Einfluss verpilzter Einsatzstoffe auf den Biogasprozess und die hygienische Beschaffenheit von Gärresten

stark verschimmelten Maissilage

Stark verschimmelte Maissilage

Kurztitel des Projekts: "Schimmelsubstrat"

Schimmelpilze können toxische oder auch antibiotisch wirksame Substanzen wie Penicillin bilden. Dadurch kann die Stoffwechseltätigkeit der Biogas-Mikroorganismen und damit die Gesamtbilanz des Biogasprozesses beeinträchtigt werden. Dies ist aber nach derzeitigem Kenntnisstand nicht zu quantifizieren. Daher startete zum 1. Oktober 2013 ein Gemeinschaftsprojekt der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) und der Technischen Universität München (TUM) mit dem Ziel, den Einfluss von verschimmeltem Substrat auf den Biogasprozess und die hygienische Beschaffenheit von Gärresten sachlicher beurteilen zu können.

Problemstellung

Für die Energiewende ist der Ausbau der erneuerbaren Energien und damit der Biomassenutzung unabdingbar. Biogasanlagen können hierzu aufgrund der vergleichsweise guten Einpassung ins bayerische Landschaftsbild und der Möglichkeit zur wetterunabhängigen Steuerung der Energielieferung einen wichtigen Beitrag leisten. Dabei gilt es vor allem, den Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu optimieren. Dieser ist bereits reduziert, wenn Substratverluste bis zur Einbringung in den Fermenter entstehen. Diese Verluste können beachtliche Ausmaße von deutlich über 15 % annehmen, besonders dann, wenn auf eine sachgemäße, luftdichte Abdeckung von Siloanlagen verzichtet wird. Neben dem reinen Masseverlust durch mikrobiellen Abbau können sich auch Schimmelpilze fallweise stark vermehren. Diese sind bekannt dafür, dass Sie toxische oder auch antibiotisch wirksame Substanzen wie Penicillin bilden können. Es gibt viele Hinweise, dass die Stoffwechseltätigkeit der Biogas-Mikroorganismen und damit die Gesamtbilanz des Biogasprozesses dadurch beeinträchtigt werden. Dies ist aber nach derzeitigem Kenntnisstand nicht zu quantifizieren. Für eine optimale energetische Nutzung z.B. geringfügig schimmelpilzbefallenen Substrats ist die Kenntnis der Ursachen und Wirkungen und des Ausmaßes von Prozessstörungen dringend erforderlich.

Projektbeschreibung

Zum 1. Oktober 2013 startete ein Gemeinschaftsprojekt von LfL (Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft ITE, Institut für Landtechnik und Tierhaltung ILT, Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen AQU) und TUM (Lehrstuhl für Tierhygiene) mit dem Ziel, den Einfluss von verschimmeltem Substrat auf den Biogasprozess und die hygienische Beschaffenheit von Gärresten sachlicher beurteilen zu können. Hierzu werden einerseits gezielte Laborversuche durchgeführt um Effekte bis auf die Ebene von Einzelsubstanzen zurückverfolgen zu können. Versuche mit Praxisproben sollen andererseits die Übertragbarkeit und Praxisrelevanz des Projekts sicherstellen.

Teilprojekte

1. Verfahrenstechnik:
Die Wirkung relevanter Mykotoxine auf Gasertrag und Gasqualität wird mittels Mini-Batch-System zur Aktivitäts- und Toxizitätsmessung im Biogasprozess untersucht. Neben Reinsubstanzen sollen Extrakte diverser Schimmelpilzkulturen und Praxissilagen dieser Prüfung unterzogen werden. Im weiteren Projektverlauf folgen aus den daraus resultierenden Erkenntnissen abgeleitete, gezielte Untersuchungen mittels semikontinuierlichen Durchflussversuchen in Versuchsfermentern bei steigender Raumbelastung. Der Bedeutung verschimmelter Substrate hinsichtlich der hygienischen Beschaffenheit der Gärreste wird mittels LC-MS/MS-Technik nachgegangen (ILT, Lehrstuhl für Tierhygiene).
2. Mikrobiologie:
Neben Untersuchungen zum Gasertrag sollen molekularbiologische Methoden Aufschluss hinsichtlich einer möglichen Beeinträchtigung spezifischer mikrobieller Prozessindikatoren durch diverse Mykotoxine bringen. Ziel ist die Früherkennung möglicher, durch Mykotoxine verursachter Prozessinstabilitäten (AQU, ILT).

Teilprojekt Mikrobiologie

3. Praxissilagen:
Durch gezielte Betriebsbesuche und ein sogenanntes „Controlling am Silo“ sollen die wichtigsten Einflussfaktoren hinsichtlich einer möglichen Prozessbelastung ermittelt werden (ITE, AQU).

Teilprojekt Beprobung von Praxisanlagen

Projektinformation
Verbundvorhaben zwischen der LfL (Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft 1, Institut für Landtechnik und Tierhaltung 2, Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen 3 ) und der Technischen Universität München (Lehrstuhl für Tierhygiene 4 )
Projektstart: Oktober 2013
Genehmigte Laufzeit: 3 Jahre
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)
Projektleitung: Dr. Johannes Ostertag 1, Dr. Fabian Lichti 2, Dr. Michael Lebuhn 3, Dr. Karsten Meyer 4
Projektbearbeitung: Dandy Schneider 1, Martine Schraml 2, Elena Madge-Pimentel 3, Dr. Katrin Harms 4