微生物燃料電池
微生物燃料電池（Microbial fuel cell; MFC）とは、微生物を利用して有機物（燃料）を電気エネルギーに変換する装置である[1][2]。微生物燃料電池は燃料（有機物の溶液）に陽極（アノード）と陰極（カソード）が浸されている。アノードでは、燃料（有機物）が微生物により酸化分解される時に発生する電子を電極で回収する。その電子は外部回路を経由してカソードに移動する。移動した電子はカソードで、酸化剤の還元反応により消費される。アノードでおきる化学反応とカソードで起きる化学反応の酸化還元電位（電子を授受する能力）の勾配に従い電子が流れる。二つの極の電位差と外部回路を流れる電流の積に相当するエネルギーが外部回路において得られる。廃棄物バイオマスなどのエネルギー利用を可能にするものとして期待されている。なお、アノードの反応で副次的に生じる水素イオンは電極内の膜（陽イオン交換膜）を通過してカソードに到達する。水素イオンは、カソードで電子および酸素と反応して水を生じる。
MFCは、媒介型と非媒介型の2種類に大別される。20世紀初頭に実証された最初のMFCは、細胞内のバクテリアから陽極に電子を移動させる化学物質であるメディエーターを人工的に添加していた。非媒介型MFCは1970年代に登場した。このタイプのMFCでは、細菌の外膜にシトクロムなどの電気化学的に活性な酸化還元タンパク質が存在し、電子を直接陽極に移動させることができる[3][4]。21世紀に入ってから、MFCは主に廃水処理で実用化され始めた[5]。
また、土壌を利用した微生物燃料電池は、微生物学、地球化学、電気工学などの複数の科学分野を網羅しており、土壌や冷蔵庫の中にあるものなど、身近な材料で作ることができるため、教育ツールとしても有効である。実際に、家庭や学校で利用できる実験キットが販売されている[6][7]。
関連項目[編集]
脚注[編集]
- ^ 高妻篤史、宮原盛夫、渡邉一哉「微生物燃料電池の可能性 : グリーンイノベーションへの挑戦」『化学と生物』第50巻第3号、日本農芸化学会、2012年3月、150-152頁、doi:10.1271/kagakutoseibutsu.50.150、ISSN 0453073X、NAID 10030819108。
- ^ Ebrahimi, Atieh; Najafpour, Ghasem D., et al. (2018-04-15). “Performance of microbial desalination cell for salt removal and energy generation using different catholyte solutions”. Desalination 432: 1-9. doi:10.1016/j.desal.2018.01.002. ISSN 0011-9164.
- ^ Badwal, Sukhvinder P. S.; Giddey, Sarbjit S. (2014-09-24). “Emerging electrochemical energy conversion and storage technologies”. Frontiers in Chemistry 2. doi:10.3389/fchem.2014.00079. PMID 25309898.
- ^ Min, Booki; Cheng, Shaoan (2005-05-01). “Electricity generation using membrane and salt bridge microbial fuel cells”. Water Research 39 (9): 1675-1686. doi:10.1016/j.watres.2005.02.002. ISSN 0043-1354.
- ^ “世界初！ 廃水から「発電＋リン回収」。微生物燃料電池が水処理の未来を変える。”. 岐阜大学. 2021年3月19日閲覧。
- ^ “微生物燃料電池実験器 MudWatt”. MonotaRO. 2021年3月19日閲覧。
- ^ “MudWatt”. Magical Microbes. 2021年3月19日閲覧。