紙製の3次元微生物燃料電池、毛管現象を利用して外部電源不要に――米大学

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紙で作られた3次元微生物燃料電池(MFC)システムが、米アイオワ州立大学の研究チームによって開発された。

紙の毛管現象を利用して燃料液体をMFCシステムに連続的に誘導し、燃料誘導用の外部電力を不要にするというコンセプトを実証したもの。その内容は、近日発刊のTECHNOLOGY誌で発表される予定だ。

この装置では、シェワネラ・オネイデンシス菌MR-1株(画像の黄色部分)とフェリシアン化カリウム(画像の白色部分)を各々の反応槽に連続的に誘導できる。2つの反応槽を隔てるプロトン交換膜が、陽極液の生体触媒反応で放出されたプロトンを選択的に負極から正極へ透過する仕組みだ。

このシステムを5日間作動させた結果、1.3 μWの電力と52.25 μAの電流を発生し、電力密度にして約25 W/m3に相当する出力を得た。これらの結果は、紙ベースの微生物燃料電池が、外部電力を使用せずに環境にやさしい方法で電力を生み出せると実証したことになる。

論文の主執筆者である機械工学科助教授のNastaran Hashemi博士は、「液体を装置に通す際に電気は不要なので、装置で生成される電力はすべて消費可能だ。これは、この装置の発展性と応用範囲の拡大にとって重要なことだ」と語っている。

テスト中にバイオフィルムが炭素繊維布に生成されることから、確認された電流が生物化学反応の結果として発生したものであることは明らか。微生物燃料電池の電流生成には、このバイオフィルムが不可欠な役割を果たす。バイオフィルムのサイズが大きく厚くなれば、発生する電流も大きくなる。

今回の実験では、バイオフィルム生成の時間が必ずしも十分ではなかったので、ここで報告された電流と電力のデータは、発電能力の全てを100%発現したものとはなっていない。つまり、発電能力拡大の可能性は、十分に高いと言えるのだ。

アイオワ州立大学チームは現在、電圧出力のより高度な制御と、安定した電流生成を可能にする方法を追求している。環境条件を整えた試験によって、システム出力を調整し、より安定した結果を得ることができるようになるだろう。さらに、使い勝手を最適化しコストを削減するため、フェリシアン化カリウムなどを使用せずに済む装置を開発したいと考えている。

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3D Paper-Based Microbial Fuel Cell Operating Under Continuous Flow Condition

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