Biogas Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Biogas-Messprogramm III - TEIL 2: Systemmikrobiologie; Teilvorhaben 1: Mikrobielle Biodiversität

Anschrift
Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB)
Max-Eyth-Allee 100
14469 Potsdam
Kontakt
Dr. Susanne Theuerl
Tel: +49 331 5699-900
E-Mail: stheuerl@atb-potsdam.de
FKZ
22403915
Anfang
01.12.2015
Ende
30.11.2019
Ergebnisdarstellung
Für zehn Biogasanlagen wurde die zeitlich-räumlichen Variation im jahreszeitlichen Verlauf und/oder über alle Prozessstufen untersucht. Die Mikrobiomstruktur ist in Anlagen, die pflanzliche Biomassen verwerten, durch ein hohes Maß an Ähnlichkeiten gekennzeichnet, während Anlagen mit Reststoffen aus der Tierhaltung eine hohe Variabilität/Dynamik aufweisen. Bezogen auf die Prozessstabilität zeigt ein Vergleich, dass ein mesophiler Anlagenbetrieb zu bevorzugen ist, insbesondere dann, wenn Einsatzstoffe verwendet werden, die zur Anreicherung von prozesshemmenden Metaboliten führen können. Zudem konnte gezeigt werden, dass das Risiko einer Prozessstörung deutlich erhöht ist, wenn der mikrobiellen Gemeinschaft nach einer Instabilitätsphase nicht ausreichend Zeit zur Regeneration gegeben wird. Grundsätzlich lässt sich vermuten, dass Biogasanlagen, in denen größere Mengen Fermenterinhalt rezirkuliert werden, weniger anfällig für Prozessinstabilitäten/-störungen sind. Bei den untersuchten Anlagen handelte es sich um reine NaWaRo-Anlagen, die mit Mais-, Gras- oder Roggenganzpflanzensilage sowie saisonalen Zugabe von Zuckerrübensilage unter mesophilen Bedingungen betrieben wurden. Eine Rezirkulation von Fermenterinhalten aus den Nachgärern/Gärrestlagern in die jeweiligen Hauptfermenter ist hier gängige Praxis, um insbesondere die Abbaueffizienz der zugeführten Einsatzstoffe durch „ausgehungerte" Mikroorganismen zu erhöhen. Eine Rezirkulation von Fermenterinhalten führt insgesamt zur Ausbildung einer sehr konstanten und widerstandsfähigen Mikrobiomstruktur, so dass Änderungen in der Prozessführung, z.B. wie hier dargestellt ein Einsatzstoffwechsel, keine Auswirkungen auf die Prozessstabilität haben, da diese permanent `abgepuffert´ werden. Darüber hinaus wurden 691 Isolate (Bakterien) gewonnen, die 43 verschiedenen Arten zugeordnet werden konnten. 13 Isolate wurden als potenziell neue Arten eingestuft, von denen drei Isolate potenzielle neue Gattungen darstellen.
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 TV). Im Teil 2 „Systemmikrobiologie" erfolgt unter Koordination des ATB die Charakterisierung der Mikrobiologie (3 TV). 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. Ziel des ATB ist die Ermittlung der zeitlich-räumlichen Variabilität der Mikrobiomstruktur im jahreszeitlichen Verlauf u/o über alle Prozessstufen einer Biogasanlage. Dafür werden aus dem Anlagenset, das zusammen mit BMP III - Teil 1 betrachtet wird, zehn Biogasanlagen ausgewählt. Die strukturelle Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften wird mittels TRFLP-Analyse auf Basis der Analyse des 16S rRNA-Gens separat für Bakterien und Archaeen erfasst. Unter Anwendung multivariater Statistik werden die Prozesszustände charakterisiert und die Anpassungsfähigkeit des Mikrobioms an die spezifischen Bedingungen bewertet. Da die Mehrzahl der an der Bildung von Biogas beteiligten Mikroorganismen nach wie vor unbekannt ist, ist die Isolierung, Kultivierung und Beschreibung bisher unbekannter Arten ein weiterer Schwerpunkt.

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Wettbewerb Bioenergie-Kommunen 2019
Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
 
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