これまでアイデアよもやま話 No.1238 世界の驚き発電！などで様々な発電装置についてご紹介してきました。
そうした中、４月２４日（日）放送の「サイエンスＺＥＲＯ」（ＮＨＫＥテレ）で「“発電菌”研究の最前線」をテーマに取り上げていましたので２回にわたってご紹介します。
１回目は、微生物燃料電池の仕組みについてです。
電気を生み出す目には見えないほどの小さな微生物がいるといいます。
それが今回ご紹介する“発電菌”です。
この“発電菌”を使った微生物燃料電池の研究が世界中で進められています。
なんとその“発電菌”がエネルギー問題の救世主になるかもしれないというのです。
発電だけではありません。
大きな省エネ効果も期待出来ることも分かり、国も注目しています。
“発電菌”は今世界中で注目されており、アメリカを中心に中国や韓国でも活発に研究が行われています。
アメリカではこの“発電菌”を使って携帯電話を充電するプロジェクトがあり、マイクロソフト創業者のビル・ゲイツさんが支援しているといいます。
日本でもおよそ９億円をかけたプロジェクトがあり、期待が高まっています。
今年４月から電力自由化が始まり、注目を集めている再生可能エネルギーですが、昨年電気事業者による発電量は、太陽光、地熱、風力など合わせておよそ５０億ｋｗｈです。
なんと“発電菌”はこれ以上の効果をもたらしてくれるという国の期待もあるのです。
東京薬科大学（東京都八王子市）で微生物の研究を行っている生物科学部の渡邉 一哉教授は２００４年から“発電菌”に注目し、“発電菌”が生み出す電気をエネルギーとして利用出来ないか研究を重ねてきました。
渡邉教授は、番組の中で次のようにおっしゃっています。
「ジオバスターという菌がいるんですけども、新エネルギーとしての期待が出てくるんじゃないかと思います。」
ジオバスター菌はわずか１０００分の２ミリです。
このジオバスター菌が多く生息しているのは田んぼの土の中なのです。
そこで、渡邉教授は２００７年から田んぼで発電する実験を行っています。
渡邉教授は、番組の中で次のようにおっしゃっています。
「稲が光合成によって作った有機物の一部が根から出てくるんですね。」
「その有機物を微生物が食べて電気に変える。」
マイナスの電極を田んぼの土の中に、プラスの電極を水の中におきます。
稲が太陽の光を浴びて光合成を行うと根から酢酸などの有機物が出てきます。
土の中にいる“発電菌”はこの有機物を餌として体内に取り込みます。
そして、有機物を分解する際に体外に電子を放出するのです。
この電子はマイナス極で回収され、回路を通ってプラス極に移動します。
この時に発生する電流で電気を得るという仕組みです。
１�崚�たりの発電量は約５０ｍｗ、携帯音楽プレイヤーを動かせるくらいの電力が得られるのです。
渡邉教授は、番組の中で次のようにおっしゃっています。
「（田んぼ発電の研究を始めたきっかけについて、）“発電菌”が発見されて、これは非常に今までの微生物と違って面白いと思って、しばらく研究していくうちに意外とどこでも“発電菌”はいるんだと。」
「例えば庭の土とか、田んぼの土の中にもいるんだっていうことが分かってきて、それだったら田んぼでも発電出来るんじゃないかと思ったんですね。」
「それで田んぼ発電という研究を始めたんです。」
「（光合成の有機物を使って発電する発電量は変動するのかという問いに対して、）稲が光合成をしている時は沢山有機物を作ってくれて、その一部を根から放出してくれるんですね。」
「その有機物を使って微生物が発電するので、昼間の光の当たっている時は発電量が上がってきます。」
「夜になると下がってくるという。」
「（“発電菌”はいつ発見されたのかという問いに対して、）シュワネラ菌というのが初めて発見された“発電菌”と言われているんですが、これは１９８０年代にアメリカのニューヨークのそばの湖底から発見されました。」
「ただその時は“発電菌”としてではなくて金属に電子を渡す菌として発見されたんですね。」
「ということは、発電装置に入れれば電極にも電気を渡せるかもしれないって、初めてやって発電出来るんだというのが見つかったのが２０００年頃になります。」
「（その時の反響は大きかったのではという問いに対して、）微生物と発電するというのは中々つながらないですし、やっぱりそういうメカニズムを知りたいとか、すごく生物学的な反響が大きかったですね。」
「それと同時に、もし発電出来るんだったら我々の生活に役立てられるかもしれないって考える人も多くて、そういう開発にも火が点いたということになっています。」
では、どのように“発電菌”は電子を出しているのでしょうか。
人間を含む全ての生物が生きるために食糧を食べてエネルギーを取り込みます。
この時、食糧である有機物は体内で分解されます。
その過程で電子が発生し、その電子を対外に放出するサイクルを持っています。
人間などの酸素呼吸をする生物はこの電子を酸素と反応させ、水に変えて体外に放出させています。
一方、“発電菌”が発見されたのはアメリカ・ニューヨークにあるオナイダ湖の酸素がほとんどない湖底です。
この環境で“発電菌”はどのようにして電子を体外に放出しているのでしょうか。
実は“発電菌”は体外に電子を放出する独自の経路を持っているのです。
細胞膜に電子を通す特殊なタンパク質があり、細胞の中から外に電子を移動させることが出来るのです。
つまり有機物を食べて発生した電子をそのまま体外にある金属などに放出することが出来るのです。
この電子こそ“発電菌”が生み出す電気の源なのです。
渡邉教授は、番組の中で次のようにおっしゃっています。
「（“発電菌”は他にもあるのかという問いに対して、）シュワネラ菌は一つの代表菌ですが、ジオバクター菌とかだいたい今まで２０種類くらい“発電菌”であるということで詳しく調べられているものがあります。」
「（“発電菌”はそのまま電子を体外に放出することについて、）何らかのかたちで有機物を分解してどこかに電子を出したいんですよね。」
「で、その出す先が我々は酸素しか使えない。」
「だから、酸素が無いと生きていけないんですが、“発電菌”は例えば細胞の外の鉄鉱石であるとか電極であるとかそういうところにも出せるので酸素が無い環境でも生きれるということになりますね。」
「（“発電菌”が電子を放出する能力をどのように身に付けたのかという問いに対して、）昔の地球は酸素が無い環境だったんですね。」
「で、そういう時にいろんな代謝能力を微生物が身に付けて、そういう中で一つ獲得した能力が細胞の部分に電子を出すということじゃないかというふうに考えますね。」
さて、今こうした“発電菌”を使って開発が進められているのが微生物に燃料を与えながら発電する微生物燃料電池です。
その仕組みは、シュワネラ菌が燃料とする乳酸菌を微生物燃料電池の中に入れるとシュワネラ菌は乳酸菌を分解して電子を出すのですが、電子を出すのがマイナス極のグラファイトです。
そして、プラス極では電子と酸素が反応して水が出来、全体として化学反応が成り立っているということです。
渡邉教授は、番組の中で次のようにおっしゃっています。
「（“発電菌”の種類によって発電量は変わるのかという問いに対して、）発電量もそれなりに違いますが、大きな特徴は“発電菌”ごとに好む餌が違うっていうんですかね。」
「例えば、シュワネラ菌だったら乳酸をすごく好んで食べるんですね。」
「ジオバクター菌は酢酸を好んで食べるということで、菌によって好きな有機物が違うということはありますね。」
「もう一つ面白いのは、シュワネラ菌は乳酸を食べながら酢酸を作るんですね。」
「そうするとその酢酸を今度はジオバクター菌が食べられるので、２つ混ぜてあげると発電量が上がるんです。」
以上、番組を通して微生物燃料電池の仕組みについてご紹介してきました。
発電する菌の存在にも驚きですが、その“発電菌”がエネルギー問題の救世主になる可能性を秘めているだけでなく、しかも大きな省エネ効果も期待出来るというのです。
ところが、この微生物燃料電池にはある問題があるといいます。
そこで次回は、微生物燃料電池の問題とその解決策についてご紹介します。
