Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Biofilme in Biogasanlagen - Struktur, Einfluss auf die Biogasausbeute und Optimierung technischer Systeme zur Rückhaltung der mikrobiellen Biomasse

Anschrift
Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) - Abt. Bioverfahrenstechnik
14469 Potsdam
Max-Eyth-Allee 100
Kontakt
Dr. Michael Klocke
Tel: +49 331 5699-113
E-Mail: mklocke@atb-potsdam.de
FKZ
22016308
Anfang
01.09.2010
Ende
31.12.2013
Aufgabenbeschreibung
In dem Projekt "Biofilme in Biogasanlagen" soll die Struktur von mikrobiellen Aggregaten zwischen fermentativen Bakterien und methanogenen Archaea in Biogasreaktoren zur energetischen Verwertung nachwachsender Rohstoffe charakterisiert werden. Der Einfluss dieser komplexen syntrophischen mikrobiellen Lebensgemeinschaften auf Substratumwandlung und Biogasausbeute soll ermittelt werden. Des Weiteren soll eine Optimierung technischer Systeme zur Ansiedelung von Biofilmen und zur Rückhaltung der mikrobiellen Biomasse erfolgen. Die hierzu notwendigen Arbeiten erfolgen auf Basis von mehrstufigen Reaktorsystemen im Labormaßstab. Zur Analyse der Biofilme sollen molekulargenetische Verfahren zur Ermittelung der mikrobiellen Biodiversität in Kombination mit der mikroskopischen Quantifizierung einzelner taxonomischer Gruppen angewandt werden. Die im Rahmen dieses Projektes entwickelten technischen Neuerungen sollen zu neuen Lösungen für effektivere Biogasreaktoren führen. Ergebnisse der mikrobiologischen Grundlagenforschung sollen der Öffentlichkeit in geeigneter Form z.B. als wissenschaftliche Publikationen (Fachartikel, Präsentationen auf Fachkongressen) zur Verfügung gestellt werden.
Ergebnisdarstellung
In dieser Studie wurde die Entwicklung methanogener Biofilme in meso- und thermophilen ein- und zweistufigen Biogasreaktoren bei der Vergärung von Maissilage untersucht. Ziel war neben der kulti-vierungsunabhängigen Charakterisierung von Struktur und Dynamik der mikrobiellen Lebensgemein-schaften und ihrer Stoffwechseleigenschaften insbesondere auch die Entwicklung von Strategien zur Ansiedlung solcher Biofilme. Unter mesophilem Temperaturregime förderten Aufwuchsträger vorzugsweise aus Acrylglas und mit hoher Oberflächenrauigkeit sowohl im Rührkesselreaktoren (CSTR) als auch in zweistufigen Systemen die Ansiedlung acetoklastischer Methanbildner. Unter thermophilen Temperaturbedingungen förderten Aufwuchsträger im CSTR im ungestressten Zustand die Biodiversität hinsichtlich hydrogenotropher Methanbildner, im CSTR im gestressten Zustand sowie im zweistufigen System dagegen die Anreicherung von mixotrophen Methanbildnern. Eine Analyse des mikrobiellen Metagenoms zur Ermittlung der bakteriellen Begleitflora unterstrich die Bedeutung von Clostridien sowie von wahrscheinlich syntrophen Bakterien anderer taxonomischer Gruppen für die Biomethanisierung. Gleichzeitig wurde je-doch auch gezeigt, dass nach wie vor der weitaus größere Teil der Biogas-Biozönose unbekannt ist. Das Einbringen von zusätzlichen Aufwuchsflächen zur Ansiedlung von methanogenen Biofilmen bewirkte in allen untersuchten Sys-temen eine Stabilisierung des Gärsäurespiegels und der Methanbildung. Insbesondere unter mesophilem Temperaturregime konnte zudem im Vergleich zu einer Kontrolle ohne zusätzliche Aufwuchsflächen eine deutlich erhöhte Biogas- und Methanbildung beo-bachtet werden. Daher sollte die Bereitstellung von geeigneten Auf-wuchsflächen zur Etablierung methanogener Biofilme bei allen weiteren technischen Entwicklungen zur Optimierung von Biogasreaktoren unbedingt Berücksichtigung finden.

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