細菌

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10236 (2022) この記事を引用

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18 オルトメトリック

メトリクスの詳細

カーボンニュートラルを達成するには、さまざまな技術的アプローチが必要です。 本研究では、硫黄酸化細菌を用いた炭素循環システムのいくつかの産業分野への適用可能性を確認しました。 このシステムは窒素肥料を生成し、大気または廃水に排出される H2S および NH3 汚染物質をリサイクルすることで炭素排出量を削減します。 産業分野においても炭素削減戦略として検討されるべきである。

温室効果ガスの削減は、人類の継続的な進歩のために、この時代に誰もが取り組むべき課題であることは間違いありません。 従来の石油ベースの製品の代わりに、排出量が最も多い温室効果ガスである CO2 をリサイクルすることで、炭素の好循環を実現する方法が数多くの研究で研究されています。 このような CO2 変換技術は、エネルギーの生産方法により、熱触媒変換、電気化学変換、光化学変換などの化学変換と生物変換に大別され、後者では主に光、水素、電気をエネルギー源として利用されます1。 これらの方法は主に、太陽光、風力、地熱などのエネルギーを利用する再生可能エネルギー供給を条件とした技術開発に依存しています。 しかし、再生可能エネルギーが十分に整備されていない地域では、こうした技術によるCO2排出量削減には限界があります。

この問題を克服するために、廃棄物資源からの化学エネルギーを使用して CO2 を削減し、環境に優しい硫酸アンモニウムを生成する、炭素の好循環のための新しいシステムが提案されました。 このシステムは、エネルギー源として還元硫黄を使用し、cbb 経路を介して CO2 を固定する化学合成栄養菌である硫黄酸化細菌 (SOB) を適用するコア技術に基づいています。 3 つの既知のタイプ (好酸性菌、好中球、およびアルカリ性菌) の中で、最も広く研究されている属はアシディチオバチルス属で、バイオマイニング分野で応用されています 2。

アシジチオバチルスは pH 0.5 で生存できるため、炭素源として排ガスから CO2 を直接供給できます。 実験室規模のテストでは、バイオリアクターを通じて硫黄酸化物（SOx）と少量の窒素酸化物（NOx）を除去する追加の利点が示されました（補足図1）。 微生物の増殖は高濃度 (14 ～ 15%) のアンモニア溶液でも活発であり、pH 調整剤として使用されるため、生物学的硫酸アンモニウム (BAS) の生産に適しています。 最適化された連続撹拌タンクリアクター培養システム (図 1a、b) では、エネルギー源としてバイオ硫黄を使用すると、CO2 変換率が 8.8 ～ 10.4 g/L/D、硫酸アンモニウム生産量が 28 ～ 65 g になります。 /L. 化学硫黄をエネルギー源として使用した場合、CO2 変換率はわずかに低くなりました (5.6 ～ 6.3 g/L/D)。これはおそらく、化学硫黄には細菌による取り込みが比較的難しい大きな疎水性粒子が含まれているためと考えられます。 対照的に、バイオ硫黄の粒子は小さく、親水性です。 この研究で使用されたSOBは、LeeらによってH2S除去のために土壌から単離されたAZ11株でした。3染色体DNA配列分析により、AZ11は既知のAcidithiobacillus種との相同性が82％未満の新種であることが示されました（補足図2）。 。 この新種を用いた CO2 変換率は、最もよく知られているシアノバクテリアの CO2 変換率よりも 6 ～ 7 倍高く、連続生物学的 CO2 変換システムにおいて他の報告されている株よりも速い速度であることを示しています4。

硫黄酸化​​細菌による CO2 の直接変換とそのさまざまな産業への応用。 (a) 実験室規模で最適化された培養条件。 (b) 連続撹拌槽反応器 (CSTR) における硫黄酸化細菌 (SOB) の CO2 変換率。 (c) 石油化学産業で提案されている炭素循環システム、(d) 嫌気性消化産業で提案されている。 黒い矢印は従来のシステムを示し、緑色の点線の矢印は新しいプロセスを示します。