エチオピアにおけるコーヒー殻廃棄物の嫌気性消化によるバイオガス化の可能性に関する研究

Study on the biogas potential of anaerobic digestion of coffee husks wastes in Ethiopia.

• Ning Du
• Meng Li
• Qian Zhang
• Mihret Dananto Ulsido
• Ruyi Xu
• Wansong Huang

抄録

エチオピアでは、コーヒー殻の排出が管理されていないため、環境汚染が深刻であり、資源の浪費となっている。コーヒー殻廃棄物に含まれる揮発性固体と炭素の含有量から、有機物が豊富であり、バイオガスを生産できる可能性があることがわかる。本研究では、嫌気性消化によるバイオマス生産の可能性を、温度、初期pH、接種体/基質（I/S）比、炭素/窒素（C/N）比に基づいて調査した。その結果、好気性温度(35±1℃)、初期pH7、I/S比0.75、C/N比30の条件で、バイオガスの最大生産量は3359.6ml、メタンの最大生産量は2127.30mlに達することが明らかになった。この結果をもとに、微量元素(Fe, Ni, Co)がバイオガス生産量及びメタン含有量に及ぼす影響についても検討した。微量元素を添加した実験では、微量元素を添加しなかった群と比較して、バイオガス生産量とメタン量に有意な増強効果があり、その中でFeが主役であった（<0.05）。鉄はコーヒー殻の加水分解と酸性化を促進し、揮発性脂肪酸などの一連の中間体やその他の溶解有機物の生成をもたらした。さらに、Ni、Co、Feの協力により、メタン菌の酵素系の活性が向上し、メタン生成が促進された。以上の結果から、コーヒー殻は嫌気性消化によるバイオガス化の可能性を有しており、その有効利用は、エチオピアにおける固形廃棄物の再生利用と地域の環境保護という二重の目的を果たす可能性があることが明らかになった。

The poorly controlled discharge of coffee husks in Ethiopia causes severe environmental pollution and is a waste of resources. The volatile solid and carbon content in coffee husks waste indicates that it is rich in organic matter and has huge potential to produce biogas. This study investigated the feasibility of coffee husks to produce biomass through anaerobic digestion, based on temperature, initial pH, inoculum/substrate (I/S) ratio and carbon/nitrogen (C/N) ratio. The study demonstrated that the maximum production of biogas and methane reached 3359.6 ml and 2127.30 ml, respectively, under the conditions of mesophilic temperature (35±1°C), an initial pH of 7, an I/S ratio of 0.75 and a C/N ratio of 30. Based on this result, the effects of trace elements (Fe, Ni, Co) on biogas production and methane content were also explored. Compared with the group with no addition of trace elements, the experiment adding trace elements had significant enhancement effects on the production of biogas and methane, in which Fe played a leading role (<0.05). Fe promoted the hydrolysis and acidification of coffee husks, resulting in the production of a series of intermediates such as volatile fatty acids and the other kinds of dissolved organic matter. Furthermore, the cooperation of Ni, Co and Fe enhanced the activity of the enzyme system in methanogens, promoting methane production. The results in this paper show that coffee husks have clear biogas potential through anaerobic digestion, and its effective utilization could fulfill the dual purpose of solid waste reclamation and local environmental protection in Ethiopia.