PflanzenFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Biokatalysatoren in Bioreaktoren: Monitoring, Regelung und multikriterielle Optimierung von Biogasprozessen; Teilvorhaben 1: Einsatz und Wirkung der Biokatalysatoren - Akronym: BIOKAT

Anschrift
Verein zur Förderung agrar- und stadtökologischer Projekte (ASP) e. V. - Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte
Philippstr. 13, Hs. 16
10115 Berlin
Kontakt
Dr. Patrice Ramm
Tel: +49 30 2093-6242
E-Mail schreiben
FKZ
22402516
Anfang
01.06.2017
Ende
31.05.2020
Ergebnisdarstellung
Bei diskontinuierlicher Vergärung enzymatisch vorbehandelter, praxisnaher Substrate wurde eine Erhöhung der Methanausbeute beobachtet: bis zu 7,4 % (Stroh) bzw. bis zu 5,9 % (Getreide-GPS). Die Mehrausbeute konnte durch Nachdosierung der Enzympräparate gesteigert werden, der Effekt war mit zunehmender Inkubationszeit ausgeprägter: für Stroh ab Woche 3 Mehrausbeuten bis zu 24,5 %. Bei quasi-kontinuierlicher Vergärung in CSTRs wurde nur beim Substratgemisch Maissilage/Grassilage, nicht bei Getreide-GPS, ein Einfluss auf die Faserzusammensetzung festgestellt. Der verstärkte Abbau bestimmter Faserstoffe spiegelte sich nicht in der Methanbildung wider. Die Viskosität einer Carboxymethylcellulose(CMC)-Lösung wurde durch Enzympräparate bis zu 70 % reduziert. Eine Senkung des Drehmoments der Rührwerke mit CMC beschickter CSTRs um bis zu 6,1% war möglich. Bei der quasikontinuierlichen Vergärung praxisnaher Substrate konnte dagegen kein eindeutiger Effekt auf die Rheologie erkannt werden. Herstellung und Lagerung von Enzympräparaten aus Reststoffen der Produktion des Speisepilzes L. edodes konnten vereinfacht werden, bei gleichbleibender enzymatischer Aktivität: 54-61 U mL-1 (CMCase), 114-124 U mL-1 (Xylanase) und 5,1-6,0 U mL-1 (Laccase). Die Lagerung bei -18 °C war ohne Verlust der Aktivität möglich. Die Funktionalität der untersuchten Präparate im Biogasprozess kann anhand der Ergebnisse als sicher angesehen werden. Trotzdem waren bei quasikontinuierlicher Vergärung enzymbasierte Effekte kaum erkennbar. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden Praxis Szenarien identifiziert, die zur vollen Entfaltung des Wirkpotentials von Enzympräparaten am besten geeignet erscheinen: (i) Diskontinuierliche Vergärung faserreicher Substrate im Garagensystem. (ii) Diskontinuierlich beschickte und ggf. aerobe Hydrolyse faserreicher Substrate als Vorstufe eines quasikontinuierlich beschickten CSTR.
Aufgabenbeschreibung
Bei Enzymen handelt es sich um Proteine, die die Funktion von biologisch wirksamen Katalysatoren (Biokatalysatoren) haben. Enzyme setzen die Aktivierungsenergie herab und ermöglichen chemische Reaktionen bzw. Stoffumwandlungen. So auch beim vierstufigen Prozess der anaeroben Vergärung von Biomasse zu Biogas. Werden zur Biogasproduktion schwer abbaubare Substrate mit hohem Lignocelluloseanteil eingesetzt, wird die Umwandlung zu einfachen Zuckern, die in der ersten Stufe des Prozesses stattfindet, zum geschwindigkeitslimitierenden Schritt. Die beteiligten Mikroorganismen sind nicht in der Lage, die eingetragenen Substrate über eigene Stoffwechselprozesse vollständig umzusetzen, z.B. Lignocellulose in der Pflanzenzellwand. Der Fokus lag auf der Optimierung des anaeroben Abbaus von Biomasse zu Biogas durch gezielte enzymatische Unterstützung der mikrobiellen Hydrolyse langkettiger organischer Verbindungen, z.B. Lignocellulose. Untersucht wurden unterschiedliche industriell hergestellte Präparate (käuflich erwerbliche sowie Prototypen) und ein neuartiges auf Reststoffen der Produktion des Speisepilzes Lentinula edodes basierendes Präparat. Es wurden die folgenden Ziele verfolgt: Weiterentwicklung reststoffbasierter Enzympräparate durch geeignete Aufarbeitungsverfahren, u.a. Konzentrierung und Stabilisierung, sowie Charakterisierung der Präparate hin-sichtlich der Wirkung auf unterschiedliche Substrate; Wirkungsermittlung unterschiedlicher Enzympräparate auf die Biogasproduktion im Technikumsmaßstab bei Vergärung in Batch bzw. Fed-Batch-Ansätzen und in quasikontinuierlich betriebenen Bioreaktoren/CSTRs unter Einsatz praxisnaher und Modellsubstrate; Ermittlung der Wechselwirkung zwischen Enzym und Säure- sowie Alkoholbildung im Biogasprozess; Bilanzierung der Umsetzung der Faserstoffe Cellulose, Hemicellulose, Lignin unter Optimierung der Analytik; Ermittlung der Wirkung ausgewählter Enzympräparate auf die rheologischen Eigenschaften unter Nutzung neuartiger Technologien.

neue Suche

Themendossier

Banner Themendossier Pflanzen

Torffrei gärtnern wie die Profis

Löwenzahn gibt Gummi

Arzneipflanzen

Banner Arzneipflanzen
Artikel
Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe