率などを変化させて連続実験を行うことで、水素・メタン生成工程の状況変動を把握した。運転条件の最適化より得られた先端発酵システムは水素・メタン生成機能を備え、性状変動範囲が広く多種類の廃棄物に対して安定した水素とメタンのバイオ燃料生成状況が得られた。なお、分子生物学手法を用いてこの先端発酵システムにおける微生物群集構造と生化学反応との相互関係を解明した。本研究により、都市廃棄物の減量化を実現する同時に水素・メタンを連続的に生産できる先端システムを開発し、未来の循環型社会と低炭素/水素社会の構築に大きく寄与できるものである。