微生物燃料電池は、微生物の代謝を利用して有機物を電気エネルギーに変換する装置のことだ。「発電する微生物の存在はおよそ100年前から知られていましたが、2000年代初め、シュワネラ菌に代表されるように、有機物を分解して発電する発電菌と呼ばれる微生物が発見されたことで、一気に研究が加速しました」。そう語る渡邉一哉教授は、いち早くこの微生物の活性に着目し、微生物燃料電池の研究で世界をけん引している。

通常微生物は、有機物を酸化分解する際に電子を発生し、それを外界から取り入れた酸素に渡すことでエネルギーを得る（酸素呼吸）。酸素がなければ、当然電子を渡すことができず、エネルギーを取り出すことはできない。ところが発電菌は、有機物を分解する際に発生する電子を体外へ放出する機能を持っており、酸素がなくても有機物からエネルギーを取り出すことができる。渡邉教授はこの発電菌を利用した微生物燃料電池の開発に取り組んでいる。その用途として最も実用化に近づいているのが、生活排水や工業廃水などの汚水処理への適用だという。

教授らは、絶縁膜を挟んで負極と正極を一本化したカセット電極を作成し、汚水処理に適した微生物燃料電池を開発した。汚水の入った反応槽にカセットを挿入し、発電菌によって汚濁廃水の有機物を分解するとともに、微生物から放出された電子を負極で回収し、カセットを通じて正極に伝えて発電する仕組みだ。曝気に必要な電力量を削減できるだけでなく、発生したエネルギーを電気として取り出してしまうため微生物の増加も抑えられ、余剰汚泥の量も削減できる。

実験室では、活性汚泥法と同等の有機物の処理速度を確認しており、現在は、実用化に向け、企業でスケールアップの技術開発が進められている。早ければ数年以内に実用化される可能性もあるという。「全国の下水処理場で使われる電力量は、日本の総電力使用量の約1％にのぼるといわれています。私たちの開発した微生物燃料電池が取って代われば、社会にとってもインパクトのある省エネ効果を生み出せます」と渡邉教授は言う。

渡邉教授の研究室では、発電菌をはじめメタン発酵を行う微生物のゲノム解析を行い、その機能を解明することにも力を注いでいる。メカニズムが明らかになってこそ環境保全やエネルギー生産への応用展開にも新たな可能性が見えてくる。工業展開のベースとなる基礎研究も大学の役割だと考えているからだ。

有用な微生物の探索も継続している。千葉県野田市にある実験用の圃場では、稲の根圏土壌と水中に電極を指し、「田んぼ発電」を行い、未知の電流生成菌を発見しようとしている。「私たちの身近な土壌にも、まだ知られていないユニークな活性を持った微生物が数多くいると考えられています。新しい微生物が見つかる可能性は無限にあります」と渡邉教授。人類が目指す循環型社会の実現に貢献する研究成果に期待したい。