地下環境から分離した腐食性メタン菌の特性解析

Characterization of a corrosive methanogen isolated from the subsurface environment

平野 伸一*; 長岡 亨*; 小鯖 匠*; 天野 由記   ; 望月 陽人  

Hirano, Shinichi*; Nagaoka, Toru*; Kosaba, Takumi*; Amano, Yuki; Mochizuki, Akihito

一般的に金属が腐食を受けにくい環境において急速な腐食や局所腐食などが生じる場合があり、そのような反応には微生物が誘因する微生物腐食が影響する事象が報告されている。深部地下に放射性廃棄物を埋設する地層処分では、放射性廃棄物の閉じ込めを確実とするため放射性廃棄物を人工バリア(オーバーパック(金属製処分容器)、緩衝材)で包埋する概念が検討されている。深部地下においても多様な微生物が存在するため、この人工バリアの閉じ込め性能を評価する上で、微生物による金属製処分容器の腐食影響を考慮する必要性がある。しかし、これまで地下に存在する微生物を対象とした腐食の研究事例は限られている。そこで、本研究では、幌延深地層研究センターの深部地下水を対象として鉄腐食を引き起こす微生物の存在を探索し、その腐食活性を評価することを目的とした。幌延深地層研究センターの地下施設から採取した地下水中の微生物について、炭素鋼片を浸漬し、嫌気条件下で培養をおこなった。その結果、一部の地下水培養液においてメタンガスが検出され、炭素鋼試験片の顕著な重量減損と表面の局部的な減肉が観察された。培養後の地下水に含まれる微生物相の解析をおこなったところ、腐食活性が見られた試料ではメタン菌Methanobacterium属の比率増加が認められたことから、鉄顆粒等を用いてさらに集積培養を行い、メタン菌単離株を取得した。単離株の16S rRNA遺伝子配列解析の結果から本株をMethanobacterium sp. H04株と命名した。炭素鋼片を用いた2か月間の腐食試験を行った結果、重量減損量は45mgに達し、非植菌区と比較して腐食量は約20倍に増加した。腐食速度としては0.5mm/yに達し、既報の海洋性EMICメタン菌Methanobacterium sp. IM1株や淡水性EMICメタン菌Methanobacterium sp. TO1株と同程度の高い腐食活性を有することが明らかになった。

The effects of microbial corrosion induced by microorganisms have been reported for rapid corrosion and localized corrosion that occurs in environments that are not susceptible to chemical corrosion. In geological disposal projects where radioactive waste is buried deep underground, it is considered that radioactive waste should be encapsulated in an engineered barrier (overpack (metal disposal container), buffer material) and buried underground to ensure the confinement of the radioactive waste. Since a variety of microorganisms exist in the deep subsurface, it is necessary to consider the corrosive effects of microorganisms on the metal disposal container when evaluating the confinement performance of the engineered barriers. However, there have been limited studies on corrosion by microorganisms in the subsurface. Therefore, the objective of this study was to search for the presence of microorganisms causing iron corrosion in deep groundwater at the Horonobe Underground Research Laboratory and to evaluate their corrosion activity. Microorganisms in the groundwater collected from the Horonobe Underground Research Laboratory were cultured under anaerobic conditions with carbon steel coupons. As a result, methane gas was detected in some of the groundwater culture solutions, and a prefectural weight loss and localized surface thinning of the carbon steel specimens were observed. Analysis of the microbiota in the groundwater after incubation revealed an increase in the proportion of Methanobacterium spp. in the samples with corrosive activity, so further accumulation culture was conducted using iron granules to obtain Methanobacterium isolates. Based on the results of 16S rRNA gene sequence analysis of the isolate, we designated it as Methanobacterium sp. strain H04.