Forschungs- und Innovationsprojekt
Biogas-Marker
Entwicklung von molekularen Markern und Nachweisverfahren auf Basis der quantitativen (realtime) PCR zum Monitoring von prozessrelevanten Mikroorganismen als Frühwarnsysteme für Prozessstörungen (BIOGAS-MARKER)
Die Vergärung von Grassilage stellt nicht nur besondere Ansprüche an die Verfahrenstechnik und die Stressresistenz der Mikroorganismen u.a. gegenüber NH3. Erschwerend kommt für die Prozesssteuerung hinzu, dass die Akteure der Vergärung von Gras-/Kleegrassilage zu Biogas kaum bekannt sind und ihr Metabolismus sowie ihr Verhalten den Stressoren gegenüber noch viel weniger untersucht ist. Eine Prozesssteuerung anhand relevanter und frühzeitig reagierender Prozesskennwerte ist aber essentiell. Ohne diese besteht ständig die Gefahr eines Prozesszusammenbruchs, der Einbußen für den Betreiber und u.U. auch negative ökologische Auswirkungen haben kann.
In der Zusammenschau der konventionellen Prozesskennwerte mit den Ergebnissen der molekularbiologischen Untersuchungen sollen geeignete Frühwarnsysteme insbesondere in Form molekularbiologischer Marker für beginnende Prozessstörungen gefunden werden.
Schließlich gilt es auch, Gründe für den Zusammenbruch zu finden und Vermeidungsstrategien zu definieren.
Schließlich gilt es auch, Gründe für den Zusammenbruch zu finden und Vermeidungsstrategien zu definieren.
Zielsetzung
- Prüfung von verschiedenen alternativen Strategien zur Etablierung von molekularen Markern
- Prüfung der Alternativen DNA- und RNA-basierter Nachweis zur Bestimmung metabolisch aktiver Zellkonzentrationen
- Optimierung der Protokolle zur Präparation der Biomoleküle
- Etablierung von Assays auf Basis der quantitativen PCR
- Etablierung von Strategien zur Kontrolle des Erfolgs der Präparation und der Nachweisreaktion
- Identifizierung von Prozess- und Biomarkern
- Anwendung der entwickelten Assays zur Früherkennung von Prozessstörungen im Technikums- und Praxismaßstab
Methode
- Durchführung von kontinuierlichen einphasigen Gärversuchen unter mesophilen (38°C) und thermophilen (55°C) Bedingungen mit Grünlandaufwuchs (Deutsches Weidelgras) zur Ermittlung der langfristigen Prozessstabilität und der prozessbiologischen Grenzen (Steigerungsversuche)
- Untersuchung von methanogenen Archaeen und Bakterien des intermediären Metabolismus (AASF: acidogene, acetogene und syntrophe Fettsäureoxidierer)
- Identifikation von relevanten Biomarkern bzw. Bioindikatoren in den verschiedenen Gilden mittels sequenzierungsbasierter Techniken (RT-PCR-Klonierung bzw. Metagenom und -transkriptiomanalysen) anhand der Unterschiede zwischen stabilem Betrieb und Prozessstörung
- Quantifizierung der verschiedenen Gilden mittels (RT)-qPCR und Bestimmung deren Aktivität (Metabolischer Quotient, MQ und cDNA/DNA-Verhältnis)
- Spiking-Experimente zur Etablierung von analytischen Erfolgskontrollsystemen der Extraktion
- Sequenzierungsbasierte Techniken (RT-PCR-Klonierung bzw. Metagenom und -transkriptiomanalysen) zur Identifizierung von Prozessmarkern
Ergebnisse
- Substrat wurde für den Versuchszeitraum bereitgestellt
- Anfahrphase der mesophilen und thermophilen Fermenter begonnen
- Phylogenetische Untersuchung des Inokulums (Standardbiozönose 2) wird zur Zeit durchgeführt
Die Zielstellungen werden in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB), dem Centrum für Biotechnologie (CeBiTec, Universität Bielefeld), der Technischen Universität München (TUM) und der Beuth Hochschule für Technik Berlin (Beuth-HS) im Rahmen des Biogas Competence Networks (BCN) bearbeitet.
Projektinformation
Projektleitung: Dr. Michael Lebuhn
Projektbearbeitung: Bernhard Munk, Elena Madge-Pimentel, Diana Andrade, Thomas Barufke
Laufzeit: 2013-2016
Fördernummer: 03SF0440B
Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Projektträger Jülich
Projektleitung: Dr. Michael Lebuhn
Projektbearbeitung: Bernhard Munk, Elena Madge-Pimentel, Diana Andrade, Thomas Barufke
Laufzeit: 2013-2016
Fördernummer: 03SF0440B
Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Projektträger Jülich
Arbeitsschwerpunkt der LfL
Regenerative Energien
Die Möglichkeiten der regenerativen Energieerzeugung sind vor allem in der Landwirtschaft ein Thema. Die Endlichkeit fossiler Energieträger und die Notwendigkeit die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, zwingen uns zu konsequentem Energiesparen und kontinuierlichen Effizienzverbesserungen im Energieeinsatz. Ein forcierter Ausbau Regenerativer Energien ist unumgänglich. Mehr