講義の目的 講義の方法 講義予定 「生物リサイクル工学特論」について 2019年４月19日 大学院生命体工学研究科 生体機能専攻 白井義人 　　　　　　「生物リサイクル工学特論」について 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2019年４月19日 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大学院生命体工学研究科 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生体機能専攻 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　白井義人 講義の目的 廃棄物のリサイクルと資源化について生物機能を模倣、利用して合理的な 方法論を知らしめること。 講義の方法 毎回、廃棄物のリサイクルと資源化に関するトピックス的話題を提供し、生 物機能（代謝、競争、共生、寄生、進化等）と比較しつつ、合理的なリサイク ル・資源化法について学生諸君と共に考察する。 講義予定 ４月19日　講義方法の説明。リサイクルに関する基本的な考え方 　　　　　　「生ゴミからプラスチックの生産」 ‐都市の肝臓‐ ４月26日　ケミカルリサイクルについて 　　　　　　「グリーンプラスチックのケミカルリサイクル」 　　　　　　‐都市の食物連鎖‐ ４月26日 　地球温暖化とヒートアイランド 　　　　　　「生ゴミ肥料とビル緑化」 ‐都市の共生‐ ５月10日　都市ゴミ発電（バイオ発電） 　　　　　　「RDF発電の問題点とその解決」 　　　　　　‐都市のエネルギー代謝‐ ５月10日　都市における廃棄物の輸送 　　　　　　「メタン発酵と下水官」 　　　　　　‐都市の循環系‐ ５月10日　リサイクルにおける経済性とは？ 　　　　　　「空き缶デポジットくじ」 　　　　　　‐都市の競争‐ ５月17日　温暖化ガス削減と国際的取り組み 　　　　　　「パームオイル産業におけるメタンの削減」 　　　　　　‐地球規模の共生‐

５月17日　 沙漠緑化と新エネルギー 　　　　　　「沙漠における太陽電池発電と水素エネルギー」 　　　　　　‐地球規模の競争と進化‐ ５月24日　ゼロエミッション社会について 　　　　　　「廃棄物の資源化とゼロエミッション」 　　　　　　‐都市における競争、寄生と共生のための共進化‐ ５月24日　ゼロエミッション社会実現シナリオ 　　　　　　「都市のゼロエミッションと環境産業」 　　　　　　‐都市の進化‐ ５月24日　 ５月22日　リサイクル社会批判 　　　　　　「これまでのリサイクル議論について」 　　　　　　‐進化した生態系としての都市‐ ５月24日　目指すべき21世紀型環境都市 　　　　　　「生物リサイクル工学とは何か」 　　　　　　‐さらなる都市進化の方向性‐ ５月31日　 生物リサイクル工学討論会 ５月31日　 生物リサイクル工学討論会２ ６月７日　　生物リサイクル工学討論会３ ６月７日　　生物リサイクル工学討論会４ ６月７日　　生物リサイクル工学発表会 成績と評価 出席と提出レポート及び生物リサイクル工学討論会における発言内容に より評価する。特に、生物リサイクル工学の確立に貢献した意見や提案の あったレポートには高い評価をつける。

都市のエネルギー問題の解決のため 都市のエネルギー問題 エネルギー需要の増加 エネルギー密度の増加 都市機能増強 車の増加 温暖化ガス問題 ライフスタイル、人口過密 エネルギー需要の増加 エネルギー密度の増加 都市機能増強 車の増加 温暖化ガス問題 化石燃料依存 　　　　　・ 人口過密、経済性、産業構造 利便性、経済性、ライフスタイル ライフスタイル、経済性、産業構造 経済性、産業構造、ライフスタイル 産業構造、ライフスタイル、経済性 都市のエネルギー問題の解決のため 産業構造、ライフスタイル、経済性の見直し 戦略目標：現在のライフスタイルと経済性を肯定して 　　　　　　　エネルギーの安定供給ができる産業構造

グリコーゲン 脂肪 戦略目標達成のための戦術 ・原子力発電の推進 ←安心できない ・自然エネルギーの利用 ←密度が低い ・原子力発電の推進　　　　　 ←安心できない ・自然エネルギーの利用　　　←密度が低い ・再生可能エネルギーの利用←経済性が低い ・省エネルギーの推進　　　　 ←もはや限界 生体のエネルギー獲得 C6H12O6 + 6O2 + 36 Pi + 36ADP 　　→ 6CO2 + 6H2O + 36ATP 脳 グリコーゲン NADH + 1/2O2 + H+ + 3Pi + 3ADP → NAD+ + H2O + 3ATP ATP 1molの合成 に 7.7kcal 必要 筋肉 筋肉 心臓 肺 肺 グルコースの燃焼 で688kcal/mol 肝臓 胃 7.7×36/688 = 0.403 大腸 腎臓 生体のエネルギー 変換効率 小腸 脂肪 直腸

・エネルギーのストック（グリコーゲン、脂肪） ・低温かつ定温でのエネルギー変換 生体におけるエネルギー獲得の特徴 ・比較的高いエネルギー変換効率（40％） ・エネルギーのストック（グリコーゲン、脂肪） ・低温かつ定温でのエネルギー変換 都市におけるエネルギー獲得の特徴 ・主に熱からのエネルギー獲得 　　　　　　　　←　低いエネルギー変換効率 ・エネルギーのストック（化石資源） 　　　　　　　　←　資源の枯渇と地球温暖化 ・高温の操作環境 　　　　　　　　←　安全性と大きな投資 熱と運動エネルギーの関係 運動エネルギーはすべて熱に！ 熱はすべて運動エネルギーに変わるわけではない カルノー効率以上は不可能 Q = 0 Ｑ１ Ｔ１ η= （Ｑ１－Ｑ２）/Ｑ１ 　　　　　　＝　1－Ｔ２/Ｔ１ 膨張 収縮 P Ｔ２ Q = 0 →　熱はエネルギーの墓場 Ｑ２ V

水素 生ゴミの乾燥 都市のＲＤＦ発電とその問題点 Refuse Derived Fuel （ゴミ起源燃料） 地域でゴミを乾燥、圧縮してＲＤＦ発電所に輸送する 都市ゴミの水分とＲＤＦの嵩が問題 ゴミの乾燥と加工のエネルギー ＜ 発電量？？ 都市ゴミ発電の問題点 ・発熱量が不安定 ・温度が低い ・スケールメリットがない 生ゴミの乾燥 エネルギーバッファー 家庭での 自然エネルギーの利用 水素

生ゴミの家庭での乾燥の意義 4人家族で1日１ｋｇの生ごみ　 　　　　→　1日　800ｇの水分を蒸発させればよい 洗濯ものを乾かすよりエネルギーは要らない！ 問題は取り扱いと防臭

生ゴミ全国ネットワーク 福渡事務局長のアイデア 太陽 新聞紙で包む 風 網のかご ・1日で生ゴミはカサカサに乾く ・臭わない ・毎日生ゴミを入れて1週間から10日後に 　回収すればよい ・分別が容易 ＊生ゴミの水分が新聞紙上を毛管現象で広がる ＊広い表面積で乾燥速度が上がる ＊新聞紙に加え、乾燥した生ゴミ成分が防臭に役立つ 　（選択拡散理論で説明できる） 水分のみ移動 コーヒー成分の皮膜（塊） 皮膜のために香り成分は移動できない コーヒーの噴霧乾燥

水素の特徴 ・重量あたりの発熱量が大きい 約3万kcal/kg ・無害である ・水しか副生しないクリーンエネルギー ・金属内に貯蔵できる 水素とメタンの物性比較 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水素　　　　　　メタン 分子量 2.016 16.04 沸点 -252.6 -161.2 密度（気体） 8.2×10-5 7.17×10-4 発熱量[25℃, kcal/m3] 2580 8562 [25℃, kcal/kg] 30972 12843 可燃混合率[%]（空気中） 4～75 5～15 最小点火エネルギー[mJ]　　　 　0.02 0.3 酸素中最高温度[℃] 2800 2600 燃焼速度[m/sec] 2.87 0.31 製法　アルカリ水の電気分解 水素１Nm3に3.5kWh=3010kcal必要 2580/3010→86%の効率で電気を水素化 電気貯蔵用のエネルギーバッファーに

水素の問題点 １．製造貯蔵コストが高い ２．メタンより貯蔵、輸送が難しい ３．水素用のインフラができていない ・沸点がメタンより100℃も低く、液化が難しい ・引火性等、メタンより危険 ・ニッケル・マグネシウム合金の結晶格子間に 　水素がうまくはまり込むが、重量あたり１％程 　度しか貯蔵できない 容積あたりでは金属の比重を８とすれば 80ｇ/Lとなり、2400kcal/Lとなり、メタノール 程度はある。 しかし、重さの点でタンカー等に組み込む ことは不可能 今後の研究に拠るところが大きい