Energiepotenzial bei Biogas aus erneuerbaren Rohstoffen noch lange nicht ausgeschöpft

Mainzer Wissenschaftler suchen nach Mikroorganismen, um die Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen zu optimieren

Die Herstellung von Biogas zur Energiegewinnung kann nach Auffassung von Wissenschaftlern noch deutlich optimiert werden. Gute Chancen daf√ľr sieht Univ.-Prof. Dr. Helmut K√∂nig, Leiter des Instituts f√ľr Mikrobiologie und Weinforschung an der Johannes Gutenberg-Universit√§t Mainz, bei den mikrobiellen Prozessen zur Umwandlung von Biomasse in Methan. ‚ÄěBislang erh√§lt man aus der Biomasse Biogas, das zu 50 bis 65 Volumenprozent aus Methan besteht. Die hydraulische Verweilzeit der Biomasse ist mit bis zu 70 Tagen aber noch zu lange und kann sicherlich mit optimierten Mikroorganismen noch wesentlich verbessert werden‚Äú, erwartet K√∂nig. ‚ÄěAu√üerdem kommt es durch √úbers√§uerung √∂fters zu G√§rst√∂rungen, bei denen manchmal der gesamte Prozess zum Erliegen kommt. Auch hier suchen wir nach Abhilfe, da methanogene Bakterien unter diesen sauren Bedingungen nicht mehr wachsen k√∂nnen." In Deutschland wird Biogas in Biogasanlagen, die mit erneuerbaren Rohstoffen betrieben werden, meist durch die Verg√§rung von Mais hergestellt und haupts√§chlich zur Erzeugung von Strom und W√§rme genutzt oder auch nach Aufreinigung direkt in das Gasnetz eingespeist.
Weil fossile Brennstoffe wie Erd√∂l und Erdgas in sp√§testens 40 Jahren knapp werden, m√ľssen alternative Energiequellen k√ľnftig einen weit gr√∂√üeren Stellenwert einnehmen und mehr zur Strom- und W√§rmegewinnung beitragen als bisher. Der European Renewable Energy Council (EREC) sch√§tzt, dass bis 2040 erneuerbare Energien 50 Prozent des europ√§ischen Energiebedarfes decken werden. In Deutschland laufen derzeit etwa 5800 Biogasanlagen. Sie produzieren gut 10 Prozent des Stroms, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Hinzu kommt noch die Heizw√§rme. Bei der Biogastechnik nimmt Deutschland weltweit einen der vorderen Pl√§tze ein.
Biogas hat gegen√ľber Energie aus Wind und Sonne den Vorteil, dass es kontinuierlich verf√ľgbar ist und damit zur Deckung der Grundlast beitr√§gt. Au√üerdem kann Biomasse oder Biogas gelagert bzw. gespeichert werden, sodass es in Spitzenzeiten abrufbar ist. Biogas kann daher nach Auffassung von Experten eine wichtige Rolle beim Ausgleich der schwankenden Stromproduktion aus Windkraft und Sonnenenergie einnehmen.
W√§hrend die Anlagentechnik bei Biogas in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht hat, wurde die Prozessmikrobiologie und die Systematik der beteiligten Mikroorganismen allerdings noch relativ wenig erforscht. Das Institut f√ľr Mikrobiologie und Weinforschung arbeitet seit seiner Gr√ľndung Ende der 1960er Jahre auf ganz unterschiedlichen Gebieten mit Mikroorganismen wie zum Beispiel Bakterien und Hefen und hat aktuell zwei Forschungsprojekte √ľber mikrobielle Biogasbildung am Laufen, ein weiteres wird demn√§chst folgen. ‚ÄěWir untersuchen die Mikroorganismen in Biogasanlagen, identifizieren sie und untersuchen ihre physiologischen Leistungen. Dann gehen wir der Frage nach, ob es Kulturen gibt, die h√∂here Leistungen im Hinblick auf den Abbau von Pflanzenmaterial und die Biogasproduktion erbringen‚Äú, erkl√§rt K√∂nig. Die Arbeitsgruppe um Helmut K√∂nig arbeitet dabei mit dem Pr√ľf- und Forschungsinstitut (PFI) in Pirmasens zusammen, das Biogasanlagen in Rheinland-Pfalz betreut und die Verfahrenstechniken optimiert.
Gro√üe Hoffnungen setzt die Arbeitsgruppe um K√∂nig dabei auf die Lignocellulose-abbauende Darmmikrobiota von Termiten, die besonders in den Tropen und auch Subtropen vorkommen und dort innerhalb k√ľrzester Zeit gro√üe Holzkonstruktionen und auch Holzh√§user zerst√∂ren. ‚ÄěDas Geheimnis der Termiten ist ihre Zusammenarbeit mit Darmbakterien, Hefen und Flagellaten, die Lignocellulosepartikel in nur 24 Stunden abbauen und weltweit f√ľr die Produktion von sch√§tzungsweise 100 Millionen Tonnen Methan verantwortlich sind. Termiten sind etwa 150 Millionen Jahre alt und haben in dieser langen Zeitspanne den Prozess des mikrobiellen Lignocelluloseabbaus optimiert. Das wollen wir uns zu Nutze machen.‚Äú Ein Buch √ľber die Mikroorganismen des Termitendarms hat K√∂nig zusammen mit seinem indischen Kollegen Prof. Ajit Varma im Springer-Verlag ver√∂ffentlicht. Die Mainzer Wissenschaftler haben die beteiligten Bakterien und Hefen isoliert und suchen nun mit dem PFI zusammen nach L√∂sungen, wie Mais oder andere erneuerbare Rohstoffe so zerkleinert werden k√∂nnen, dass sich die kleinen Partikel optimal f√ľr den mikrobiellen Lignocelluloseabbau eignen und die Methanherstellung dadurch beschleunigt wird.
‚ÄěDie mikrobielle Prozessf√ľhrung der Biogasgewinnung aus erneuerbaren Rohstoffen steht erst am Anfang ihrer Entwicklung‚Äú, meint K√∂nig. Ein weiteres Forschungsfeld, das seine Arbeitsgruppe demn√§chst in Angriff nehmen wird, ist die mikrobielle Methanisierung neuer Substrate. In Deutschland wird bisher in Biogasanlagen vor allem Mais vergoren. Die Kritik wegen zunehmender Monokulturen und des Entzugs wichtiger Fl√§chen f√ľr die Nahrungsmittelproduktion reist jedoch nicht ab ‚Äď nicht nur in L√§ndern wie Mexiko, sondern auch in Deutschland. Daher sind Alternativen wie heimischer Grasschnitt von Wiesen interessant. ‚ÄěDie mikrobielle Umsetzung von Gras zu Methan bringt derzeit noch unterschiedliche Probleme mit sich und l√§sst sich sicherlich durch die Entwicklung geeigneter Verfahren und den Einsatz ausgew√§hlter Mikroorganismen verbessern‚Äú, erwartet Mikrobiologieprofessor K√∂nig. Die Biogas-Arbeiten am Institut f√ľr Mikrobiologie und Weinforschung werden von der Stiftung Rheinland-Pfalz f√ľr Innovation und der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) unterst√ľtzt.
Veröffentlichungen:
König H (1993) Methanogens. In: Sahm H (ed) Biotechnology. Biological Fundamentals. Vol. 1, pp. 251-264, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim
König H (2009) Biology of Methanogenic Archaea. In: A Text Book of Molecular Bio-technology. A. K. Chauhan, A. Varma (eds.). I.K. International Publishing House Pvt. Ltd. New Delhi. pp. 915 - 933
König H, Fröhlich J, Hertel H (2006) Diversity and lignocellulolytic activities of cultured microorganisms. In: Intestinal Microorganisms of Termites and Other Invertebrates (H. König and A. Varma, eds.) Springer Verlag, Heidelberg. pp. 271 - 301
Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Helmut König
Institut f√ľr Mikrobiologie und Weinforschung
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-24634; Fax +49 6131 39-22695
E-Mail: hkoenig@uni-mainz.de
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de/FB/Biologie/Mikrobiologie/index.html



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