MOE-Fellowship: Dorota Rzechonek

Renewable sources of energy

Die anaerobe Vergärung von organischem Substrat erfolgt in 4 Phasen: Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese. Als Endprodukt entsteht Biogas, das wird als erneuerbare Energiequelle verwendet. Jede Phase der anaeroben Vergärung wird durch verschiedene Arten von Mikroorganismen katalysiert. Dabei können alle Phasen des anaeroben Abbaus im gleichen Reaktor stattfinden (einphasiger Reaktor) oder der Prozess wird zweigeteilt indem die Stufen der Hydrolyse und Acidogenese in einem Reaktor sowie die Acetogenese und Methanogenese in einem weiteren Reaktor ablaufen (zweiphasiger Reaktor). Die Produkte der Acidogenese sind hauptsächlich verschiedene flüchtige Fettsäuren (volatile fatty acids, VFA) und Alkohole, aber auch Gase wie Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Unter flüchtigen Fettsäuren versteht man Monocarbonsäuren mit einer Kettenlänge von zwei bis acht Kohlenstoffatomen. Diese Verbindungen werden als Ergebnis der verschiedenen, hoch redundanten Gärungswege produziert. Einige dieser Stoffwechselwege sind bisher noch nicht vollständig verstanden. Die mikrobielle Produktion von bestimmten VFA hängt auch von den gewählten Prozessparametern ab.

Die anaerobe Vergärung findet normalerweise unter neutralen pH-Bedingungen (pH 7) statt, aber das Ziel des Projekts war die Untersuchung der säurebildenden Phase (Acidogenese) in einem pH-Bereich von 4 bis 7. Konstruktion des Reaktors war ein wichtiger Bestandteil des Projekts. Es wurde ein Reaktorsystem im Perkolationsverfahren zur Feststoffvergärung von Maissilage mit einer quasikontinuierlichen Substratzufuhr aufgebaut. Die wichtigsten Elemente des Reaktors waren vier Glassäulen, Perkolatgefäß, Pumpe und Ausrüstung zur automatischen pH Wert-Regelung (Steuerungsgerät, pH-Sonde, Pumpe). Bisher wurden Versuche für pH 4,0 und pH 5,0 durchgeführt. Die Konzentration der Fettsäuren und die Gaszusammensetzung wurden jeden Tag durch gaschromatographische Analysen überwacht. Die Hauptmetaboliten im Perkolat waren Milchsäure und Essigsäure.