JP4092401B2 - 水素生産方法 - Google Patents
水素生産方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4092401B2 JP4092401B2 JP2003274244A JP2003274244A JP4092401B2 JP 4092401 B2 JP4092401 B2 JP 4092401B2 JP 2003274244 A JP2003274244 A JP 2003274244A JP 2003274244 A JP2003274244 A JP 2003274244A JP 4092401 B2 JP4092401 B2 JP 4092401B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- producing bacterium
- mediator
- anode
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
すなわち、本発明は以下の(1)から(10)構成を伴う。
(1) 通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物を用いて有機性基質含有液体から水素を生産するに際し、該液体に電子受容体として可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質を添加する水素を生産する方法であって、還元されたメディエータ物質を酸化型に再生する手段を含むことを特徴とする、水素生産方法。
(2) 還元型メディエータ物質を酸化型に再生する手段が陽極酸化であることを特徴とする、上記(1)に記載の水素生産方法。
(3) メディエータ物質、及び/又は通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物群を、陽極上に固定化して用いることを特徴とする上記(2)に記載の水素生産方法。
(4) 陽極及び陰極を備え、かつ通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物、可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質、および有機性基質を含む水素発生系を有するとともに、上記電極間に電流を導通する手段を設けたことを特徴とする、水素生産装置。
(5) 陽極及び陰極を隔膜により隔離して陽極槽及び陰極槽を形成するとともに、陽極槽側に上記水素発生系を形成させることを特徴とする、上記(4)に記載の水素生産装置。
(6) 陽極上に、メディエータ物質、及び又は通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物が固定化されていることを特徴とする、上記(4)又は(5)に記載の水素生産装置。
(7) 正極及び負極を備え、かつ通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物、可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質、および有機性基質を含む溶液を収容することを特徴とする、生物電池。
(8) 正極及び負極を隔膜により隔離して正極槽及び負極槽を形成し、陽極槽側に通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物、及び可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質を含有させることを特徴とする、生物電池。
(9) 負極上に、メディエータ物質、及び/又は通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物が固定化されていることを特徴とする、上記(7)又は(8)に記載の生物電池。
(10) 水素生産を伴うことを特徴とする、上記(7)〜(9)のいずれかに記載の生物電池。
これをさらに具体的に説明する。例えば水素生産菌として代表的な、エンテロバクター属等の通性嫌気性菌による水素生産は、無酸素あるいは低酸素条件下で行うため、酸素を最終受容体とする電子伝達系が働かず、またこの電子伝達系の電子供与体であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)の主な供給手段であるTCAサイクルも充分機能しておらず、嫌気性菌は主として解糖系(発酵)により、有機性基質から必要なエネルギーを取り出している。このため、還元力(NADH等))の産生量は少く、有機性基質の化学エネルギーの多くは有機酸の生成に使われてしまい、水素生産のエネルギー効率は低い。
したがって、この還元型のメディエータ物質を再び酸化型に戻す酸化手段を設けることが効率的であり、このため例えば、上記水素合成系を含む溶液を収容する水素発生槽に、電極を設け、陽極においていわゆる陽極酸化を行い、酸化型メディエータ物質を再生するのが好ましい。
また、メディエータ物質及び水素生産菌を装置外に流出させずに高濃度に維持するために、水素生産菌又はメディエータ物質、あるいはその両方を陽極上に固定化することが好ましい。これは、連続的な水素生産を行う場合に有利である。メディエータ物質及び/又は水素生産菌を陽極上に固定するためには、例えばポリ−L−リジン、ポリ−スチレンスルフォネート等のポリイオンを有する樹脂、水素生産菌の菌体および/又はメディエータ物質を混合し、陽極表面上に塗布することにより、上記菌体及び/又はメディエータ物質が陽極上のポリイオン膜中に固定化された固定化電極を得ることができる。
図1の装置においては、陽極2と陰極3が密閉可能な水素発生槽内に設けられ、水素発生槽においては陽極と陰極の間に隔膜11を設け、陽極槽と陰極槽に仕切られている。陽極槽においては、溶液13中に、有機性基質のほか、水素生産菌9及びメディエータ物質10が懸濁、溶解され、該溶液はpH制御装置6により水素生産菌に好適なpHに維持される。また、水素発生槽においては、攪拌手段7、溶液サンプル取り出し口8、ガス取り出し口5、及び参照電極4が設けられ、参照電極4は電源であるポテンショスタット1に接続している。
水槽発生槽の陽極槽において、撹拌棒7によって溶液を混合しながらpH制御装置6で適当なpHに溶液を保ちながら水素生産菌を培養する。水素生産菌9は、酸化型のメディエータ物質を電子受容体として呼吸を行い。TCAサイクルにより多量の還元力(NADH)を生成して、水素を発生するが、この呼吸により電子が供与されたメディエータ物質は還元型となる。
上記のように構成した装置により生成した水素は、ガス取り出し口5から採取する。
この生物電池は、例えば、密閉型の水素発生槽とその内部に配置した正極、負極となる電極からなり、この水素発生槽に、少なくとも水素生産菌、メディエータ物質及び有機性基質を、他の栄養源とともに懸濁あるいは溶解して収容したものである。この装置においては、正極と負極を隔てる隔膜を設けるかことが望ましく、また負極に水素生産菌及びメディエータ物質を固定化することが好ましい。すなわち、基本的には、上記した水素生産装置から、上記水素生産装置からポテンショスタット及び参照電極等からなる電流導通手段を除くことによっても構成することができる。
この還元型のメディエータ物質は溶液に溶解または負極上に固定化されており、それ自身は負極に電子を与え、酸化型に戻る。このとき電池の正極としては酸素電極が好ましいが、負極側のメディエータ物質よりも高い酸化還元を持った反応を行わせてもよい。
メディエータは負極溶液中に溶解し、負極と生物内の反応との間の電子の運搬を繰り返し行うことができる。したがって、長期間安定なメディエータを用いることにより、メディエータが系外に流出しない限り、運転途中で新たにメディエータを添加する必要はない。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明は特に実施例に限定されるものではない。
本実験では、水素生産菌としてEnterobacter aerogenes NBRC12010を用いた。また反応溶液として蒸留水中にポリペプトン 2.5 g、酵母エキス 0.5 g、MgSO4・7H2O 0.25 g、グルコース 3.75 g及び種々のメディエータ0.1 mMを加えてpH 7.0に調整した250 mlの溶液を用いた。該溶液をリアクターの容器1に収容し、インキュベーター内でリアクターを30℃に保ち、20 時間静置した。
条件 水素生産量(ml)
Control 20.4
DCPIP 66.2
TH 26.9
SO 29.5
なお、本実施例ではバッチ式を示したが、連続的に有機性基質を供給することにより連続水素生産を行わせることができる。
2. 陰極
3. 陽極
4. 参照電極
5. サンプルガス取り出し口
6. pH制御装置
7. 撹拌棒
8. 溶液サンプル取り出し口
9. 水素生成菌群
10. メディエータ
11. 隔膜等
12. 気相部
13. 液相部
14. 密閉可能な容器
15. ガスサンプルバック
16. ガスクロマトグラフ
Claims (10)
- 通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物を用いて有機性基質含有液体から水素を生産するに際し、該液体に電子受容体として可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質を添加する水素を生産する方法であって、還元されたメディエータ物質を酸化型に再生する手段を含むことを特徴とする、水素生産方法。
- 還元型メディエータ物質を酸化型に再生する手段が陽極酸化であることを特徴とする、請求項1に記載の水素生産方法。
- メディエータ物質、及び/又は通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物群を、陽極上に固定化して用いることを特徴とする請求項2に記載の水素生産方法。
- 陽極及び陰極を備え、かつ通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物、可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質、および有機性基質を含む水素発生系を有するとともに、上記電極間に電流を導通する手段を設けたことを特徴とする、水素生産装置。
- 陽極及び陰極を隔膜により隔離して陽極槽及び陰極槽を形成するとともに、陽極槽側に上記水素発生系を形成させることを特徴とする、請求項4に記載の水素生産装置。
- 陽極上に、メディエータ物質、及び又は通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物が固定化されていることを特徴とする、請求項4又は5に記載の水素生産装置。
- 正極及び負極を備え、かつ通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物、可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質、および有機性基質を含む溶液を収容することを特徴とする、生物電池。
- 正極及び負極を隔膜により隔離して正極槽及び負極槽を形成し、陽極槽側に通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物、及び可逆的酸化還元能を有するメディエータ物質を含有させることを特徴とする、生物電池。
- 負極上に、メディエータ物質、及び/又は通性嫌気性の水素生産菌あるいは該水素生産菌を含有する混合微生物が固定化されていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の生物電池。
- 水素生産を伴うことを特徴とする、請求項7〜9のいずれかに記載の生物電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003274244A JP4092401B2 (ja) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | 水素生産方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003274244A JP4092401B2 (ja) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | 水素生産方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005034044A JP2005034044A (ja) | 2005-02-10 |
JP4092401B2 true JP4092401B2 (ja) | 2008-05-28 |
Family
ID=34211259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003274244A Expired - Lifetime JP4092401B2 (ja) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | 水素生産方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4092401B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006329639A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 土壌環境の診断方法 |
KR100699556B1 (ko) | 2005-10-12 | 2007-03-26 | 한국에너지기술연구원 | 광촉매와 바이오 촉매를 이용한 촉매 분리형 수소 제조장치 |
JP5323543B2 (ja) * | 2009-03-12 | 2013-10-23 | 一般財団法人電力中央研究所 | 電気培養方法及び電気培養装置 |
JP5563774B2 (ja) * | 2009-03-12 | 2014-07-30 | 一般財団法人電力中央研究所 | 電気培養装置 |
JP5745292B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2015-07-08 | 一般財団法人電力中央研究所 | 発酵処理装置 |
JP5840371B2 (ja) * | 2010-07-22 | 2016-01-06 | 一般財団法人電力中央研究所 | 微生物を利用した水素製造方法及び装置 |
CN107694500A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-02-16 | 天津科创复兴科技咨询有限公司 | 一种固液混合热循环反应釜 |
-
2003
- 2003-07-14 JP JP2003274244A patent/JP4092401B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005034044A (ja) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Villano et al. | Electrochemically assisted methane production in a biofilm reactor | |
Davis et al. | Biofuel cells—recent advances and applications | |
US7439047B2 (en) | Process for producing hydrogen | |
US7459223B2 (en) | Electrochemical methods for generation of a biological proton motive force | |
US6495023B1 (en) | Electrochemical methods for generation of a biological proton motive force and pyridine nucleotide cofactor regeneration | |
Geelhoed et al. | Electricity-mediated biological hydrogen production | |
EP0020355A1 (en) | ENZYMATIC PROCESSES. | |
Jafary et al. | A comprehensive study on development of a biocathode for cleaner production of hydrogen in a microbial electrolysis cell | |
JP2012512326A (ja) | 化学物質の生成のためのプロセス | |
Philips et al. | Electron transfer mechanisms in biofilms | |
CA2923794C (en) | Electrochemical bioreactor module and methods of using the same | |
CN107250436B (zh) | 改进的电化学生物反应器模块及其用途 | |
Pan et al. | Interfacial electron transfer for carbon dioxide valorization in hybrid inorganic-microbial systems | |
Boucher et al. | Bioelectrocatalytic Synthesis: Concepts and Applications | |
Zhen et al. | Semi-continuous anolyte circulation to strengthen CO2 bioelectromethanosynthesis with complex organic matters as the e-/H+ donor for simultaneous biowaste refinery | |
JP4092401B2 (ja) | 水素生産方法 | |
Finkelstein et al. | Bioelectrosynthesis systems | |
Cardeña et al. | Regulation of the dark fermentation products by electro-fermentation in reactors without membrane | |
JP3777534B2 (ja) | 嫌気的環境における細菌の電気培養方法 | |
Al-Rikabey | The utilization of the economical membranes in the dual-chambered microbial fuel cells (MFCs) can efficiently treat wastewater and produce electricity. | |
Pan et al. | An electrolytic bubble column with gas recirculation for high-rate microbial electrosynthesis of acetate from CO2 | |
JPH10191965A (ja) | 電位制御電解による好気性化学独立栄養細菌の培養方法および培養装置 | |
JP5709125B2 (ja) | 亜酸化窒素分解装置 | |
Ghoshal | Microbial fuel cell: Recent advancements | |
Eberhard Reiner et al. | Oxygen In The Mix: Is Oxic Microbial Electrosynthesis A Potential Alternative For Biomass Production? |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050315 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080111 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4092401 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |