新エネルギーとカイコウオオソコエビのお話

2021/10/20 ブログ

 最近、日本の四季が明確でなくなり、秋と春が短くなってきています。これは地球温暖化の影響の一端として、既に予測されていた気象変化です。また、海水温の上昇から、台風の規模と強さが大きくなることも予測されていました。このままでは、地球温暖化による気象現象の激甚化が起こり、その経済的・人的被害は相当な額となることが予想されています。

新エネルギーはバイオマスがキーポイントです。

 地球温暖化による気象現象の変化から、脱炭素社会への動きが加速しています。自動車もハイブリッドを含めたガソリン車から電気自動車または水素を使った燃料電池自動車への変換が求められています。水の電気分解やコークス炉ガス、天然ガスの改質など、様々な方法で水素の生産が試みられています。もちろん、それぞれの方法には長所短所があり、現在技術開発や触媒開発などが進められています。水素だけでなく、石油・石炭に代わる新しいエネルギーは「新エネルギー」と呼ばれて研究開発が行われています。新エネルギーは、再生可能エネルギーである中小水力発電、太陽光発電、バイオマス発電などの発電分野と太陽熱、雪氷熱、バイオマス熱など熱利用分野、そしてバイオマス燃料製造の燃料分野に分けられています。全ての分野で「バイオマス」の利用が挙げられています。それだけ、バイオマスは利用価値があり、低炭素社会への重要な資源と言えるでしょう。

そもそも、バイオマスとは何でしょうか?どのように利用するのでしょうか?

 バイオマスとは、動物・植物を含めた全生物由来資源の総称です。だから、家畜由来の排泄物や森林由来の木材や廃材、農産物、人の生活から出てくる生ごみまで、全てバイオマスと呼ばれています。多くは、微生物発酵によるメタンガスの生産、またはそのまま燃焼させて発電などに利用されています。日本ではありませんが、バイオエタノールもまた、バイオマス由来のエネルギーです。残念ながら、循環するエネルギーではありますが、脱二酸化炭素、脱温暖化ガスとまでは言い切れません。バイオエタノール車もバイオマス由来のエタノールを利用して走行していますが、二酸化炭素は発生してしまうのです。

期待される水素ですが、その厄介な性質をご存知ですか?

 「水素は燃やしても水しか出て来ないから、クリーンなエネルギーである。」というイメージを多くの方が持っていることでしょう。しかし、水素の性質を考慮すると、中々取り扱いが難しい物質です。第一に水素分子が最小であることが挙げられます。そのため貯蔵が大変困難です。配管の接続部、バルブなど、厳重に密閉性を保たなければ、直ぐに漏れてしまいます。第二に水素は金属を腐食させる性質があります。水素脆化と呼ばれていますが、その原因はまだ明らかになっていません。水素が貯蔵用金属容器に浸透して、金属を腐食し、漏れだす危険性があります。また、空気が水素タンク内に入り込んだ場合、爆発する可能性もあるでしょう。

バイオマスと水素を繋げるギ酸という物質について

 ギ酸は、水素と二酸化炭素が結合した分子です。大腸菌を含めた多くの微生物でギ酸が発酵により生成します。ギ酸は触媒で反応させると水素と二酸化炭素に分解するため、水素の貯蔵物質として注目されています。ギ酸なら通常の毒劇物扱いで取り扱いが可能となります。同時に出てくる二酸化炭素は密閉系なので、簡単に回収ができます。バイオマスから微生物発酵を経て、ギ酸が生成できれば、水素も再生可能エネルギーとして利用できるでしょう。もっとも、微生物発酵でも水素生産は可能ですが、前述の通り水素は取り扱いが難しいという欠点に直面するでしょう。

微生物発酵の基本はグルコースです。だからカイコウオオソコエビ由来酵素の出番です。

 水素生産やギ酸生産を問わず、バイオマスの利用は常に効率やコストが問題となっています。最近は金銭的な収支・効率だけでなく、その生産、輸送、貯蔵に関わる二酸化炭素の発生も注視されています。例えば、同じバイオマスでも廃材の様に裁断、粉砕し、発酵用原料とするまでに多くの電力が必要となる物と、トウモロコシの様に簡単に原料となる物では、発生する二酸化炭素量が異なります。発酵の原料となるグルコースの生産においても、50℃近く加熱が必要な微生物由来の多糖分解酵素より、20-30℃で反応が進むカイコウオオソコエビ由来の酵素の方が、二酸化炭素の発生が抑えられます。また、カイコウオオソコエビ由来のセルラーゼは、オガクズや紙からもグルコースが生産できるので、利用方法によっては、二酸化炭素収支を格段に下げることができるでしょう。最近、カイコウオオソコエビの捕獲等について、相談を受けることが多くなってきたことも、新エネルギーに関係しているのでしょう。カイコウオオソコエビに興味がございましたら、メールにてご連絡ください。海洋研究開発機構(JAMSTEC)等の公的機関を通さなくても、カイコウオオソコエビの捕獲は可能です。

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Story of new energy and Hirondellea gigas
 

Recently, the four seasons of Japan have become unclear, and autumn and spring are getting shorter. This is a climate change that has already been predicted as part of the effects of global warming. It was also predicted that the scale and strength of the typhoon would increase due to the rise in seawater temperature. If nothing is done, it is expected that global warming will intensify the meteorological phenomenon, and the economic and human damage will be considerable.

Biomass is the key point of new energy.

Due to changes in meteorological phenomena caused by global warming, the movement toward a carbon-free society is accelerating. Automobiles are also required to be converted from gasoline vehicles including hybrids to electric vehicles or fuel cell vehicles using hydrogen. Hydrogen production is being attempted by various methods such as electrolysis of water, reforming of coke oven gas, and natural gas. Of course, each method has its advantages and disadvantages, and technological development and catalyst development are currently underway. New energies that replace not only hydrogen but also oil and coal are called "new energies" and are being researched and developed. New energy is divided into power generation fields such as small and medium-sized hydroelectric power generation, solar power generation, and biomass power generation, which are renewable energies, heat utilization fields such as solar heat, snow and ice heat, and biomass heat, and fuel fields for biomass fuel production. The use of "biomass" is mentioned in all fields. As such, biomass has utility value and can be said to be an important resource for a low-carbon society.

What is biomass in the first place? How do you use it?

Biomass is a general term for resources derived from all living organisms, including animals and plants. Therefore, excrement derived from livestock, wood and waste materials derived from forests, agricultural products, and swill from human life are all called biomass. Most of them are used for the production of methane gas by microbial fermentation or for power generation by burning it as it is. Although not in Japan, bioethanol is also a biomass-derived energy. Unfortunately, it is a circulating energy, but it cannot be said to be carbon dioxide or greenhouse gas. Bioethanol vehicles also run using ethanol derived from biomass, but carbon dioxide is generated.

Expected hydrogen, but do you know its annoying properties?

Many people have the image that "hydrogen is a clean energy because only water comes out when it is burned." However, considering the nature of hydrogen, it is a difficult substance to handle. First, the hydrogen molecule is the smallest. Therefore, it is very difficult to store. If the pipe connections, valves, etc. are not tightly sealed, they will leak immediately. Second, hydrogen has the property of corroding metals. It is called hydrogen embrittlement, but the cause has not yet been clarified. There is a risk of hydrogen penetrating the metal container for storage, corroding the metal and leaking it. It could also explode if air gets inside the hydrogen tank.

About a substance called formic acid that connects biomass and hydrogen

Formic acid is a molecule in which hydrogen and carbon dioxide are combined. Formic acid is produced by fermentation in many microorganisms including Escherichia coli. Formic acid is attracting attention as a hydrogen storage substance because it decomposes into hydrogen and carbon dioxide when reacted with a catalyst. Formic acid can be handled as a normal poisonous and deleterious substance. Since the carbon dioxide that comes out at the same time is a closed system, it can be easily recovered. If formic acid can be produced from biomass through microbial fermentation, hydrogen could also be used as renewable energy. Although hydrogen production is possible by microbial fermentation, as mentioned above, hydrogen will face the drawback of being difficult to handle.

The basis of microbial fermentation is glucose. That's why the enzyme derived from Hirondellea gigas comes into play.

Whether it is hydrogen production or formic acid production, the use of biomass has always been a problem of efficiency and cost. Recently, not only the financial balance and efficiency, but also the generation of carbon dioxide related to its production, transportation, and storage has been closely watched. For example, the amount of carbon dioxide generated differs between the same biomass, which requires a large amount of electricity to be cut and crushed like waste material and used as a raw material for fermentation, and the material, which is easily used as a raw material, such as corn. increase. In the production of glucose, which is the raw material for fermentation, carbon dioxide is generated more in the enzyme derived from Hirondellea gigas, which proceeds at 20-30 ° C, than in the polysaccharide-degrading enzyme derived from microorganisms, which requires heating at nearly 50 ° C. It can be suppressed. In addition, cellulase derived from Hirondellea gigas can also produce glucose from sawdust and paper, so depending on how it is used, the carbon dioxide balance can be significantly reduced. Recently, the number of consultations regarding the capture of Hirondellea gigas has increased, which may be related to new energy. If you are interested in Hirondellea gigas, please contact us by email. It is possible to catch Hirondellea gigas without going through a public institution such as the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC).

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