Effect of addition of nutrients on stable methane production from wet-milled woody biomass

Makoto Itonaga1, Kenji Matsuo1, Ronald Navarro2, Kazuhide Kimbara3, Otsuka Yuichiro2, Masaya Nakamura2, Kei Sasaki4, Takahisa Tajima1, Junichi Kato1, ○Yutaka Nakashimada1 (1Hiroshima Univ., 2Forestry and Forest Products Research Institute, 3Shizuoka Univ., 4Hiroshima Hokusai Gakuin Univ.)

日本農芸化学会大会

名城大学

https://www.jsbba.or.jp/MeetingofJSBBA/2018/MeetingofJSBBA2018.pdf

【目的】これまで、高温条件下で酸・アルカリ前処理し酵素糖化した木質バイオマスからのエタノー
ルなど液体燃料生産法の開発が行われてきた。しかし、上記前処理ではフルフラールやリグニン由来
の芳香族化合物生成による増殖阻害や、煩雑な分離工程でのエネルギー収支の悪化が懸念される。そ
こで我々は、分離工程を必要としないメタン発酵に着目、木質バイオマスを、温和な条件で金属ビー
ズ・酵素液と共に攪拌し、粉砕・糖分解を同時に行う湿式ミリング法を前処理プロセスとしたメタン
発酵プロセスの開発を進めている。本研究では、メタン発酵に最適な湿式ミリング前処理条件の検討、
および安定した連続メタン発酵を目的とする栄養源添加の効果を検討した。
【方法･結果】スギをモデル木質バイオマスとして、まず、メタン生成に最適なミリング処理時間、及
び添加酵素量を検討した。処理時間、または酵素添加量を変えて製作した原料スラリーと高温メタン
発酵汚泥を有機物比率 1:4 で混合し、55℃でメタン生成試験を行った。その結果、経済性、エネルギー
収支を考慮した場合、処理時間 15〜30 分、酵素量 5ml/500ml-原料スラリーでの前処理が適当と考え
られた。そこで、処理時間 15〜30 分、酵素量 5ml/500ml-原料スラリーを用いて、安定した連続メタ
ン発酵における栄養源の添加効果を検討した。
栄養素として窒素源，微量金属，およびビタミン類を組み合わせて添加した原料スラリーを用いて、
水理学的滞留時間（HRT）を 30 日とする半連続メタン発酵試験を行った。十分定常状態に達した連続
培養開始後 110 日におけるバイオガス生成量に大きな違いはなかったが、ガス組成は大きく変化した。
栄養源無添加、および窒素源のみを添加した場合、CO2 以外のガス成分の大部分は水素であった。窒素
源+微量金属類、および窒素源+微量金属類+ビタミン類添加時には、メタンが主要ガス成分であった。
この結果から、木質バイオマスのミリング原料からの安定したメタン生成には、窒素源および微量金
属類の添加が重要であることが示唆された。しかし、窒素源+微量金属類+ビタミン類添加時において
もバイオガス中に 6%程度の割合で水素が検出された。これは、今回添加した栄養源のみでは完全に安
定したメタン生成には、まだ不十分であることが示唆された。そこで、窒素源+微量金属類+ビタミン
類に加えて比較的安価で豊富に手に入る複合栄養源であるドッグフードを添加したところ、残存水素
を含まない安定したメタン生成を確認した。
本研究成果は、平成 27-28 年度福島県委託事業「メタン発酵による木質バイオマス活用実証事業」
で得られたものである。