Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III - TEIL 2: Systemmikrobiologie; Teilvorhaben 3: Enzymatische Biodiversität

Anschrift
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg - Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik - Institut für Verfahrenstechnik - Bioprozesstechnik
Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg
Kontakt
Dr. rer. nat. Dirk Benndorf
Tel: +49 391 67-52160
E-Mail: dirk.benndorf@ovgu.de
FKZ
22404115
Anfang
01.12.2015
Ende
30.11.2019
Aufgabenbeschreibung
Gegenstand des Verbundvorhabens ist die Abbildung des Stands der Technik der Biogastechnologie im Rahmen eines bundesweiten Messprogramms unter Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Entwicklungen. Dafür wird an einer repräsentativen Anzahl von Anlagen ein detailliertes Monitoring durchgeführt. Das Projekt ist in zwei große Teilbereiche untergliedert. Im Teil 1 „Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen" erfolgte die messtechnische Erfassung und Bewertung der Effizienz von Biogasanlagen, des Erfolges von Repowering-Maßnahmen und der Möglichkeiten von Flexibilisierungsmaßnahmen unter Federführung des DBFZ (4 Teilvorhaben). Im Teil 2 „Systemmikrobiologie" erfolgt unter Koordination des ATB die Charakterisierung der Mikrobiologie (3 Teilvorhaben). Mit dem Vorhaben wird erstmals der Einfluss verfahrenstechnischer Prozessparameter auf die mikrobielle Lebensgemeinschaft in Biogasanlagen unter Verwendung modernster Analysenmethoden untersucht, um die Effizienz und Betriebssicherheit sowie die Nachhaltigkeit von Biogasanlagen zu verbessern. Das Ziel des Monitorings ist es, die Ergebnisse auf den deutschen Anlagenbestand zu übertragen und sowohl Ergebnisse als auch verwendete Methoden der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen. Das Forschungsziel der OvGU ist die Inventarisierung der funktionalen Diversität von Mikrobiomen in landwirtschaftlichen Biogasanlagen (BGA) mittels einfacher und hochaufgelöster Metaproteomanalyse sowie die Korrelation dieser Daten mit der taxonomischen Diversität (Teilvorhaben 1 und 2) und mit den Anlagen-spezifischen Prozesszuständen.
Ergebnisdarstellung
Für die Inventarisierung wurden 95 Biogasfermenter (BGF) aus 60 BGA untersucht. Die erfassten mikrobiellen Funktionen konnten der Hydrolyse, den Gärungsstoffwechselwegen und der Methanogenese entsprechend des Anaerobic Digestion Model 1 (ADM 1) zugeordnet werden. Die Daten zeigen, dass das ADM 1 um die Gärungswege für Ethanol, Milch- und Ameisensäure ergänzt werden sollte. Bezüglich der Methanogenese lassen sich zwei Typen von BGF unterscheiden: (i) BGF mit acetoklastischer und hydrogenotropher Methanogenese und (ii) BGF mit ausschließlich hydrogenotropher Methanogenese. Entgegen der Erwartung werden schwerer abbaubare Substanzen wie Zellulose oder Xylan nicht in der Hydrolysestufe abgebaut, sondern entsprechende Enzyme wurden in erhöhter Konzentration im Hauptfermenter gefunden. Die hochauflösende Metaproteomanalyse von zehn BGF zeigte Effekte von Einsatzstoffen auf das Mikrobiom. Bei Zugabe von Resten aus der Kartoffelverarbeitung wurden Proteine mit antimikrobieller Aktivität gegen pflanzenpathogene Mikroorganismen gefunden. Der Effekt solcher antimikrobiell-wirksamen Enzyme sollte zukünftig näher betrachtet werden. In BGF wurden Bacteriophagen nachgewiesen. Potenzielle Wirte könnten sowohl hydrolytische und fermentative Bakterien als auch methanogene Archaeen sein. Die Wirkung von Phagen in Biogasanlagen kann momentan nur schwer beurteilt werden. In einer großskaligen Versuchsanlage wurde eine fast homogene Verteilung des Mikrobioms gezeigt, sodass Zonierungen bei Modellierungen von BGF wahrscheinlich nicht berücksichtigt werden müssen.

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