Enzymvorstufe verbessert Biogasproduktion  

Effizienterer Abbau cellulosehaltiger Substrate in Biogasanlagen

Bei Energiepflanzen der zweiten Generation wird zunehmend die gesamte Pflanze genutzt, wodurch vermehrt cellulosehaltige Substrate in Biogasanlagen eingesetzt werden. Cellulose ist ein wesentlicher Bestandteil pflanzlicher Zellwände und besteht aus Kohlenhydraten, die von den beteiligten Mikroorganismen nur schwer abgebaut werden können. Um diesen Abbau zu verbessern, beschäftigt sich die Forschung mit Verfahren zur Hydrolyse, also der chemischen Spaltung der Kohlenhydrate mit Wasser. Neben mechanischen Maßnahmen oder der Anpassung von Druck und Temperatur verfolgt die Hochschule Offenburg einen enzymatischen Ansatz.

Kontinuierliche Enzymproduktion im Gärprozess

Ziel des Projekts war es, hydrolytisch wirkende Enzyme direkt im Gärprozess selbst herzustellen, anstatt sie kontinuierlich zuzusetzen. Dafür wurde ein Nebenfermenter eingerichtet, der mit einem Kultivierungsmedium aus mineralstoffreichem Gärrest und einem cellulosehaltigen Teilstrom befüllt wurde. Der Gärrest liefert Nährstoffe für enzymproduzierende Pilze und Bakterien, während die Cellulose als Grundlage für deren Wachstum dient. Die notwendige Temperatur wird über die Wärme des Hauptfermenters sichergestellt. Das enzymhaltige Gemisch wird anschließend wieder in den Hauptfermenter zurückgeführt.

Optimierung, Wirtschaftlichkeit und Nutzen für die Praxis

Im Projekt identifizierten die Forscher thermophil wachsende Pilze und Bakterien, die besonders effektiv die gewünschten Enzyme produzieren. Darauf aufbauend wurden Analyseparameter entwickelt und die Zusammensetzung von Substrat und Kultivierungsmedium optimiert. Nach der Wirtschaftlichkeitsberechnung entstand ein Modell, das die Übertragung der enzymgestützten Fermentationsstufe vom Labor auf größere Anlagen ermöglicht. Das sogenannte Offenburger Modell bietet mehrere Vorteile für vergleichbare Biogasanlagen in Deutschland: Die Biogasausbeute steigt, bislang kaum genutzte cellulosehaltige Substrate können eingesetzt werden, die Verweilzeit des Substrats im Hauptfermenter verkürzt sich und durch die Nutzung des Gärrests als Kultivierungsmedium lässt sich der Lagerbedarf reduzieren.