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Studie zur Biogaserzeugung

Biofilme erhöhen Stabilität und Effizienz

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Entscheidend für die Ansiedlung einer effizienten mikrobiellen Gemeinschaft sind vor allem die Materialeigenschaften der Aufwuchsträger. Von den getesteten Werkstoffen, u.a. Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen und Polyurethan, erwies sich Acrylglas für die Nutzung als Aufwuchsträger am besten geeignet. Auch auf magnetischen Aufwuchsträgern, die mitsamt ihrer mikrobiellen Beladung gut im System zurückgehalten werden können, etablierten sich Biofilme erfolgreich. Insgesamt beeinflussen die Oberflächenrauigkeit des Materials und die Temperatur des Prozesses die mikrobielle Besiedlung.

Überraschend für die Wissenschaftler war, dass innerhalb eines Biogasreaktors unterschiedliche Biofilme mit unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen und Stoffwechselleistungen vorliegen können. „Wir vermuten, dass über die Materialeigenschaften der Aufwuchsträger die Struktur der Biofilme und damit auch die Leistung des Biogasreaktors positiv beeinflusst werden kann“, so Dr. Ingo Bergmann, einer der Autoren der Studie.

Zwei Gruppen von Mikroorganismen

Am Leibniz-Institut für Agrartechnik wurden in den letzten Jahren verschiedene Biofilm-basierte Reaktorlösungen entwickelt und in Labor und Praxis erprobt. Wesentlich für solche Verfahren ist die räumliche Trennung von Aufschluss und Abbau der Biomasse von der eigentlichen Methanbildung. „Solche mehrstufigen Systeme sollten unbedingt verstärkt Anwendung in der Praxis finden. Dabei sind die symbiotischen Beziehungen zwischen den Mikroorganismen in den Biofilmen für die Stabilität des Prozesses und die Leistungsfähigkeit der Biogasbildung entscheidend“, fasst Klocke die Ergebnisse zusammen.

Der anaerobe Abbau von pflanzlicher Biomasse zu Biogas wird durch zwei Gruppen von Mikroorganismen durchgeführt. Fermentative Bakterien katalysieren den Abbau der in der Biomasse enthaltenen hochmolekularen Verbindungen zu kurzkettigen Carbonsäuren sowie Gasen wie molekularem Wasserstoff und Kohlendioxid. Diese Abbauprodukte sind wiederum die Ausgangssubstrate für die eigentlichen Produzenten der energetischen Komponente im Biogas, des Methans. Zur Bildung von Methan sind nur einige wenige, hoch spezialisierte Vertreter aus der Gruppe der Archaeen befähigt.

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