Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: BiogasFingerprint - Flexible Steuerung der Biogasproduktion mittels bioinformatischer Populationsanalyse; Teilvorhaben 1: Dynamik und Funktion mikrobieller Gemeinschaften

Anschrift
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ - Fachbereich Umwelttechnologie - Department Umweltmikrobiologie
Permoserstr. 15
04318 Leipzig
Kontakt
Prof. Dr. Susann Müller
Tel: +49 341 235-1318
E-Mail: susann.mueller@ufz.de
FKZ
22008313
Anfang
01.02.2015
Ende
30.04.2018
Ergebnisdarstellung
Im Projekt wurde zunächst eine leistungsfähige Analysepipeline zur bisher unmöglichen durchflusszytometrischen Einzelzellanalyse in Biogasfermentationsmedium etabliert und veröffentlicht. Zusätzlich wurde ein Verfahren zur at-line Quantifizierung und Sortierung von hydrogenotrophen methanogenen Archaeen, eine Schlüsselspezies im Prozess, entwickelt und veröffentlicht. Es basiert auf der charakteristischen blauen Fluoreszenz des Kofaktors F420. Diese Methoden versprechen schnellere Sensorik der Methanbildungskapazität im industriellen Umfeld. Die mikrobielle Gemeinschaft im untersuchten Pfropfenstomfermenter zeigte keine strukturelle, aber funktionelle räumliche Heterogenität und unterschied sich von der im Nachgärer. Der namensgebende Pfropfenstrom, also eine klare axiale Heterogenität, war in Hinsicht auf die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft unter den untersuchten Bedingungen nicht ausgebildet. Im Betrieb wechselnde Raumbelastungen, Durchmischungs- und Temperaturregime verursachte tiefgreifende, dauerhafte Dynamiken der biokatalytischen mikrobiellen Gemeinschaft, die mit Hilfe der durchflusszytometrischen Analyse eindrucksvoll dargestellt werden konnten. Die schwache strukturelle Tagesdynamik der mikrobiellen Gemeinschaft zeigt, das kurzfristige Flexibilisierungsansätze zum Ausgleich der tageszeitlichen Energienachfrageschwankungen die funktionelle Flexibilität der vorherrschenden mikrobiellen Gemeinschaft ausnutzen müssen. Längerfristige Ansätze sollten hingegen auf strukturellen Anpassungen der mikrobiellen Gemeinschaft basieren. Die identifizierten Schlüsselteilgemeinschaften eignen sich zur gezielten Überwachung und Steuerung dieser Anpassungen. Die Biogasproduktion kann durch die gezielte Zugabe von schnell vergärbaren gelagerten Zwischenprodukten einer ersten Hydrolysestufe im Tagesverlauf effektiv gesteuert- und damit dem Tagesgang des Elektroenergiebedarfs angepasst werden.
Aufgabenbeschreibung
Das Vorhaben befasste sich mit der Etablierung eines durchflusszytometrischen Verfahrens zur at-line Analyse von Prozesszuständen in Biogasanlagen auf Basis der mikrobiellen Gemeinschaft. Die Analyse und Verwendung der mikrobiellen Gemeinschaften als Sensor sollten dazu beitragen den technischen Betrieb von Fermentern hinsichtlich der einzuhaltenden Prozessparameter zu stabilisieren, zu steuern und zu optimieren sowie die Methanerzeugung zu flexibilisieren.

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