Forschungs- und Innovationsprojekt
Gesteigerte Methanproduktivität während der anaeroben Vergärung durch Zugabe von CO₂

Das Hauptziel des Projektes ist die Identifizierung der Mechanismen, die während der anaeroben Vergärung durch die Zugabe von CO₂ zu einer gesteigerten CH₄-Produktion führen. Dieser Effekt wurde in Voruntersuchungen beobachtet. Es existieren aber bisher nur Vermutungen hinsichtlich der zugrundeliegenden Mechanismen.

Um die beobachteten Effekte zu verifizieren und um das Potential für die Energieproduktion z.B. aus Reststoffen, Abfällen oder Klärschlamm nutzen zu können, müssen die verantwortlichen Mechanismen in einem interdisziplinären Ansatz geklärt werden. Dieser beinhaltet den Einsatz stabiler Isotope als Schlüsselparameter zur Prozessidentifikation, Kenntnisse in der Prozesssteuerung kontinuierlicher Durchflussversuche sowie die zielgerichtete Analyse der mikrobiellen Biozönose im Biogasprozess und ihrer spezifischen Aktivitäten.

Um die Mechanismen der beobachteten Biokonversion zu identifizieren, wurden am Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München (TUM-SWW) zwei kontinuierlich betriebene anaerobe Klärschlamm-Vergärungssysteme aufgebaut. Ein System wird mit (fallweise isotopisch markiertem) CO₂ angereichert. Das andere dient als Kontrolle. Es werden verschiedene Belastungsszenarien getestet, die einen Einfluss auf die Mechanismen der CH₄ Produktion haben können. Während der Experimente werden Standardprozessparameter aufgezeichnet (TS, VS, COD, VFA, Alkalinität, pH-Wert, Gaszusammensetzung, spezifische Gasproduktion).

Um die Umwandlung von CO₂ nach CH₄ nachvollziehen zu können, sollen stabile Isotopentechniken während der Vergärungstests eingesetzt werden. Hierüber lassen sich Zwischenprodukte identifizieren und spezifische Reaktionspfade des CO₂-Umsatzes rekonstruieren.

Aufgabe des von der LfL (AQU1c) zu bearbeitenden Teilvorhabens ist es, die Biozönosen zu den verschiedenen Prozesszuständen zu untersuchen. Dabei werden jeweils die Zusammensetzung der mikrobiellen Gesellschaft (qualitative Analysen) und die Konzentration wichtiger physiologischer Gruppen (Gilden, z.B. methanogene Archaeen) untersucht. Die Analysen erfolgen auf DNA-Ebene (Gegenwart der betrachteten Gilden) und auf (m)RNA-Ebene (Aktivität der betrachteten Gilden). Diese Ergebnisse können entscheidende Rückschlüsse auf die beschrittenen Reaktionswege liefern.

Sind die zugrundeliegenden Mechanismen erst einmal verstanden, kann versucht werden, die Ergebnisse in die Praxis zu übertragen.

Die Fermenter wurden am Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München angefahren, und ihr Betrieb wird aktuell optimiert. Es liegen noch keine Ergebnisse vor.