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

Maissilage mit ausgeprägtem Schimmelpilzbefall

Stark verschimmelte Maissilage

Zur Verbesserung der Effizienz von Biogasanlagen muss die Nutzung von Biomasse optimiert werden. Substratverluste bis zur Einbringung in den Fermenter müssen vermieden werden. Bei unsachgemäßem Silomanagement wird nicht nur Masse durch mikrobiellen Abbau verloren, es können sich auch fallweise Schimmelpilze stark vermehren, die zur Bildung auch für Säugetiere toxischer oder auch antibiotisch wirksamer Substanzen in der Lage sind. Im Rahmen des Verbundvorhabens wird im vorliegenden Teilvorhaben untersucht, ob die Stoffwechseltätigkeit der Biogas-Mikroorganismen und damit die Effizienz des Biogasprozesses durch diese Toxine beeinträchtigt werden.
Für die Untersuchungen werden moderne molekularbiologische Verfahren wie die quantitative Real-Time PCR (qPCR) und die Analyse von Nukleinsäuresequenzen zur Bestimmung der Populationszusammensetzung eingesetzt.

Sie eröffnen die Möglichkeit, Proben schnell und spezifisch auf die Gegenwart auch bislang unbekannter Mikroorganismen hin zu untersuchen. Weil der größte Teil der Biogas-Mikroorganismen noch nicht bekannt ist, sind diese Methoden ideal für die Untersuchungen geeignet.

Zielsetzung

Es sollen Effekte bereits bekannter, relevanter Mykotoxine und von noch nicht bekannten aber in Silagen vorhandenen Hemmstoffen auf den Biogasprozess und die Biogas bildende Mikroorganismengemeinschaft untersucht werden. Da Effekte auf den Substratabbau und/oder auf die Methanbildung auftreten können, werden die Gemeinschaften Bacteria und methanogene Archaea separat untersucht.
Weiterhin können Prozessstörungen auf einer verringerten Populationsdichte oder auf einer Hemmung der Aktivität beruhen. Deswegen werden die genannten Populationen quantitativ (auf DNA-Ebene) und hinsichtlich ihrer Aktivität (RNA-Ebene) analysiert. Gleichzeitig sollen Veränderungen in der Populationszusammensetzung bestimmt werden.
Aus den zusammengefassten Ergebnissen der Teilprojekte werden Empfehlungen für die Praxis abgeleitet.

Methoden

  • Untersucht werden die Effekte bereitgestellter Mykotoxine und Schimmelsubstrate zunächst in Batch- und dann in Durchfluss-Laborbiogasanlagen des Instituts für Landtechnik und Tierhaltung der LfL.
  • Es wird die Konzentration von methanogenen Archaeen und von Bacteria mit qPCR- sowie deren Aktivität mit reverse-transcription (RT) qPCR Systemen gemessen.
  • Weiterhin wird der Einfluss auf die Zusammensetzung der Populationen von methanogenen Archaeen und von Bacteria auf DNA- (Gegenwart) und RNA-Ebene über die Analyse der Nukleinsäuresequenzen untersucht.

Ergebnisse

Projektinformation
Kooperation zwischen AQU1c (Mikro-, Molekularbiologie), ILT2a (Fermenterbetrieb), ITE1b (Substratmanagement, Koordination) und TUM, LS Tierhygiene (Mykotoxinanalytik)
Projektleitung (Teilprojekt AQU1c): Dr. Michael Lebuhn
Projektbearbeitung (Teilprojekt AQU1c): Bernhard Munk, Elena Madge-Pimentel
Laufzeit: 01.10.2013 – 30.09.2016
Fördernummer: BE/14/29
Finanzierung: Bayerisches Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten

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