SynControl

Syntrophe Bakterien als neuer Biomarker zur besseren Überwachung und Steuerung von Biogasfermentern mit Rest- und Abfallstoffen

01.09.2024

28.02.2027

FKZ-Nr.:

03EI5476

Ziele des Projektes „SynControl“ sind die identifizierung neuer Biomarker in Biogasanlagen, die nicht mit Energiepflanzen sondern überwiegend mit Rest- und Abfallstoffen aus der Industrie und Landwirtschaft gefüttert werden. Weiterhin soll untersucht werden, ob und wie diese neuen und der bekannte Biomarker zur Überwachung und Steuerung von Biogasanlagen genutzt werden können.

In einem vorherigen Projekt ("FerMiQ") wurde ein neuer Biomarker entdeckt, der direkt eine Veränderung der Mikrobiologie im Biogasprozess misst: Die DNA-Konzentration einer spezifischen Gruppe von syntrophen Bakterien. Dieser Biomarker wurde seitdem in über 300 Biogasanlagen nachgewiesen, scheint also weit verbreitet zu sein. Er reagiert genauso früh wie ein Anstieg der FOS- bzw. FOS/TAC-Werte, ist jedoch eindeutiger: die DNA-Konzentration sinkt innerhalb von einer Woche um eine Größenordnung, d.h. ein Bakterium muss jetzt dieselbe Arbeit leisten, die vor einer Woche noch 10 Bakterien geleistet haben. Im Projekt „SynControl“ soll überprüft werden, ob dieser syntrophen Biomarker auch in Biogasanlagen vorhanden ist, die nicht mit Energiepflanzen gefüttert werden, sondern überwiegend mit Rest- und Abfallstoffen aus der Industrie und Landwirtschaft.

Biogas, Biomethan, Steigerung Prozess-Effizienz/-Effektivität, Prozessoptimierung, Rest- und Abfallstoffe, Mess-/Steuerungs-/Regelungstechnik

AMODIA koordiniert das Verbundprojekt (AP1) und bearbeitet das Teilprojekt "Validierung von und Suche nach neuen Biomarkern". In AP2 "Monitoring und prozessbegleitende Analytik von Praxisanlagen" werden neue molekularbiologische Analysesysteme entwickelt, um neue Biomarker zu suchen (AP 2.3). In AP4 "Dynamische Gärtests mit ausgewählten Substratmischungen und Fahrweisen" werden die qPCRs aus AP2 an Proben aus Labor-Fermentern validiert, in denen Fütterungswechsel (DBFZ) bzw. hohe Raumbelastungen (PFI) bei unterschiedlichen Substratmischungen simuliert werden. In AP 5 "Analyse der Praxistauglichkeit des Biomarkers" werden Best-Practice-Ansätze zur verbesserten Steuerung von Praxisanlagen abgeleitet. Und in AP6 "Ökonomische und Ökologische Bewertung" wird die Wirtschaftlichkeit der Analysen betrachtet.

Das Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. bearbeitet das Teilprojekt "Co-Fermentation mit Rest- und Nebenprodukten unter Simulation hoher Raumbelastungen und Stickstofffrachten". Die Arbeiten umfassen hierbei die Auswahl und das Monitoring von mindestens 2 Biogasanalgen, welche Reststofffraktionen aus der Bioethanol- und Zuckerproduktion einsetzen (AP2.2), die chemisch-physikalische Charakterisierung von Einsatzstoffen (AP3.2), die Ermittlung von Basisdaten bezüglich Biogas- und Methanpotential (AP3.3), die Durchführung semi-kontinuierlicher Gärtests unter Simulation hoher Raumbelastungen (AP4.2) und hoher Stickstoffbelastung (AP4.3) sowie die Analyse der Praxistauglichkeit des Biomarkers (AP 5.3).

Das DBFZ wird zwei BGA mit überwiegender Vergärung von Abfällen und Nebenprodukten über mindestens 12 Monate monitoren, die Stabilitätsparameter bestimmen, weitere Daten zum Fermenterzustand erheben und Fermenterproben an den Projektpartner AMODIA weiterleiten (AP 2.1). Apfeltrester und Weizenpülpe werden als typische Beispiele für biogene Abfälle / Nebenprodukte einer umfassenden analytischen Charakterisierung unterzogen (AP 3.1). Es werden kontinuierliche Gärtests in 15-L- Laborfermentern durchgeführt (AP 4.2). Die Fermenterbiologie soll bei den Langzeit-Versuchen über 24 Monate durch schnelle Substratwechsel gezielt an ihre Grenzen gebracht werden, um Prozeßzustände im Grenzbereich zur Überlastung zu simulieren. Die Überwachung der Prozeßstabilität erfolgt dabei sowohl anhand der etablierten Parameter (Gärsäuremuster und FOS/TAC) als auch durch den neu zu entwickelnden Biomarker. Dazu werden regelmäßig Fermenterproben an den Projektpartner AMODIA gesendet.