Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Dynamik des Intermediat-Stoffwechsels in Biogasprozessen (MODISTO); Teilvorhaben 1: Anlagenbetrieb und Analytik aktiver Gilden - Akronym: MODISTO-TV1

Anschrift
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) - Abt. Qualitätssicherung und Untersuchungswesen
Lange Point 4
85354 Freising
Kontakt
Dr. Michael Lebuhn
Tel: +49 8161 8640-3978
E-Mail schreiben
FKZ
22003513
Anfang
01.08.2016
Ende
30.11.2020
Ergebnisdarstellung
Der Fermenterbetrieb für die SIP-Versuche zum mesophilen (38°C) sowie thermophilen (52°C) stabilen und gestörten Prozesszustand wurde erfolgreich durchgeführt. Der mesophile Betrieb wurde mit Inokulum einer mesophilen NawaRo-Praxisanlage, der thermophile Betrieb mit Gärrest aus dem Hauptgärer (48°C) und dem Nachgärer (ca. 40°C) einer mit Maissilage, Ganzpflanzensilage und Hühnermist betriebenen Praxisanlage gestartet. Zum Zeitpunkt der Beprobung für die SIP-Versuche mesophil und thermophil stabil lag keine Säureakkumulation vor. Die Methanerträge lagen über 400 NLCH4 * kgoTM-1, was auf sehr intensive mikrobielle Aktivität mit Verstoffwechslung der Intermediate hinwies. Danach wurde die OLR weiter erhöht, um den Prozess in die instabile Phase zu überführen. Fettsäuren akkumulierten (mesophil hauptsächlich Propionsäure, thermophil hauptsächlich Essigsäure), und der Methanertrag sank auf ca. 200 NLCH4 * kgoTM-1 (mesophil) bzw. 3 NLCH4 * kgoTM-1 (thermophil). Die Konzentration der methanogenen Archaeen (mcrA) und Bakterien (rrs) in den SIP-Versuchen bildete die OLR-Steigerung gut ab. Im instabilen Betrieb stiegen typischerweise sowohl die transkriptionelle Aktivität als auch der MQ nochmals deutlich an. Demnach konnte ein metabolischer Stress bei hohen OLRs molekularbiologisch abgebildet werden. Die rrs- und mcrA-Amplikonsequenzierungen für die SIP-Untersuchungen zeigten einen deutlichen Unterschied der Zusammensetzung der bakteriellen und der methanogenen archaeellen Gesellschaften im mesophilen und thermophilen sowie zwischen dem stabilen und gestörten Betrieb. Diese Ergebnisse wurden durch die Sequenzierung der Metagenome und Metatranskriptome bestätigt. Es wurden Bioindikatoren für den stabilen Betrieb und die Prozessstörung gefunden. Diese Daten flossen in das thermodynamisch korrekte Modell ein, um die Biogasprozesse besser und detaillierter abbilden zu können.
Aufgabenbeschreibung
Technikumsfermenter des Instituts für Landtechnik und Tierhaltung wurden programmgemäß betrieben. Dabei wurde Maissilage im einstufigen Durchflussbetrieb mesophil und thermophil zu Biogas vergoren. Nach dem Einfahren wurde die Belastung zur Untersuchung der interessanten Prozesszustände effizienter stabiler Betrieb sowie Prozessstörung gesteigert, wobei den Biozönosen zu den genannten Prozessbedingungen ein Puls isotopenmarkierter Maisssilage für die metabolischen Studien zugesetzt wurde. Anhand der konventionellen physiko-chemischen sowie der modernen molekularbiologischen Parameter wurde der Prozesszustand diagnostiziert. Die Daten und Ergebnisse flossen in das Stoffwechsel- bzw. thermodynamische Modell ein. Anhand der Daten und Ergebnisse wurden auch die Nachweismethoden für eine optimierte Sensorik/Diagnostik verbessert. Als weitere Leistung wurden den Partnern Proben aus den oben genannten erwünschten Prozesszuständen geliefert. Für die Sequenzierungen und PCR-basierten molekularbiologischen Untersuchungen wurde geeignete DNA und RNA bereitgestellt. Außerdem wurden qualitative und quantitative Untersuchungen mit Fokus auf Amplikons bzw. Transkripte der Funktionsgene mcrA1,2 für die methanogenen Archaeen und fhs für die syntrophen Intermediatoxidierer durchgeführt. Das Hauptziel war es zu ermitteln, welche Organismen in welchen Zuständen transkriptionell dominant aktiv waren und als Bioindikatoren für den betrachteten Zustand dienen konnten. Der Abgleich zwischen diesen Ergebnissen und denen aus den SIP-Metatranskriptomen sollte Schlüsse auf die zustandsspezifisch relevanten beschrittenen Stoffwechselwege zulassen. Die Daten und Ergebnisse flossen in das thermodynamische Modell ein. Nötigenfalls wurden Nachweismethoden hinsichtlich einer optimierten Sensorik/Diagnostik verbessert.

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