• KAUSTの研究者は、廃水に自然に存在する微生物を使って廃水を浄化し、貴重な資源を抽出してる。
• このシステムは、従来の廃水処理方法によくあるエネルギーの使用量と汚泥の蓄積を減らす。

タマラ・アボアルサウド

リヤド：排水処理の答えが水そのものにあったらどうだろう？キング・アブドゥラー科学技術大学（KAUST）では、パスカル・サイカリ教授率いるチームが、排水に含まれる微生物の自然力を活用して、排水を浄化するだけでなく、エネルギーを生成し、貴重な資源を生み出している。

サイカリ教授のチームは、古いエネルギー集約型システムに頼るのではなく、廃棄物を持続可能性のツールに変える革新的な自然由来のソリューションを開発している。その核心技術とは、特定の微生物の「呼吸」の仕組みを活用した微生物電気化学システムだ。

一部の微生物は、細胞外電子移動と呼ばれるプロセスを通じて、電子を細胞外に固体表面に移動させることができます。適切な条件下では、これにより小さながらも有用な電気電流が生じる。

「陽極では酸化が起こって、基本的に電子が放出されます。陰極では、電子が吸収されるような感じです」と、サイカリー教授はアラブニュースに述べた。「陽極側で電子を放出する微生物がいます。陰極側には、その電子を捕まえることができる微生物がいるのです」

このプロセスは、自然の微生物の活動とpH、電極電位、基質の種類などの制御された条件を活用し、廃水処理的同时にエネルギーやメタンなどの化学物質を回収する。

「プロセス全体に追加のエネルギーを投入しないため、エネルギー消費を削減できます」とサイカリー教授は説明した。

従来の廃水処理方法は100年以上前に開発され、曝気依存度が非常に高いのに対し、これらの新システムははるかに効率的である。サイカリー教授によると、現在の方法は1立方メートルあたりの処理水に0.6キロワット時のエネルギーを必要とし、大量の残渣スラッジを生成する。

「現在使用している技術は多くの残渣固形物を生成します」と彼は述べた。「生物学的処理プロセスでは、必ず廃棄物が生成されます。この廃棄物は残留廃棄物や活性汚泥と呼ばれ、処分する必要があります」

「これは処理プロセスで追加のコストが発生することを意味します。つまり、エネルギー消費が激しく、大量の残留固形物を生成するのです」

KAUSTのチームが開発した微生物システムは、汚染物質を除去するだけでなく、適切な運転条件下では二酸化炭素を固定化し、メタンガスや酢酸塩に変換できる。これらはいずれも再生可能燃料として利用可能である。

「微生物なしで運転すれば水素を生産でき、微生物と共に運転すればメタンガスや他の種類の基質を生成できます」とサイカリー教授は言う。

目標は、単に廃棄物を処理するだけでなく、そこから価値ある資源を回収することである。「私たちが開発したすべてのバイオテクノロジーはこの原則に基づいています」とサイカリー教授は言う。「廃棄物を処理しながら同時に資源を回収する。それが私たちの原則です」

サイカリー教授のチームが開発したもう一つの革新技術は、微生物連鎖延長技術である。有機廃棄物の埋立処分に代わる技術として設計されたこのプロセスは、食品や乳製品廃棄物を低価値のメタンではなく、高価値の化学物質に変換する。

「ビジョン2030によると、2030年または2035年までにすべての埋立処分場が閉鎖され、廃棄物は埋立処分場から転用される必要があります」とサイカリー教授は述べた。「これは、生成される大量の有機廃棄物に対する代替ソリューションが緊急に必要であることを意味します」

このプロセスの副産物には、16種類の必須アミノ酸を含むタンパク質豊富な物質であるカセインが含まれており、養殖や家禽の飼料として適している。

「私たちはKAUSTの水産養殖プログラムと協議中です」とサイカリー教授は述べた。「また、石油化学会社のSipchemとも協議中です。彼らは当社の製品をポリマーの製造に活用したいと考えています。メタンガスよりもはるかに広範で価値の高い応用分野の大きな可能性が存在します」

チームは、元KAUST研究者のモハメド・アリ氏と共同開発したコンパクトな移動式廃水処理プラント「好気性粒状スラッジ重力駆動膜システム」も開発している。このシステムは、エネルギー消費の多い曝気やポンプを必要とせずに家庭用廃水を処理するため、農村部や遠隔地での使用に最適である。

このシステムは、サウジアラビアのラビグで既に使用されており、最大2,000人を対象に、1日あたり150立方メートルの廃水を処理するように設計されている。

これらのイノベーションは、サイカリー教授と彼のチームが推進する、廃棄物を「処分する対象」ではなく「変換する対象」として再考する取り組みの一環である。これらの技術の多くは、まだ商業化まで数ステップ残っているが、科学と持続可能性がどのように連携できるかを既に示している。

「私たちは、廃棄物を単に処理・処分する対象としてではなく、資源を回収するための廃棄物として考えたい」とサイカリー教授は述べている。