【特集】バイオマス・バイオプロセスを用いた水素製造

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海外のバイオ水素(BioHydrogen)生産技術の研究開発動向
Trend of Biohydrogen Activities in Major Countries

若山樹　(国際石油開発帝石(株))

　バイオ水素(BioHydrogen)は, 生物学的にCO2フリーの水素を生産する技術である。光合成微生物(藻類,光合成細菌)や嫌気性細菌は, 太陽光やバイオマスといった再生可能エネルギーから, 水素を生産することが可能である。近年, 基礎研究に留まらず応用研究も盛んになり, 実際のバイオマスを用いたパイロットプラントでの実証も行われている。本稿では, 海外におけるバイオ水素生産技術について概説する。

【目次】
1. はじめに
2. バイオ水素について
3. IEA HIA Task 34について
4. ブラジルの社会実装構想について
5. 東南アジアの状況
6. さいごに

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下水バイオガス原料による水素創エネ技術実証事業―水素リーダー都市プロジェクト―
Demonstration of Hydrogen Production from Sewage Sludge Digestion Gas

北田和正　(三菱化工機(株))

　本稿で紹介する「下水バイオガス原料による水素創エネ技術実証事業」は, 国土交通省国土技術政策総合研究所からの委託研究であり, 下水処理場の消化工程で発生する消化ガス(下水バイオガス)を原料として, 高純度水素を製造する一連の設備を建設し, 燃料電池自動車(FCV)に充填するまでの技術実証を行うことを目的としている。本稿では, 設備の概要と実証結果を報告する。

【目次】
1. はじめに
2. 主要設備の概要
2.1　前処理設備
2.2　水素製造設備
2.2.1　改質工程
2.2.2　変成工程
2.2.3　ガス精製工程
2.3　水素供給設備
2.4　CO2液化回収設備
3. 実証結果の概要
4. 本技術の効果
5. おわりに

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栃木県のバイオガス(下水汚泥の消化ガス)発電の取り組み 　　　　　　　　　　　　
Tochigi Prefecture’s Approach on Sewage Gas Power Generation

栃木県県土整備部都市整備課下水道室

　本県の下水汚泥の消化ガス発電は県の流域4 処理場, 市の公共3 処理場で,固定価格買い取り制度を適用した新規設備として実施しており, 平成27年2月から順次売電を開始している。これにより下水道事業の維持管理費削減と, 環境負荷削減として地球温暖化防止にも貢献している。

【目次】
1. はじめに
2. 固定価格買い取り制度の導入と関連市町協議
3. 設備工事発注と売電について
4. PFI事業と県内市町の取り組み
5. 事業効果
6. おわりに

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水素-メタン二段発酵による食品廃棄物のバイオガス化とエネルギー利用の実証　　
Demonstrative Experiment for Gasification and Energy Utilization from Food Residue by Hydrogen-Methane Two-Stage Fermentation System

岡田行夫　(サッポロビール(株))
三谷優　(サッポロビール(株))
徳永博　(広島ガス(株))
畠岡勲　((株)タカキベーカリー)

　筆者らは食品廃棄物のエネルギー利用を目的に, 水素・メタン二段発酵の開発に取り組んできた。今回, 実用化時条件を想定したパン生地工場に設置のパイロット設備による試験で, 余剰パン生地を原料としたバイオ水素ガス, バイオメタンガスの安定生産に成功, エネルギー収支面でもポジティブなデータを得たので紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 水素・メタン二段発酵について
3. 開発状況
4. 実用化に向けて

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光エネルギーを利用する微生物水素生産
BioHydrogen for Solar Energy Utilization

三宅淳　(大阪大学大学院)

　再生可能エネルギーの利用に関わるバイオ技術の可能性を論じた。風力・太陽光は, 集荷と平準化が欠点である。バイオはエントロピーを低下させる方法を有するために, 太陽光発電などと相補的に組み合わせることが可能と考えられる。本稿では太陽光の利用を考え, 光合成細菌による光水素生産を例として解説したものである。

【目次】
1. はじめに
1.1　人類が利用しているエネルギーと関連技術の特性
1.2　希薄・拡散した再生可能エネルギーの利用の問題
2. 光合成細菌の特性
2.1　太陽光エネルギーの生物的変換メカニズム
2.2　水素発生反応の基質変換
3. 光合成細菌による光水素生産能力と研究
3.1　太陽光の変換特性と効率
3.2　光水素製造のためのリアクター
4. 光合成細菌による水素生産のシステム的価値
5. 議論
5.1　光合成の活用の限界
5.2　石油に替わるエネルギー源は現れない
5.3　生物学的技術の特徴
5.4　水素は重要なエネルギーキャリアになりつつある
5.5　今後の問題

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ヘテロシスト形成型シアノバクテリアのニトロゲナーゼを利用した光生物学的水素生産
Photobiological Hydrogen Production using the Nitrogenase of Heterocyst-Forming Cyanobacteria

増川一　(大阪市立大学)
北島正治　(神奈川大学)
櫻井英博　(神奈川大学)
井上和仁　(神奈川大学)

　一部のシアノバクテリアは, 窒素栄養欠乏条件下で,窒素固定に特化したヘテロシストと呼ばれる異型細胞を分化させる。窒素固定酵素であるニトロゲナーゼの反応では必然的副産物として水素が生産される。筆者らはヘテロシスト形成型シアノバクテリアを遺伝子工学的に改良して水素生産を高めることに成功した。

【目次】
1. はじめに
2. ヘテロシスト形成型シアノバクテリア
3. ニトロゲナーゼ
4. 遺伝子工学による改良
4.1　形質転換法
4.2　取り込み型ヒドロゲナーゼHupLの遺伝子破壊
4.3　ホモクエン酸合成酵素NifV の破壊
4.4　FeMoCo周辺を取り巻くアミノ酸残基の部位特異的置換株
5. 水素バリアー性プラスチック素材を利用したバイオリアクター
6. 今後の課題

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ヒドロゲナーゼによる水素分解・合成機構および酵素燃料電池への応用　　　　　　
Mechanism of Hydrogen Decomposition and Synthesis by Hydrogenase and Its Application to Enzymatic Biofuel Cells

廣田俊　(奈良先端科学技術大学院大学)
加納健司　(京都大学)
樋口芳樹　(兵庫県立大学)

　ヒドロゲナーゼは, NiやFeなどで構成される金属錯体を活性部位にもつだけで, 高い水素分解・合成の触媒能力を示すタンパク質で, 水素エネルギー利用に向けた材料や技術開発のために注目を集めている。本稿では, [NiFe]-ヒドロゲナーゼの構造,触媒反応機構およびバイオ電池への応用の最近の研究動向を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 標準型[NiFe]-ヒドロゲナーゼの構造
3. [NiFe]-ヒドロゲナーゼの水素分解・合成機構
4. 酵素バイオ電池への応用

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BIO R&D

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微細藻類の収集・管理から実用化を目指したスクリーニングまで―細胞外多糖類(EPS)に着目した取り組みを中心に―
Towards Commercial Utilization of Microalgal EPS(Extracellular Polysaccharides): Isolation, Maintenance and Screening of Microalgal Strains

佐藤剛毅　(パナックアドバンス(株))
大木利哉　(パナックアドバンス(株))
関口弘志　((独)製品評価技術基盤機構)

　(独)製品評価技術基盤機構(NITE)バイオテクノロジーセンター(NBRC)とパナックアドバンス(株)は微細藻類が産生する細胞外多糖類(EPS)について共同事業を行っている。本稿では本事業で得られつつある成果の紹介とそれをいかに実用化に繋げるかについて, 過去の研究事例も交えて論じてみたい。

【目次】
1. NBRCとその業務について(関口弘志)
2. 微細藻類の収集と分析(関口弘志)
3. 微細藻類の保存(関口弘志)
4. NBRCにおける微細藻類株を用いた実用化への取り組み(関口弘志)
5. 微細藻類と産業への活用事例(佐藤剛毅・大木利哉)
6. 現在までの微細藻類EPSに関する知見のまとめ(佐藤剛毅・大木利哉)
7. 微細藻類のEPS研究の面白さと実用化に際しての課題(佐藤剛毅・大木利哉)
8. 微細藻類EPSが示す生理活性作用と新たな出口の可能性(佐藤剛毅)
9. 今後の展望-資源循環型社会の構築に向けて-(佐藤剛毅)

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無細胞技術を基盤とした抗GPCRモノクローナル抗体作製技術の開発
Anti-GPCR Monoclonal Antibody Development based on Cell-free Technology

竹田浩之　(愛媛大学)
澤崎達也　(愛媛大学)

　重要な創薬ターゲットであるGPCRは大量調製が難しく特異抗体の開発が困難であった。筆者らはコムギ無細胞タンパク質合成系をもとにGPCRの大量合成法と効率的な抗GPCR 抗体探索法を開発し, 複数のGPCRに対する抗体作製に成功している。本稿ではこれら新規な抗GPCR抗体作製技術の詳細と今後の課題について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 透析重層法によるGPCR抗原の無細胞大量合成
3. BiLIA法による構造認識抗体のハイスループットスクリーニング
4. 無細胞技術を用いた抗GPCR抗体作製
5. まとめ

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TOPICS

北海道食品機能性表示制度(愛称:ヘルシーDo(ドゥ))〜北海道からの挑戦〜
Hokkaido Food Functionality Labelling System“Healthy-Do”: A Challenge by Hokkaido Government

田村耕志　(北海道)

　北海道食品機能性表示制度(愛称:ヘルシー Do(ドゥ))は,全国初の自治体による食品機能性に関する認定制度として, 平成25年4月に運用を開始した。その後,国の機能性表示食品制度も新たに導入され, 機能性食品市場が大きな注目を集める中, ヘルシーDoを活かし食の高付加価値化を目指す北海道の取組を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 制度導入の背景・目的
3. 制度の概要
4. これまでの実績と評価
5. 機能性表示食品制度の施行後の状況
6. ヘルシー Doの制度拡充のポイントと今後の取組
7. おわりに(北海道の目指す方向性)