Welche Mikroorganismen leben in landwirtschaftlichen Biogasanlagen und wie kann dieses Wissen für die Anlagenüberwachung und –steuerung nutzbar gemacht werden? Mit diesem sehr komplexen Thema befassten sich Forscher des Leibniz-Instituts für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) sowie der Universitäten Bielefeld, Magdeburg und Hohenheim in einem zweijährigen Forschungsprojekt. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.
Der anaerobe Abbau von Biomasse zu Biogas erfolgt durch eine komplexe und artenreiche Gemeinschaft vieler verschiedener Mikroorganismen. Der Großteil der daran beteiligten Arten sowie ihr Einfluss auf die Biomethanisierung und die Prozesseffizienz sind jedoch bislang unbekannt. Die Analyse der strukturellen und funktionellen Zusammenhänge in dieser Gemeinschaft ist mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Klassische mikrobiologische Verfahren scheitern oftmals an der hohen Biodiversität in Biogasanlagen sowie an den besonderen Lebensbedingungen der Biogas-Mikroorganismen.
Im Rahmen des Verbundvorhabens kam daher eine Kombination modernster, sich ergänzender molekularer Verfahren zum Einsatz: Mittels hochauflösender Gensequenzierung wurden die beteiligten Mikroorganismen auf Artebene identifiziert, prozessabhängige Veränderungen mit Hilfe genetischer Fingerabdrücke erfasst und das enzymatische Potenzial der mikrobiellen Gemeinschaft zum Stoffabbau durch Analysen des mikrobiellen Metaproteoms untersucht. Die Probenahmen und Analysen erfolgten in Verbindung mit dem ebenfalls vom BMEL über die FNR geförderten Forschungsvorhaben „BiogasEnzyme“ (Förderkennzeichen 22027707).
Zentrales Ergebnis ist, dass jede Biogasanlage ihre eigene, spezifisch an die lokalen Bedingungen angepasste mikrobielle Gemeinschaft enthält. Je nach Behälterkonstruktion, Prozessführung und Gärsubstrat reichern sich bestimmte Mikroorganismen an. Auch existieren in einem Biogasfermenter räumlich und zeitlich abgrenzbare ökologische Nischen, die von gänzlich unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen besetzt werden, ohne dass die Anlagenleistung beeinträchtigt wäre. Zudem gelang es den Forschern, Mikroorganismen zu identifizieren, die verstärkt im Vorfeld kritischer Prozesszustände auftraten. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung von Biomarkern als Anzeiger, evtl. sogar als Frühwarn-Indikatoren für ungünstige Prozessentwicklungen wie Fehlvergärungen und Schwimmdeckenbildung.
Die Ergebnisse sind eine wichtige Grundlage für die Identifizierung weiterer prozessbeeinflussender Mikroorganismen. Gleichzeitig liefern sie grundlegende Informationen über die notwendigen Lebensanforderungen für eine ausgewogene, stresstolerante und effizient arbeitende mikrobielle Gemeinschaft und tragen so wesentlich zur Stabilität und Effizienz und damit auch zur wirtschaftlichen Rentabilität einer Biogasanlage bei.
Das jetzt beendete Vorhaben ist im Bereich der Grundlagenforschung angesiedelt. Die Übertragung auf praxisrelevante Anwendungen ist für ein Folgevorhaben geplant.
Informationen zum Verbundvorhaben stehen in der Projektdatenbank der FNR auf www.fnr.de im Menü Projekte & Förderung unter den Förderkennzeichen 22010711, 22028711, 22028811 und 22028911 bereit.
Der Ergebnisbericht ist ebenfalls in der Reihe Bornimer Agrartechnische Berichte erschienen und kann über das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. bezogen werden.
Source
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Pressemitteilung, 2014-10-27.
Supplier
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)
Universität Bielefeld
Universität Hohenheim
Universität Magdeburg
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