世界初！ 廃水から「発电＋リン回収」。微生物燃料电池が水処理の未来を変える。
微生物を利用した燃料电池を使い，枯渇资源「リン」の回収に成功。
微生物を活用することで廃水から电気を発生させる。
广冈 私が廃水処理に関心を持ったのは，生まれ育った叁重県の村に下水道処理施设がなく，下水がそのまま排出されている光景を目にしたからでした。高校卒业后，东京大学で都市工学を学び，その后，东北大学の农学研究科を経て，平成21年に岐阜大学に着任しました。
市桥 私も幼少時代に公害や酸性雨の問題を知り，ずっと環境問題に関心を持っていました。ただ，水処理の分野に進もうと決めたのは，東京大学進学後，研究室を選ぶ段階になってからです。广冈准教授とは同じ研究室に所属し，共に下水道工学の基礎を学びました。
广冈 私は水処理の研究をずっと続けていますが，その方法の一つとして大きな可能性を感じたのが，平成21年から研究を开始した「微生物燃料电池」でした。燃料电池とは，プラスとマイナスの电极间に燃料を与え，その燃料を消费して発电する电池のこと。燃料电池では，电极で起こる反応を触媒が补佐するのですが，この触媒の役目を微生物が担っているものが微生物燃料电池になります。
市桥 微生物燃料电池の构造は水槽内に电极があり，そこに回路が繋がる形になっています。水槽内には燃料の代わりに有机物を含んだ水（廃水）が入っており，微生物が有机物を分解する过程で电子を电极に流します。これによって电気が発生する仕组みです。
广冈 実は微生物が発电する现象は，今から100年以上も前に研究者が発见していました。しかし，当时は発生する电力量があまりに少ないため，使いものにならないと注目を浴びなかったのです。ところが，90年代に入ると特定の物质を使うことで电力量が飞跃的に増加することが判明しました。さらに，电池の构造自体の性能も格段に向上したことで，一跃脚光を浴びる分野になりました。この15年间で，発电量は数千から数万倍に飞跃的に増加し，実用化に向けてさらなる研究が期待されているところです。
世界初となるリンの回収は実験中の偶然から生まれた。
市桥 私たちは水処理の観点から，微生物燃料电池が电力を発生させる过程で，微生物による有机物の分解が起こることに着目しています。廃水に含まれる多量の有机物は，河川や湖沼（こしょう）等の汚染の原因の一つとなります。この有机物を燃料にしてうまく発电ができれば，エネルギーを回収するのと同时に，効率よく廃水を処理できるのではと考えました。
广冈 今回，私たちは微生物燃料电池でリンが回収できることを突き止めましたが，これは研究を进める中での偶然の発见でした。ある日，いつものように実験を行っていたところ，电极に付着物があることに気が付きました。注意深く観察してみると，キラキラと辉く结晶のような物体が见え，廃水中の他の微生物とは明らかに违いました。そこで详しく検査したところ，高浓度のリンだと判明したのです。以前から微生物燃料电池の电极にリンが付着する现象は起きていたと思いますが，他の研究者は必ずしも廃水処理が専门ではないため，リンを回収することに意识が向いていなかったのでしょう。だからこそ，私たちが世界初の発见に辿りつけたのだろうと推察しています。
市桥 それ以外にも，私たちが「実廃水」を使っていたことも大きなポイントでした。通常，微生物燃料电池の実験では人工廃水を使用します。人工廃水とは，実験に応じて人工的に成分量を调整して作られたものです。私たちはこうした人工廃水ではなく，実际の养豚廃水で実験を行っていたのですが，この廃水はリンの回収がしやすい条件がそろっていたのです。高浓度のリンが含まれていたことに加え，回収に必要なアンモニウムやマグネシウムなども适度に入っていた。こうした偶然が重なり合い，今回の発见に繋がりました。
广冈 リンは农业用肥料として広く使われるなど，暮らしに欠かせない大切な物质です。日本はほぼ全量を输入に頼っていますが，世界中で枯渇が心配されるため，近い将来，国家间の争夺戦が繰り広げられる危険性をはらんでいます。こうした贵重な资源であるにも関わらず，日本でのリンの年间输入量が80万トンであるのに対して，生活排水や家畜排泄物に含まれて廃弃される量は30万トンと言われています。加えて，廃水処理には膨大なエネルギーがかかりますが，廃水が潜在的に持っているエネルギーはその数倍と推测されます。だからこそ，私たちの研究により，効率的に廃水処理が行え，リンも自国でリサイクルできる，そんな仕组みが构筑できればいいなと思います。
実用化のためのハードルは，「大规模化」と「コスト」。
广冈 現在，微生物燃料電池は実験室レベルの小さなサイズが主流で，世界で最も大きなサイズのものでも1000リットル程度。これは一般家庭の浄化槽にも満たない大きさです。 さらにはコスト面も大きな課題になっています。大規模化，コスト削減という２つの大きな壁を乗り越え，大規模な発電施設として実用化されるには， まだ長い道のりがあると思いますが，私たちはいつかその日が来ると信じて，リンが効率的に回収できる方法をさらに研究していきたいと考えています。
市桥 个人の研究者として実用化に贡献できる范囲は限られていますが，世界中の研究者がこの分野に情热を注ぐことで，一歩ずつ着実に技术レベルは上がっていくはずです。また，有机物の除去だけに着目すれば，微生物燃料电池は従来の方法に比べて低エネルギーでの処理が可能です。大规模な発电は先になるとしても，微生物燃料电池を活用した水処理の省エネ化については，10～20年后には実用化が达成できるのでは，と期待しています。
研究を支える学生
廃水の中に含まれる贵重な资源を
有効活用する研究に魅力を感じています。
私は子どもの顷から环境问题に兴味があり，学部生の顷は别の大学で大気や土壌，水环境，廃弃物などあらゆる分野について学んでいました。そして，スリランカの地下水汚染の研究をきっかけにして水环境の分野に强い関心を抱きました。スリランカでは，一部地域の住民の间で発生している水による健康被害について调査したのですが，日本では毎日当たり前のように使っている水が，いかに贵重で大切なのかを痛感したのです。
现在，私は微生物燃料电池の研究の中でも燃料となる廃水の条件や微生物燃料电池の运転条件を変えて，それぞれの条件下でのリン回収量や発电量の変化を调べています。廃水中には贵重な资源がたくさん含まれています。资源の有効活用という点から非常に将来性のある技术だけに，この分野の研究に携われることにとても大きな魅力を感じています。
触媒の材料をより安価にすることで
微生物燃料电池の実用化に贡献したい。
私は学部生4年時に行う卒業研究に着手するまで，環境工学や土質力学などを中心に学んでいましたが，卒業研究に着手してからはそれまでと少し違う分野に携わることになり，微生物燃料電池の研究にほぼゼロから取り組み始めました。この研究を選んだのは广冈先生から誘われたのがきっかけですが，廃水から電気の調達ができる点について純粋にとても面白いなと感じています。
私が取り组んでいるのは触媒として使える新たな材料の研究です。微生物燃料电池の触媒には白金（プラチナ）が使われていますが，この代替物としてジルコニアを使った実験を行っています。白金に比べるとジルコニアの调达コストは1万分の1ほど。その分，性能は落ちますが，この微生物燃料电池を実用化するためにはコストダウンは必须条件。今后も试行错误を続けながら微生物燃料电池の実用化に少しでも贡献したいですね。
Q. リンとはどんな物質ですか？
础.生物にとって欠かせない贵重な资源です。
リンは生体内では遗伝情报の要となる顿狈础や搁狈础に存在するほか，骨格の主要构成要素の役割を担うなど，あらゆる生物にとって必须となる重要な元素です。また，リン酸は农业分野では窒素やカリウムとともに化学肥料の主要成分となっているほか，金属の表面加工，工业用触媒，食品添加物，农薬や杀虫剤など，幅広い用途で使われています。一方，肥料成分として代替品が存在しない贵重な资源であるにも関わらず，全世界の採掘可能なリン鉱石资源は约150亿トンに过ぎないため，近年は国际的な価格が大幅に上昇。リン鉱石をほぼ100％输入に頼る日本では，安定的なリンの确保が大きな课题となっています。
Q. 微生物燃料電池とは？
础.微生物が有机物を分解する时に出る电子で発电する电池です。
一般的に良く知られている燃料电池は，水の电気分解の逆反応を行うことで発电する电池のことですが，微生物燃料电池はこれとは异なるものです。微生物燃料电池では，微生物が有机物を分解する际に生じる电子を利用して発电を行います。廃水中から有机物を除去すると同时に电気エネルギーが回収できる画期的な技术として注目を集めています。
蚕.好気性生物と嫌気性生物の违いは？
础.活动に酸素を必要とするかしないかの违いです。
「好気性生物」とは酸素呼吸をしながら活动を行うタイプの生物のことで，「嫌気性生物」は反対に酸素を必要とせずに活动が行える生物のことです。食品工场や畜产场，家庭などから排出される有机物を多く含んだ廃水の処理には，主に活性汚泥法という好気性の微生物を利用する方法が用いられていますが，この方法では酸素の供给と増殖した微生物の処理に莫大なエネルギーが必要です。しかし，微生物燃料电池における有机物の分解では，嫌気性の微生物が使われるため酸素を供给する必要がなく，さらに微生物の増殖も少ないため，水処理に要するエネルギーを大幅に削减することが可能です。
