Beteiligte Promovierende:
Niclas Krakat (C1-REM)
Immo Röske (C1-REM)
Anneke Marks (assoziiert)
Franziska Zerck (assoziiert)
Lukas Neumann (assoziiert)
Hintergrund und wissenschaftlicher Ansatz: Die stetig zunehmende Weltbevölkerung geht mit einer Steigerung des Energiebedarfs einher. Zur künftigen Sicherstellung der Energieversorgung und zum Klimaschutz ist es daher notwendig die Nutzung alternativer, erneuerbarer Energien weiter zu entwickeln. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang Biogasanlagen. Um künftig eine effiziente Nutzung von Biogasanlagen gewährleisten zu können ist umfangreiches Wissen bezüglich der am Biogasprozess beteiligten mikrobiellen Lebensvielfalt sowie der biologischen Konversion vom Substrat zum Methan essentiell. Das gereinigte Methangas kann in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden. Neben der Einspeisung in kommunale Gasnetze oder der Nutzung als Prozessenergie (Kopplung an ein BHKW) ist eine Verarbeitung zu weiteren Energieressourcen anzustreben. Da die vielfältigen Untersuchungsmethoden aufgrund der verschiedensten Substrate für Biogasanlagen nicht standardisiert vorliegen, bildet die Graduiertenschule C1-REM eine hervorragende Plattform, um Untersuchungsmethoden (z.B. FISH, Epifluoreszenzmikroskopie, DGGE, genetisches Fingerprint und Isolierungstechniken) gegenseitig auszutauschen und zu evaluieren. Am Institut für Technische Mikrobiologie an der TUHH finden Forschungsarbeiten zur umfassenden Charakterisierung der Mikroorganismen in mit Weizenstrohschlempe betriebenen Biogasreaktoren statt, die bei hohen Betriebstemperaturen arbeiten (55-70°C). Die Schlempe stellt ein minderwertiges Abfallprodukt der industriellen Bioethanolherstellung dar und weißt hierdurch ein enormes Wertsteigerungspotential auf. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft liegt der gemeinsame Fokus des Forschungsclusters auf der Entwicklung einer integrierten, nachhaltigen Bioraffinerieanlage. Um dieses Ziel zu erreichen werden in der AG Antranikian populationsdynamische Analysen innerhalb der Schlempebiozönose von Biogasreaktoren durchgeführt. Zudem wird das Ziel verfolgt bisher unbekannte Organismen zu isolieren um diese auf Einsatzmöglichkeiten im industriellen Sektor zu bewerten. Ein weiterer interessanter Forschungsansatz ist der Einsatz definierter Mischkulturen zur Maximierung der Methangasausbeute aus Schlempe. Die Gesamtheit der Forschungsansätze soll dem Erkenntnisgewinn und letztlich einer stabilen Betriebsweise moderner Biogasanlagen dienen. Aufbauend auf einer an der HAW in den letzten 10 Jahren entwickelten Fuzzy-Feedback Regelung werden von der AG Scherer in vollautomatisierten Fermentern unter kontrollierten Bedingungen mikrobiologische Untersuchungen zur Vergärung von Biogasrüben bei 41°C und 60°C durchgeführt. Es soll sowohl Diversität als auch die Quantität der mikrobiellen „Black Box“ aufgeklärt werden. Ein wichtiger neuer Aspekt der Untersuchungen ist, dass nicht nur Momentaufnahmen der mikrobiellen Population eines Biogasreaktors erzielt werden, sondern dass die reale Wirkungsweise eines Biogasreaktors im Labor genau nachgestellt wird, um über Korrelationsanalysen die Abhängigkeit der mikrobiellen Population von den typischen Prozessparametern eines Biogasreaktors zu erhalten, wie z.B. Temperatur, Beladungsrate, Verweilzeit und Substratumstellung. Mit diesem Verständnis der Zusammenhänge soll der Schlüssel für hohe Produktivität und darüber hinaus zur Effizienzsteigerung einer Biogasanlage erhalten werden. Die AG Burger beschäftigt sich derzeit mit der Erforschung neuer Katalysatoren die das gasförmige Methan in den flüssigen Energieträger Methanol umwandeln können. Eine mögliche Speichertechnik des Methans in speziellen Medien (metal organic frames, kurz: MOF) ist für die längerfristige Nutzung dieser erneuerbaren Energien von essentieller Bedeutung und wird von der AG Fröba untersucht.
Publikationsliste der Teilprojektleiter und Promovierenden zu diesem Thema:
[1] Krakat, N., S. Schmidt, and P. Scherer (in press) Potential impact of process parameters upon the bacterial diversity in mesophilic anaerobic digestion of beet silage. Biores. Technol. doi: 10.1016/j.biortech.2011.02.108.
[2] Krakat, N., S. Schmidt, and P. Scherer (2010). The mesophilic fermentation of renewable biomass – does hydraulic retention time regulate diversity of methanogens? Appl. Environ. Microbiol. 76:6322 – 6326.
[3] Krakat, N., A. Westphal, K. Satke, S. Schmidt, and P. Scherer (2010). The microcosm of a biogas fermenter: Comparison of moderate hyperthermophilic (60°C) with thermophilic (55°C) conditions. Eng. Life Sci. 10:doi: 10.1002/elsc.201000064
[4] Krakat, N., A. Westphal, S. Schmidt, and P. Scherer (2010). Anaerobic digestion of renewable biomass – thermophilic temperature governs population dynamics of methanogens. Appl. Environ. Microbiol. 76:1842 – 1850
Web-Verknüpfungen:
Garabed Antranikian http://www.technical-microbiology.de/
Peter Burger http://www.chemie.uni-hamburg.de/ac/burger/
Michael Fröba http://www.chemie.uni-hamburg.de/ac/froeba
Paul Scherer http://www.haw-hamburg.de/paulscherer.html
