Mikrobiologische Charakterisierung und populationsdynamische Analysen von Biogasreaktoren zur Vergärung von Dünnschlempe im Hochtemperaturbetrieb

Der weltweite Zuwachs an erneuerbaren Energien zeigt deutlich, dass ein Umdenken im Bereich der künftigen Energieversorgung stattfindet. Die Nutzung industrieller und landwirtschaftlicher Reststoffe zur Produktion von Energie aus Biomasse rückt zunehmend in den Fokus energiepolitischer Interessen, damit einem konkurrierenden Druck um landwirtschaftliche Nutzflächen mit der Nahrungsmittelproduktion ausgewichen werden kann. Als minderwertiges Beiprodukt aus der Bioethanolproduktion werden enorme Mengen an Dünnschlempe erzeugt, die nach der Destillation und weiteren Aufbereitungsschritten mit hoher Temperatur anfällt. Als proteinreiches Gemisch stellt die Dünnschlempe ein vielversprechendes Gärsubstrat für die Herstellung von Biogas im Hochtemperaturbetrieb dar. Um eine effiziente Umsetzung gewährleisten zu können, sind Kenntnisse der zugrunde liegenden Mikrobiologie dringend erforderlich, die im Rahmen dieser Forschungsarbeit untersucht werden sollte. Die wesentlichen Fragestellungen lauteten: - Aus welchen Schlüsselorganismen setzt sich eine mikrobiologische Gemeinschaft zusammen, die Dünnschlempe bei hoher Temperatur zu energiereichem Biogas abbaut? - Können bisher unkultivierte thermophile Mikroorganismen aus dem Gärrest angereichert, isoliert und charakterisiert werden? - Welche quantitativen Veränderungen treten in der Mikrobiologie auf, wenn der Produktionsbetrieb hohen Belastungen ausgesetzt ist? - Ist eine Steigerung der Biogas- oder Methanausbeute durch zusätzlich in den Abbauprozess eingebrachte Bakterienkulturen möglich? Zur Klärung dieser Fragen musste zunächst eine stabile mikrobiologische Gemeinschaft etabliert werden. Die Charakterisierung sollte auf Basis variabler 16S rRNAGenfragmente durch Pyrosequenzierung erfolgen, die mit spezifischen Oligonukleotiden für Bakterien und Archaeen in einem PCR-Verfahren vervielfältigt werden. Da es sich um ein ungewöhnliches Habitat handelt, sollten Isolierungsversuche stattfinden. Während prozessrelevanter Belastungsänderungen standen begleitende Analysen durch DGGEund FISH-Technik für ein besseres Verständnis zu reaktorinternen Populationsdynamiken im Fokus. Abschließend sollte die Möglichkeit zur Produktionssteigerung durch Bioaugmentation beurteilt werden.