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Verbesserung der Effizienz von Biogasanlagen durch anaerobe Pansenpilze

Pansenpilze in Fluoreszenz

Besiedlung von Pflanzenzellwandoberflächen
Foto: Samart Dorn-In

Biogas ist eine wichtige regenerative Energiequelle der Zukunft. Für einen optimalen ökonomischen und ökologischen Einsatz ist ein möglichst effizienter Ablauf des Gärprozesses von Bedeutung

Durch den Einsatz von anaeroben Pansenpilzen soll pflanzliches Ausgangsmaterial besser aufgeschlossen und verwertet werden. Während des Prozesses werden die Biopolymere in den Einsatzstoffen durch Mikroorganismen zersetzt und zu methanreichem Biogas umgesetzt. Manche Substanzen wie Lignocellulose, der Hauptbestandteil verholzter Pflanzenteile, sind aber für Mikroorganismen besonders schwer abbaubar. Anaerobe Pilze aus dem Pansen von Wiederkäuern sind in der Lage, Lignocellulose mechanisch und enzymatisch zu zersetzen.
Die daraus entstehenden Abbauprodukte sind ein geeigneteres Ausgangsmaterial für die Bakterien und Archaeen, die die folgenden Schritte des Biogasprozess durchführen. Es wird geprüft, ob sich die Effizienz der Biogasproduktion durch gezielten Einsatz von anaeroben Pilzen aus dem Pansen verbessern lässt.

Zielsetzung

  • Erfassung der Bedeutung von anaeroben Pansenpilzen in landwirtschaftlichen Biogasprozessen
  • Isolation, Kultivierung und molekularbiologische Analyse (auch bezüglich enzymatischer Aktivität) von besonders effektiven anaeroben Pansenpilzen aus dem Rumen von Wildtieren,wie der Gemse, die sich hauptsächlich von lignocellulosereicher Kost ernähren
  • Untersuchung des Einfluss von anaeroben Pansenpilzen als Starterkulturen auf den Biogasprozess im Laborfermenter-Maßstab
  • Untersuchung des Einfluss von anaeroben Pansenpilzen auf die Methanbildung aus schwer aufschließbaren Stoffen (z.B. Landschaftspflegegut) im Technikumsmaßstab
  • Ökonomische Bewertung des Einsatz von anaeroben Pansenpilzen in der Biogasgewinnung

Methoden

  • Molekularbiologische Analysen mittels Sequenzierung von Nukleinsäuren und quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (LfL AQU1c) auf Anwesenheit und Aktivität anaerober Pilze
  • Optimierung anaerober Kultivierungstechniken (TUM, LS Tierhygiene) zur Isolation und Anzucht von anaeroben Pilzen aus Pansensaft verschiedener Wiederkäuer und Biogas-Praxisanlagen
  • Test von anaeroben Pilzen als Starterkulturen in Batchansätzen und im Durchfluss-Fermenterbetrieb (LfL ILT2a, AQU1c)
  • Ökonomische Bewertung des Einsatzes von Pansenpilzen (Hochschule Weihenstephan-Triesdorf)

Ergebnisse

  • Molekularbiologische Methoden zum spezifischen und hochsensitiv quantitativen Nachweis von anaeroben Pansenpilzen wurden entwickelt und erfolgreich eingesetzt.
  • Erste Analysen mit diesen Methoden aus Biogas-Praxisanlagen ergaben, dass anaerobe Pilze auch im konventionellen Biogasprozess vorhanden sein können.
  • Geeignete anaerobe Kultivierungstechniken werden etabliert und mit Pansensaft verschiedener Wiederkäuer evaluiert und an Pansensaft von Rindern validiert. Es konnten bereits anaerobe Pilze aus dem Gemsenpansen isoliert werden.

Ausblick

  • Für die zweiten Hälfte Jahres 2013 sind erste Versuche im Batchmaßstab geplant.
  • Die molekularbiologischen Nachweissysteme sollen hinsichtlich einer systematischen Erfassung der Pilze erweitert und verbessert werden. Dabei wird auch ein spezifisches System für den Nachweis der Aktivität der Pilze bezüglich des Lignocelluloseabbaus entwickelt.
  • Gewonnene Isolate werden charakterisiert und auf ihre enzymatische Aktivität untersucht.
  • Vielversprechende Kulturen anaerober Pilze werden als Inokulum anaeroben Fermentern mit stark verholztem Material zugesetzt. Es wird geprüft, ob sich dadurch der Prozess verbessern lässt.
Projektinformation
Verbundvorhaben zwischen der LfL (AQU1c, 1; ILT2a, 2), der Technischen Universität München (LS Tierhygiene, 3) und der Hochschule Weihenstephan Triesdorf (4)
Projektleitung:
Dr. Michael Lebuhn (1), Dr. Andreas Weber (2), Prof. Dr. Johann Bauer (3), Prof. Dr. Ulrich Bodmer (4)
Projektbearbeitung: Veronika Dollhofer, Elena Madge-Pimentel (1), Vasileios Dandikas (2), Dr. Samart Dorn-In (3), Mario Nast (4)
Laufzeit: 2012-2014
Finanzierung: Bayerisches Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten

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