Trichotreat

Die Entwicklung alternativer Energietechnologien ist sowohl von hoher ökologischer als auch von ökonomischer Relevanz, undso lassen starke Preissteigerungen undzunehmender Energieverbrauch, wie auch eine limitierte Verfügbarkeit fossiler Energieträger und deren umweltbelastende Auswirkungen ihr eine fundamentale Bedeutung zukommen. In diesem Zusammenhang gewinnt die energetische Nutzung von Biomasse mittels anaerober Vergärung aufgrund deren ubiquitären sowie regenerativen Charakters zunehmend an Bedeutung. Durch den heterogene Aufbau sowie die schlechte Abbaubarkeit lignocellulosehaltiger Substrate kann das vielversprechende Potential für deren Verwertung in Biogasanlagen jedoch nur eingeschränkt genutzt werden und es bedarf der Entwicklung effizienter Vorbehandlungsmethoden, um diese Hindernisse zu umgehen und den Nutzungsgrad von Fermentationen zu erhöhen. Im Zuge vorangegangenerUntersuchungenkonntebereits ein biologisches Vorbehandlungsverfahren entwickelt werden, das bei der Anwendung in standardisierten Biomüll durch die Applikation des hoch-cellulolytischen Pilzes Trichoderma viride zu einer signifikanten Zunahme des Abbaus von organischem Material und in der Folge zu deutlichen (bis zu mehreren 100%) Steigerungen des Methan- und Biogasertrages führte. Obwohl der positive Effekt der Vorbehandlungsmethode offensichtlich war und sich eindeutig nachweisenließ,konnten die Hintergründefür diedeutlichen Methan- und Biogasertragssteigerungen noch nicht aufgeklärt werden. Ziel des vorliegenden Projektes ist daher die systematische biochemische und mikrobiologische Untersuchung der zugrunde liegenden Ursachen, sowohl in der Phase der aeroben Vorbehandlung mit dem Pilz als auch der darauffolgenden Phase der anaeroben Vergärung. Im Detail lassen sich folgende Projektziele definieren: Untersuchung des Verhaltens von T. viride während der Vorbehandlung. Untersuchung der durch die Vorbehandlung hervorgerufenen biologischen bzw. biochemischen Veränderungen, die den nachfolgenden anaeroben Prozess positiv beeinflussen. Untersuchung der mikrobiologischen Konsortien während der aeroben als auch der anaeroben Phase, um die ablaufenden biochemischen Prozesse (besser) verstehen zu können. Methodisch soll ein Mix aus bereits gut etablierten chemisch-analytischen Verfahren (HPLC, GC, etc), klassischen Kulturtechniken und modernen molekularbiologischen Methoden (Microbiome Profiling) zur Anwendung kommen. Das Projekt stellt die Basis zum Verständnis einer vielversprechenden biologischen Vorbehandlungsstrategie dar, mit der in Zukunft, bei genauer Kenntnis der ablaufenden Reaktionen, der Abbau von (ligno)cellulosehaltigen Substraten auch in großtechnischen Anlagen optimiert bzw. gesteigert werden könnte.

FWF Projekt Trichotreat Die Entwicklung alternativer Energietechnologien ist sowohl von hoher ökologischer als auch von ökonomischer Relevanz, und so lassen starke Preissteigerungen und zunehmender Energieverbrauch, wie auch eine limitierte Verfügbarkeit fossiler Energieträger und deren umweltbelastende Auswirkungen ihr eine fundamentale Bedeutung zukommen. In diesem Zusammenhang gewinnt die energetische Nutzung von Biomasse mittels anaerober Vergärung aufgrund des ubiquitären sowie regenerativen Charakters zunehmend an Bedeutung. Durch den heterogenen Aufbau sowie die schlechte Abbaubarkeit lignocellulosehaltiger Substrate kann das vielversprechende Potential für deren Verwertung in Biogasanlagen jedoch nur eingeschränkt genutzt werden und es bedarf der Entwicklung effizienter Vorbehandlungsmethoden, um diese Hindernisse zu umgehen und den Nutzungsgrad von Fermentationsprozessen zu erhöhen. Durch die Verbesserung des Substrataufschlusses vor bzw. während des Biogasprozesses können in Biogasanlage zwar die Biogas- und Methanausbeuten deutlich erhöht werden, jedoch kann es im Zuge dessen auch zu einer Anreicherung unerwünschter Nebenprodukte kommen. Letztere können den mehrstufigen Prozess der Methanbildung stören. Eine genaue Kenntnis der Funktions- und/oder Wirkweise der angewendeten Vorbehandlungsmethode ist daher von eminenter Wichtigkeit. Im Zuge vorangegangener Untersuchungen wurde beobachtet, dass die Anwendung des hoch-cellulolytischen Pilzes Trichoderma viride als Vorbehandlung von standardisiertem Biomüll bei hohen Anfangsnährstoffkonzentrationen zu Teils deutlichen Steigerungen des Methan- und Biogasertrages führt. Obwohl der positive Effekt der Vorbehandlungsmethode zum Teil deutlich sichtbar war, konnten die Hintergründe für die deutlichen Methan- und Biogasertragssteigerungen noch nicht aufgeklärt werden. Ziel des Projektes Trichotreat war daher die systematische biochemische und mikrobiologische Untersuchung der zugrunde liegenden Ursachen, sowohl in der Phase der aeroben Vorbehandlung mit dem Pilz als auch der darauffolgenden Phase der anaeroben Vergärung. In aufwändigen Versuchen mit unterschiedlichen Mengen von standardisiertem, stark lignocellulose-haltigem Biomüll wurde daher die Funktionswiese der Vorbehandlung mit dem cellulotytischen Pilz Trichoderma viride evaluiert und die Auswirkungen auf den nachfolgenden anaeroben Vergärungsschritt untersucht. Es zeigte sich, dass bei hohen Nährstoffkonzentrationen die Methan- und Biogasausbeuten gesteigert werden konnten, dieser Effekt jedoch nicht auf den verbesserten Aufschluss der vorbehandelten Substrate, sondern viel mehr auf das Verringern von Überlastphänomenen im anschließenden anaeroben Vergärungsschritt zurückzuführen war. Bei niedrigen Nährstoffkonzentrationen war der positive Effekt einer T. viride Vorbehandlung auf eine zeitliche Beschleunigung des anaeroben Prozesses innerhalb der ersten Tage der Vergärung beschränkt. Zusätzliche Untersuchungen mit anderen Substraten wie Stroh und Mais-Silage brachten ähnliche Ergebnisse. Um die Wirkweise dennoch untersuchen zu können, wurde auf ein streng definiertes, cellulose-haltiges Substrat umgestiegen, dieses mit dem Pilz vorbehandelt und eine anaerobe Vergärung durchgeführt. Im Zuge dieser grundlagenwissenschaftlichen Untersuchung konnte ein positiver Effekt der Vorbehandlung auf die Geschwindigkeit im nachfolgenden anaeroben Abbau nachgewiesen werden. Vor allem bei der cellulolytischen (Organismen aus den Gattungen Acetivibrio, Ruminofilibacter, Herbinix und Fibrobracter) und der methanogenen (Organismen aus den Gattungen Methanosarcina, Methanosaeta und Methanobacterium) Gemeinschaft wurden Unterschiede zwischen nicht- und vorbehandelten Proben gefunden.