世界の微生物燃料電池市場規模は、2023年に2億8,517万米ドルと評価されています。2032年までに3億9,546万米ドルに達すると推定されており、予測期間（2024年から2032年）中に3.7％のCAGRで成長します。世界の微生物燃料電池市場は、主に下水産業からの微生物燃料電池に対する需要の高まりによって牽引されています。近年、工業化の進展に伴い廃水が大量に発生するため、MFCの需要が増加しています。さらに、従来のエネルギー源から再生可能エネルギー資源へのパラダイムシフトが起きており、これが世界市場をさらに牽引すると予想されています。
微生物燃料電池 (MFC) として知られる生物電気化学デバイスは、微生物の代謝エネルギーを利用可能な電気エネルギーに変換します。これらの細胞は主に、廃水やその他の有機基質などの有機物に含まれる化学エネルギーを、微生物の代謝プロセスを介して電気エネルギーに変換します。微生物燃料電池は、アノード、カソード、電解質、微生物という 4 つの基本要素で構成されています。
微生物燃料電池によって生成される電流は、電子デバイスに電力を供給したり、外部電力網を補ったりするために抽出および利用できます。 MFC は、従来の燃料電池と比較して、手頃な価格、環境への優しさ、再生可能エネルギーの利用、廃水を浄化できる可能性など、さまざまな利点を提供します。 MFC は、廃水の処理、有機廃棄物からの発電、特定の環境環境下でのリモート センサーや低電力デバイスへのエネルギーの供給など、さまざまな目的で広く研究されています。
ハイライト
| レポート指標 | 詳細 |
|---|---|
| 基準年 | 2023 |
| 研究期間 | 2022-2032 |
| 予想期間 | 2024-2032 |
| 年平均成長率 | 3.7% |
| 市場規模 | 2023 |
| 急成長市場 | アジア太平洋地域 |
| 最大市場 | 北米 |
| レポート範囲 | 収益予測、競合環境、成長要因、環境＆ランプ、規制情勢と動向 |
| 対象地域 |
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さまざまな業界にわたって携帯用水および廃水処理のニーズが高まっており、世界市場が推進されています。微生物燃料電池 (MFC) は、廃水から汚染物質を効果的に除去しながら発電できるため、廃水処理に対する実行可能かつ経済的なアプローチです。 MFC は、従来の廃水処理方法に通常関連する汚泥の生成と温室効果ガスの放出の両方を潜在的に減らすことができます。 ReliefWeb に掲載された研究論文によると、世界の都市廃水の年間発生量は 3,800 億立方メートルに達します。廃水発生量は 2030 年までに 24%、2050 年までに 51% 増加すると予測されています。
さらに、UpKeep が発行した記事で述べられているように、世界の廃水の約 80% は処理や再利用されずに生態系に戻されています。したがって、18 億人という驚くべき人々が飲料の必要性を汚染された水源に依存しており、廃水処理の必要性が高まっています。したがって、廃水処理の需要の増加により、予測期間中に微生物燃料電池の需要が高まると予想されます。
持続可能なエネルギー源に対する意識の高まりと導入も、世界市場を推進するもう一つの要因です。 MFC は、再生可能で豊富な有機材料から効率的に電力を生成することにより、化石燃料に代わる環境に優しく持続可能な代替手段を提供します。 MFC には、化石燃料への依存を減らし、気候変動や汚染による環境への影響を軽減する可能性があります。
国際エネルギー機関 (IEA) の報告によると、世界の再生可能エネルギー容量は前例のない 107 ギガワット (GW) の大幅な増加となり、2023 年までに合計 440 GW 以上に達すると予測されています。さらに、再生可能エネルギー容量は、2025 年までに世界の電力生産量の 35% を占めると予想されます。再生可能エネルギーの普及拡大により、今後数年間で MFC 市場に収益性の見通しが生まれると予想されます。
世界市場の拡大に対する主な障壁は、MFC に関連する高額な初期費用と継続的な運用費用です。 MFC の高性能と効率を高めるには、電極、膜、触媒、反応器などの高価な材料とコンポーネントを使用する必要があります。微生物燃料電池 (MFC) は、サイズを拡大したり、既存の電力網やシステムに組み込んだりすることが困難になります。さらに、微生物燃料電池 (MFC) は出力密度と安定性が低下しており、その実用性と商業的実現可能性が制約されています。
MFC テクノロジーの効率向上と新たな用途の発見に重点を置いた継続的な研究開発の取り組みは、市場の拡大を促進する上で重要な役割を果たしてきました。たとえば、2023 年 10 月、研究者らは、車両の排気すすを微生物燃料電池の電極材料として使用することが、グラフェンなどの炭素ベースの材料の費用対効果の高い代替品であることを発見しました。このアプローチは、MFC の機能を向上させるだけでなく、車両の排気すすを持続可能なエネルギー生産と廃水処理のための有用な資源に変換することで、環境問題にも対処します。
さらに、2023年9月にはEPFLの研究者らが大腸菌の遺伝子組み換えに成功し、電気を生成することに成功した。細菌を操作して細胞外電子伝達 (EET) を強化することにより、遺伝子操作された大腸菌は、さまざまな有機基質の代謝過程で電気を生成することができます。遺伝子組み換え細菌はビール醸造所からの廃水を含む多くの環境で優れた性能を実証したため、この発見は廃棄物管理とエネルギー生成に変革をもたらす可能性がある。改変された大腸菌は、微生物燃料電池、電気合成、バイオセンシング用途にも使用できます。したがって、これらの特性は市場成長の機会を生み出すと予想されます。
世界の微生物燃料電池市場は、種類、用途、エンドユーザーに分かれています。
種類に基づいて、世界市場はメディエーター、メディエーターフリー、微生物電気分解、光合成バイオフィルム、および土壌ベースに分類されます。
微生物細胞と電極間の直接的な電子輸送は、微生物の外膜バリアや不適切な導電性などの要因によって妨げられることがあります。これらの制約に対処するために、メディエーターが微生物燃料電池システムに組み込まれています。メディエーターは、微生物触媒から電極に電子を輸送することにより、微生物細胞と電極の間の電子の通過を助ける化学物質です。これにより、電子伝達プロセスの全体的な効率が最適化され、微生物燃料電池の発電量が向上します。微生物燃料電池は、キノンや酸化還元色素などの化学物質など、さまざまなメディエーターを使用します。これらのメディエーターは電子伝達体として機能し、細菌から電極への電子の流れを促進し、微生物燃料電池の全体的な効率を高めます。
アプリケーションに基づいて、世界市場は発電、廃水処理、水素製造、淡水化、リモートセンサー、リモート電源、バイオセンサー、およびその他のアプリケーションに分類されます。
微生物燃料電池の主な目的は電気を生成することです。ただし、微生物電解セル (MEC) または水素製造のための微生物電気分解 (MEHP) として知られる技術を使用した水素製造についても研究されています。発電用の MFC は、水素の生成を促進するために適合または利用することもできます。 MEC は微生物電解セルの略で、特に水素を生成するように設計された特殊な MFC です。
典型的な微生物電気化学セル (MEC) では、微生物は有機材料を基質として利用し、電子とプロトンを生成します。その後、これらの電子は外部回路を通ってカソードに向かい、そこでプロトンとの反応と還元を受けて水素ガスを生成します。これは微生物電気分解の一種で、微生物が電気分解プロセスを促進します。
世界市場は、エンドユーザーに基づいて、農業、食品と飲料、ヘルスケア、政府と自治体、住宅と商業、産業、輸送、軍事などに分かれています。
微生物燃料電池は、食品および飲料 (F&B) 業界でいくつかの用途に利用できます。 MFC は、最小限ではありますが、一貫した電流の流れを提供できます。この電力は、品質保証のためのセンサーや監視システムなど、食品および飲料分野のエネルギー効率の高い技術を運用するために利用できます。 MFC の採用は持続可能な慣行と一致しており、有機廃棄物に依存したエネルギー生成を提供します。
さらに、エネルギー生成のために廃棄物の流れを利用することは、食品および飲料業界の環境への影響を軽減するのに役立ちます。 MFC をバイオセンサー システムに組み込んで、微生物の活動や特定の食品および飲料の生産パラメータを監視することができます。リアルタイム監視を利用することで、製品の品質を維持し、安全規制への準拠を保証できます。
世界の微生物燃料電池市場は、地域に基づいて、北米、ヨーロッパ、アジア太平洋、ラテンアメリカ、中東、アフリカに分かれています。
北米は世界の微生物燃料電池市場の最も重要な株主であり、予測期間中に大幅に拡大すると予想されています。 この優位性は、再生可能エネルギーの広範な利用、高度な研究開発の取り組み、政府の有利な政策と取り組みによるものです。気候変動・エネルギーセンターの報告によると、2020年に再生可能資源は米国のさまざまな分野で利用された総エネルギーの約5％を占めた。米国では、今後 30 年間に再生可能エネルギー消費が年平均 2.4 パーセント増加すると予測されています。この増加率は、現在の慣行に大きな変更がないと仮定した場合、全体の年間エネルギー消費増加率 0.5 パーセントよりも大きくなります。
2020 年には、再生可能エネルギー源が発電量の 19.8% を占め、主に水力発電と風力発電によって支えられました。この割合は、2030 年までに 35% に増加すると予測されています。風力と太陽のエネルギー源が成長のほとんどを担うと予想されています。非水力再生可能エネルギーによる発電の割合は、2005 年から 2020 年の間に 1% 未満から 12.5% 以上に劇的に増加しました。この成長は、電力需要が比較的安定しているにもかかわらず発生しました。
さらに、MFC の機能を徹底的に調査するための研究開発の取り組みも拡大しています。たとえば、2024 年 1 月、イリノイ州ノースウェスタン大学のチームは、土壌に生息する微生物からエネルギーを抽出できる新しい燃料電池の作成に成功しました。燃料はほぼ本の大きさで、グリーンインフラや精密農業に使用される地下センサーに電力を供給することができる。使用中に土壌に浸透する可能性のある有害物質や可燃性物質を使用するバッテリーの、持続可能で再生可能な代替品となります。さらに、バッテリーの製造に使用される材料は紛争の影響を受けたサプライチェーンに由来しており、電子廃棄物の蓄積の一因となっています。したがって、上記の要因は、予測される期間全体を通じて市場の拡大を加速します。
アジア太平洋地域は、中国、インド、日本、韓国などの新興国における産業、都市部の急速な発展、人口増加、エネルギー需要の増加により、市場で最も高い成長率を経験すると予想されています。これらの国は、廃水、食品廃棄物、農業残渣などの有機基質が大量に供給されているため、微生物燃料電池 (MFC) の大きな可能性を秘めています。さらに、水不足、汚染、エネルギー安全保障の問題にも直面しています。さらに、これらの国々は MFC の研究と進歩に多大な投資を行っており、業界の主要参加者との協力とパートナーシップを形成しています。
たとえば、2023年11月、日本の立命館大学の研究者は、浮遊微生物燃料電池（FMFC）を使用した自己給電型バイオセンサーを作成しました。このバイオセンサーは、湖や川の有機汚染物質の存在を継続的に監視するように設計されています。彼らは、酸化が起こり電子が放出される電極であるFMFCのアノードに起電性バクテリアを含む土壌を添加することでこれを達成した。次に、陽極細菌は水中の有機物を分解し、蓄えられた化学エネルギーを電気に変換しました。その後、電気出力を利用して、汚染水中の有機廃棄物含有量を定量化しました。これらの側面は地域市場の成長に貢献します。
