Analyse und Modellierung der Biomethanisierung von pflanzlicher Biomasse (BioMetModell)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Höhere organische Raumbelastungen in den betriebenen technischen Fermentationssystemen korrelierten mit einem höheren Anteil der hydrogenotrophen Methanogenese sowie mit der zunehmenden Bedeutung der syntrophen Acetatoxidation. In Batchversuchen mit Biofilmmaterial aus dem kontinuierlichen System lieferte die syntrophe Acetatoxidation einen höheren Beitrag bei erhöhten Acetatkonzentrationen. Es konnte zusammenfassend bestätigt werden, dass der methanogene Abbauweg der mesophilen Vergärung abhängig von den Umweltbedingungen des Reaktors ist und somit im Gegensatz zu gängigen Modellvorstellungen (ADM1) variabel ist. Zum ersten Mal konnte die Biomasse- Aufenthaltszeit in Biofilmsystemen für die mesophile Vergärung als treibender Parameter für die Acetatoxidation nachgewiesen werden. Die Nutzung von δ13C-Biogasmessungen ist eine geeignete Methode zur in situ Quantifizierung des methanogenen Abbauweges in technischen Biogasreaktoren. Die mathematische Simulation erlaubt die Berechnung der spezifischen methanogenen Wege aus der Acetatspaltung und Kohlenstoffreduktion. Das neu entwickelte 12C13C Modell kann herangezogen werden a) als Indikator für eine spezifische Hemmung der jeweiligen methanogenen Gruppen; b) für die Optimierung von Biogasanlagen, so dass die maximalste CH4-Bildungsrate innerhalb beider Abbauwege erreicht wird und c) für die Identifizierung kinetischer Parameter des Acetatabbaus und der Methanogenese, so dass eine genauere Implementierung anaerober biokinetischer Modelle wie das ADM1 möglich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014) Highly dynamic variations in the microbial population structure of anaerobic digestion systems at decreasing ammonianitrogen concentration. 2nd International Conference on Biogas Microbiology, Uppsala, Schweden, 10. - 12.06.2014
Klang, .J; Theuerl, S.; Huth, M.; Tölle, R.; Klocke, M.
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(2014) Specific development of the microbial communities according to the chemical composition of maize and sugar beet silage and its influence on the reactor performance. BiogasScience, International Conference on Anaerobic Digestion, 27. - 29.10.2014, Wien, Österreich
Klang, J.; Theuerl, S.; Huth, M.; Tölle, R.; Klocke, M.
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(2015) Determination of Methanogenic Pathways through Carbon Isotope (δ13C) Analysis for the Two-Stage Anaerobic Digestion of High-Solids Substrates. Environmental Science & Technology, Vol. 49, pp. 4705-4714
Gehring, T.; Klang, J.; Niedermayr, A.; Berzio, S.; Immenhauser, A.; Klocke, M.; Wichern, M.; Lübken, M.
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(2015) Determination of methanogenic pathways through stable carbon isotope analysis in biogas production plants: Experimental and simulation studies for the two-stage fermentation of high-solids substrates. Dissertationsschrift. Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft Bochum, Band 69
Gehring, T.
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(2015) Dynamic variation of the microbial community structure during the long-time mono-fermentation of maize and sugar beet silage. Microbial Biotechnology, Vol. 8(5), pp. 764-775
Klang, J.; Theuerl, S.; Szewzyk, U.; Huth, M.; Tölle, R.; Klocke, M.
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(2015) Vergleichende Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaften bei der anaeroben Mono-Vergärung von Mais- und Zuckerrübersilage. In: Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) [Ed.]: Biogas in der Landwirtschaft - Stand und Perspektiven. Proceedings of the Conference, Potsdam, 22. - 23.10.15. S. 366-367. ISBN 978-3-945088-07-4
Klang, J.; Theuerl, S.; Klocke, M.
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(2016) Determination of the fractions of syntrophically oxidized acetate in a mesophilic methanogenic reactor through an 12C and 13C isotope-based kinetic model. Water Research, Vol. 102, pp. 362-373
Gehring, T.; Niedermayr, A.; Berzio, S.; Immenhauser, A.; Wichern, M.; Lübken, M.
