（10）循環共生システム研究室
循環共生システム研究室【寄附分野】

バイオマスコミュニティ
プランニング分野

石井一英（客員教授）
古市 徹助教石川志保（新任）（特任助教）落合 知

PDJumana Ali Falah Al-mallahi

D3(2)Afif Faiq Muhammad、Faisal Bin Ariffin

Ｍ２(4)中島拓海、平岡夏生、水谷圭佑、吉松 凜

Ｍ１(6)遠藤太一、坂田久尚、篠田奈々子、嶋村朱音、髙橋実乃里、中嶋彩乃

Ｂ４(?)

5～6名

事務補助

（小島久美子）教授
准教授

研究室コンセプト
目的：「50年先の物（廃棄物とバイオマス）とエネルギーの持続的循環システムのあり方」の追求
内容：
・地域活性につながるバイオエネルギー利用
・新しい価値を創出する静脈－動脈系システムの提案
指導方針：
・システムズアプローチの習得（知的生産）・実験とデスクワークの両立（卒論・修論を通して）（工学、理学、経済学、社会学の融合）

扱う問題の種類
Well defined problem
・対象となる問題について、目的や制約条件、解決の方法、方針、評価の仕方が明確・数式モデルで表現でき、数値的に取り扱える。

Poor defined problem

廃棄物等の環境問題

・対象となるものが定性的には内容がつかめているが、数式モデルで表現できない。

Ill defined problem or undefined problem
・対象の特徴が定性的にも容易に把握できない。人間を対象にした問題。
・目的、制約条件、解決の方法、方針、評価の仕方がはっきりしていない。
・自分で問題設定することから始まる

本研究室の卒・修論の考え方・手順
動機付け
なぜやるのか、背景？
問題分析(S) 目的は？

前期
ゼミ

毎週月曜日16:30～（月に1回ゼミで発表）

評 価（S)
基礎実験（E)（化学、物理、生物）

データ
ヒアリング・文献調査（H)（提供資料含む）

環境面での優位性
温室効果ガス排出抑制量
エネルギー回収率
コスト（経済）優位性

目的に応じたデータ
取得

フィールド調査（F)（サンプリング調査）

提 案現状を改善するシステム
や方法論の提案

アンケート調査（H)解 析(C)
数理解析（統計解析）
モデル化
シミュレーション など

優位性の検証科学的に現象解明（例）
・新たな価値を創出する
バイオマス利活用システム
・新たな最終処分システム

最終ゴール

今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進

情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携

バイオマス

環境保全

４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究卒業生の活躍分野 就職先等（Ｍ:修士、Ｂ:学部）
H9～R2の平均

公務員：22%、メーカー：24%、コンサルタント：21% 、その他： 34%

13年度建設技術研究所(M) 、三水コンサルタント(M) 、東和科学(M) 、伊藤忠商事(M) 、Hitz(日立造船)(B)

14年度

北海道（M）、JALスカイサービス(B) ､エックス都市研究所(B)

15年度

北海道新聞（M）、同和鉱業（M）、博士課程進学（M）、財務省函館税関（M）、大阪府警（M）、トーマツ環境品質研究所（M）、 鹿島建設（M）

16年度

東京都(M)、札幌市(M2名)、静岡市(M) 、北海道(B)

17年度

建設技術研究所(M) 、日本技術開発(M) 、アタカ工業(M) 、栗本鐵工所(M2名) 、トヨタ自動車(M) 、ハーゲンダッツジャパン(M) 、ユーラスエナージーホールディングス(M) 、アデカ総合設備(M) 、北海道大学職員(B)

18年度

NTTドコモ北海道(M) 、松田産業(M) 、山武(M) 、ニトリ(M) 、同和鉱業(M) 、大気社(B) 、富士電機システムズ(B)

19年度

日本技術開発（M）、NTT研究所（M）、三菱電機（M）、パシフィックコンサルタンツ（M）、トヨタ（M）、札幌市(M)20年度

同和ホールディングス（M）、双日（M）、リコーソフトウェア（M）、 ドーコン(B) 、札幌市（B）

21年度

日立造船(M) 、三菱重工(M) 、IHI(M) 、大和ハウス工業(M) 、 理研計器(M) 、 三友プラントサービス(B)、エニグモ(B)

22年度

北ガス（Ｍ）、NTTデータ（M）、札幌市（M）

23年度

北海道エネルギー（M）、富士通（M）、鹿島建設（M）、NTTデータ（M）、自衛隊(B)

24年度

三友プラントサービス（M）、JT（M）、LIXIL（M）、NTTデータ（M）

25年度

八千代エンジニヤリング（M）、エイト日本技術開発（M）、住友商事（B）、高砂熱学工業（B）

26年度

建設技術研究所(M)、三菱総合研究所(M)、北海道(M)、中部電力(M)、日水コン(M)、大丸（M)、札幌市(B,2人）

27年度

エイト日本技術開発(M)、アビームコンサルティング(M)、明電舎（M)、横浜市(B)、鹿島建設（B)、京都大学院（B)

28年度

日本上下水道(M)、鹿島建設(M)、北海道(B)、ライズ・コンサルティング・グループ（B)29年度

竹中工務店(M)、エイト日本技術開発（M)、IHI(M)、大林組(B)、シビテック（B)30年度

原子力規制庁（M）、日立造船（M）、名古屋市（M）、博士過程進学（M）

R1年度

日立造船(M, 3人）、荏原環境プラント(M)、中部電力(M)、ニチレイフーズ(M)、環境省(B4)、ドーコン(B4)、日立プラントコンストラクション
(B4)

R2年度

荏原環境プラント（M)、いであ（M)、住友重機械工業（M）、電源開発（M)研究室の１年 アットホーム、飲み会が多い（1回/月）
４月

研究室配属、新歓コンパ
前期ゼミ開始。基礎ゼミ（M1、4年生）、
修・博論文ゼミ
６月
ジンパ
７月中 研究室旅行（キャンプ）
ソフトボール大会、打ち上げ
８月 大学院入試、打ち上げ
９月 後期ゼミ開始、卒・修・博論文ゼミ
10月
サッカー大会、 打ち上げ
学会発表
11月
修論中間発表、打ち上げ
12月
卒論中間発表、忘年会
１月 卒論・修論仕上げ
２月 卒論・修論発表会 打ち上げ
３月 追いコン
よく学び、よく遊び、よく飲む、そして、よく学ぶ
卒業する時に、満足した、良かったと思える研究室を目指しています。

循環共生システム研究室

連絡１）循環共生システム研究室 補足説明会
・ビデオによる研究室詳細紹介 HPより
※上記の機会以外でも、常時質問、研究室訪問はOKです。
２）循環共生システム研究室配属予定※の学生へ（※配属確定は15日のコース会議）
4月16日（金） 10:00 集合（A4-57） 面談（世間話＋卒論希望）
4月19日（月） 17:00 ゼミ顔合わせ(A4-57集合)
19：00（時間変更可能性あり） 歓迎コンパ（オンライン）
都合の悪い学生は、予め連絡すること。
石井 A4-57、内線7284、k-ishii@eng.hokudai.ac.jp

計画1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究

ごみ排出量減北海道人口521万人→373万人(約29%減少)

2020年 45施設 →2050年 ？施設

焼却対象ごみ量121万t→94万t(約22%減少)稚内25
宗谷
留萌4上川留萌

旭川224
オホーツク

北見110

空知

600

岩見沢97

北海道人口 万(人 ・)焼却対象ごみ量 万( t)500

札幌1177

400

後志300

小樽91

釧路
十勝
苫小牧
131
胆振

室蘭117
檜山

1000

根室

せたな17200

中標津34

石狩

渡島

2020年

2050年

北海道人口(万人)焼却対象ごみ量(万t)北海道大学髙橋恵介修士論文（2021)

179市町村のごみ量、輸送距離、施設種類や規模を考慮して線形計画法により、コストやGHG排出量最小問題を解く

日高釧路131帯広168

新ひだか26函館227

・焼却施設・メタン発酵・中継施設 の配置が求まる。

バイオマス６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた藻類・海藻類の培養に関する研究
系外利用する必要がある。

○地球の限界（プラネタリー・バウンダリー）
による地球の状況（窒素の循環が危ない）

バイオガスプラントでは窒素は減らない
家畜排せつ物
有機態窒素

輸入窒素
飼料、化学肥料

バイオガスプラント

液肥(発酵残渣)
アンモニア態窒素液肥

過剰分は環境中に放出

表流水、地下水汚染

濁度除去と栄養塩類の拡散抽出 → 特許

オリジナル：濁度を除去し、培養に必要なフラックスで栄養塩類を抽出

600 mL フランジ

消化液槽

600 mL

培養液槽

H

実験条件
栄
液量：どちらも600mL
ポンプ流量：400mL/min
養期間：7日間
塩採水：毎回5.0mL

濁度（（光阻害）

MF膜土着微細発酵残渣 MF膜 藻類培養

藻類や海藻を培養する→飼料、有用化学物質
緑藻類の内訳72 μm long類

Φ40 測定項目
栄養塩ポンプ

400 mL/min

400 mL/min

同一槽内を循環させ、濃度を均一化

ポンプ

・液面高さ（水頭差）→液量の算出・イオン濃度・光の透過率有効波長：藻類培養に有効とされる赤色光域の684nm(Protein, Lipid)(% dwt)=(33.7- 46.8 %, 8.9 – 17.8 %)緑藻類
Scenedesmus sp.
（イカダモ)(Guerrero-Cabrera, et al., 2014)

消化液培（50倍）
10 μm(37 - 51%, 8 - 27%)
(Apandi et al., 2019)

計画2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価必要なセンサ情報，機能はカスタマイズ可能
センサ情報のリアルタイム分析
クロスチェック解析による多面的な評価
取得情報のサマライズもカスタムメイド可能
研究開発者

画像
情報
データ送信
データ送信

クラウドサーバ

ローカルサーバ

CO2
センサ

現状は北大内設置PC

農場スマート統合システム（SiS4F）
Smart Integrated System for Farms

温度センサ

電力
情報

結果，異常の通知（将来実装）

湿度センサ

農畜産施設

体系化された多様なデータを，経営計画（農業従事者の働き方，環境影響，省エネ化）の見直しに活用バイオマス

５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給事業に関する研究

再生可能エネルギー電源導入拡大地域の送電線容量が不足
・ 送電線の増強→コストが高い
・ 新規の再生可能エネルギー電源を系統に接続できない接続保留問題
事業範囲の例
メリット
発電量，品質が安定
燃料となるバイオガスは運搬できる

評 価（S)

優位性の検証

環境面での優位性
温室効果ガス排出抑制量
エネルギー回収率

環境保全3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設から発生する臭気除去に関する研究

低臭気

発泡ガラス材保有水

発泡ガラス材微生物
高臭気（主成分NH3）

循環水

臭気成分

①溶解

研究の目的
①溶解現象：発泡ガラス材中の間隙構造の把握＆臭気ガスの間隙流速と濃度が溶解に及ぼす影響を明らかにする。
②微生物分解：溶解した臭気成分の微生物分解を定量的に明らかにする

臭気②微生物分解

バイオマス ４）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究【酪農地域の課題】 敷料の不足

ジャイアントミスカンサス（Miscanthus giganteus）

バイオガス化
3～4 m

①

1.5 m
おが粉

②

再生敷料

図 ：敷料の様子（①，②：北海道立総合研究機構,
林産試だより 2017年10月号，③：2020/1/16撮影）【再生敷料の課題】
水分が多く、直接敷料として使うことができない③

有機資源として投入

研究の目的（撮影日時：2020/10/15）

・生態系に配慮
・寒冷地における耐性・栄養分の要求性低・バイオマス生産量大・長期の収穫が可能（15年程度）

科学的知見に基づく、① 実プラントのバイオガス発生量の算出② Mxgを副資材とした再生敷料の効率的な製造寄附分野 バイオマスコミュニティプランニング分野
2018年10月～2021年9月
客員教授 古市 徹、特任助教 落合 知
寄附会社 いであ（株）、岩田地崎建設（株）、応用地質（株）、（株）大原鉄工所、小川建設工業（株）、鹿島建設（株）、（株）コーンズ・エージー、三友プラントサービス（株）、大成建設（株）、（株）土谷特殊農機具製作所、日立セメント（株）、北海道電力（株）、八千代エンジニヤリング（株）
計13社
 一部の学生は卒論で、寄附分野と関連する研究テーマを協同で行います。
 寄附分野の活動を通して外部の方々（自治体や民間）と定期的に交流する機会があります。
→ 就職や今後の進路を考える良い機会になります。
 セミナー・シンポジウムのお手伝いなどで、社会人への準備。