時系列データを用いたモデル化
近年の計算機システムの発展と利用環境の向上により、諸科学や産業界のあらゆる分野でデータが蓄積されている。このようにして大量に蓄積されたデータから、 その背後にある自然現象や社会現象のような複雑かつ不確実な現象を読み解くには、データから本質的な情報を抽出するための手法の開発が不可欠である。このとき、不確実現象の解明と予測、知識獲得のために重要な役割を果たすのが現象のモデル化であり、時系列データを用いた現象のモデル化の問題に取り組む。
本研究テーマは窒素固定微生物を用いたアンモニア生成技術開発を目指したものである。現行のハーバー・ボッシュ法で莫大なエネルギーを消費して生成されたアンモニアはほとんどが肥料として消費されている。水素エネルギー需要の増加によって水素キャリアとしてのアンモニアの注目度が増加する中、肥料のための窒素固定を生物学的行うことで低コスト化するだけでなく、アンモニア有効利用促進につながると考えられる。生物学的な窒素固定を利用するためには微生物活性を増加させる技術が必要であるため、活性化技術開発に取り組むテーマである。
窒素固定菌の活性促進方法の候補として、生物電気化学システム（BES）の検討を行う。BESでは電極と直接電子の授受が可能であれば窒素固定を促進できると考えられるが、窒素固定菌は電極と電子の授受を行うことはできず、細胞外電子伝達物質を介して可能となる。
本研究では、屋外での応用を視野に入れており、土壌中に含まれるHuminという酸にもアルカリにも不溶な腐食物質を用いる。
窒素固定菌が持つニトロゲナーゼという窒素固定酵素はアセチレンをエチレンに還元する能力も持っており、これを利用した活性試験によって評価を簡便に行うことが可能である。
BESとHuminを組み合わせることで活性化の促進が可能であることが確認できる。今後はさらなる高活性化のための条件や装置の開発を進める予定である。
論文
「Promotion of biological nitrogen fixation activity of an anaerobic consortium using humin as an extracellular electron mediator」(2021)『Scientific Reports 』11p.6567.
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