土壌微生物は“未利用資源”
工学分野での有用性に着目

　トンネルやダムの工事では、地盤や岩盤の止水や強化を目的とした「グラウト注入工法」と呼ばれる技術が不可欠です。注入材料であるグラウトは、一般にセメントミルクや水ガラスと呼ばれる溶液で、化学反応により地盤や岩盤を固化させます。グラウトの種類によっては固化後も強いアルカリ性を示すことから、田畑や住宅地など環境保全の要請が高い場所では使用が制限されています。
　一方、グラウト注入の対象となる地盤や岩盤には、非常に多くの微生物が存在しています。通常土壌1gには、大きさが1μm（1000分の1mm）前後の細菌や糸状菌などが100万～10億個存在していますが、私たちはその存在を意識することなく毎日を過ごしています。土壌微生物は鉄や銅などの金属資源と同様に、使い方次第では私たちの生活や暮らしを豊かにする有効な地下資源になると考えられますが、これまで地盤や岩盤を対象とする工学の分野では、ほとんど利用されていませんでした。

役目を終えて大地と一体化　
地球に優しいバイオグラウト

　バイオグラウトは、土壌微生物により固化する環境に優しい新たなグラウトです（図1）。微生物に必要な栄養源などを適量加えて調製したグラウトを注入すると、現地に存在する土壌微生物の代謝活動によりグラウトが固化し、地盤の間隙や岩盤の亀裂を埋めることで止水性や強度が増します。最終的に固化したグラウトは、中性～弱アルカリ性の炭酸カルシウム（図2）またはシリカ（石英すなわち砂粒）となり、これらは自然の堆積岩の主なセメント物質であることから環境に優しいと言えます。これまでに、北海道、岡山県、沖縄県の同じ条件下の土壌に対してバイオグラウトを適用し、その有効性について確認しました。
　この他にバイオグラウトは、建築石材やコンクリートの表面遮水、汚染土壌の不溶化、石造文化財の修復保存などへの応用が期待されています。今後は、土壌微生物の栄養源として生ゴミなどの食品廃棄物を、またカルシウム源としてホタテ貝などの焼却灰を有効利用したいと考えています。将来的には、微生物を使って地盤や岩盤を逆に軟らかくする研究にも着手したいと思っています。

図1　バイオグラウトによる地盤改良技術の適用例
円筒の中に乾いた北海道大学農場土を入れ、円筒を抜き取った時の様子。改良前（左）は土が崩れて円錐状になるが、改良後（右）は固化して円柱状のまま自立している

図2　電子顕微鏡で見た砂の粒子間および粒子表面に析出した炭酸カルシウム

バイオグラウト

自然界に存在する素材（炭酸カルシウムやシリカ）を主な成分とするグラウト。 原料および生成物が無害で、環境保全と強度確保の両立を可能にする。

• 地球医療の切り札 ―“腐る”プラスチック ―
  生物機能高分子専攻　
  バイオ分子工学研究室
  教授　田口 精一
• 微小空間を利用する計測用バイオリアクターの開発
  生物機能高分子専攻
  生物計測化学研究室
  教授　上舘 民夫
• 持続可能なサニテーションシステムの開発
  環境創生工学専攻
  サニテーション工学研究室
  教授　船水 尚行

• 土壌微生物により固化するバイオグラウトの開発
  環境フィールド工学専攻
  地圏フィールド工学研究室
  准教授　川崎 了
• 水を多く含むバイオマス廃棄物を石油化学関連物質へ
  有機プロセス工学専攻
  化学システム工学研究室
  教授　増田 隆夫