Forschungsprojekt 'FerMiQ'

Entwicklung neuartiger Verfahren zur quantitativen Analyse der Fermenter-Mikrobiologie in Biogasanlagen und darauf basierender Anlagensteuerung

Akronym | Laufzeit | Gefördert durch

FerMiQ | 01.12.2018 bis 31.05.2020 | Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Motivation und Hintergrund

In einem vorherigen Projekt ("FNR: Biogas") wurde gezeigt, dass die von AMODIA eingesetzte Technik zur Universellen Molekularen IDentifizierung (UMID) bei kommerziellen Biogasanlagen den im Fermenter aktuell bevorzugten Weg der Methanogenese bestimmen kann. Diese Technik benötigt jedoch mehrere Tage bis zum Ergebnis. Um eine Anlage mit diesen Daten steuern zu können, ist das zu spät.

Von Kunden dieser Dienstleistungen kam daher einerseits die Frage, ob diese Analyse beschleunigt werden kann. Andererseits wurde gefragt, ob die Anteile der unterschiedlichen Mikroorganismen genauer quantifiziert werden können.

Ausgehend von diesen Kundenwünschen sollte im Projekt nach neuen Biomarkern gesucht werden, die für den Zustand der Mikrobiologie in einem Biogasfermenter indikativ sind. Und für diese Biomarker sollten molekularbiologische Analysesysteme entwickelt werden, die zur Prozesskontrolle und Prozessüberwachung genutzt werden können.

Ziele

Zentrale Zielsetzung des Vorhabens war die Entwicklung einer qPCR-basierten Schnellanalyse zur Überwachung der Prozessstabilität von Biogasanlagen. Das Verfahren sollte hierbei insbesondere die Möglichkeit eröffnen, sich anbahnende prozessbiologische Störungen schon frühzeitig auf der Ebene der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft zu detektieren. Hierdurch würde das Verfahren deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen und den Betreibern von Biogasanlagen eine deutlich verbesserte Prozesskontrolle ermöglichen.

Das Verfahren sollte hierbei einerseits für die regelmäßige Prozesskontrolle zum Einsatz kommen, darüber hinaus aber auch für eine vertiefte Überwachung und Analyse des Fermentationsprozesses bei kritischen Betriebszuständen (u.a. Fütterungswechsel, Wiederanfahren nach Revisionen oder Störfallen, Einsatz von Zusatz- und Hilfsstoffen).

Forschungsprogramm

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

AMODIA within the 8th Energy Research Programme

Das Projekt ist eine Kooperation dieser Partner:

AMODIA Bioservice GmbH
Rebenring 31
38106 Braunschweig

www.amodia.com

Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V.
Abteilung Biotechnologie
Marie-Curie-Straße 19
66953 Pirmasens

www.pfi-biotechnology.de

Die Partner führen die jeweiligen Teilprojekte durch:

Teilprojekt 1 (AMODIA)
Etablierung eines Standardprozesses für qPCR-Messungen aus Biogas-Fermentern
Teilprojekt 2 (PFI)
Simulation kritischer Betriebszustände von Biogas-Fermentern und Korrelation mit qPCR-Messungen

Wichtige Ergebnisse des Projektes

  • Ein neuer Biomarker für Prozessstörungen wurde identifiziert: die DNA-Konzentration einer Gruppe von syntrophen Bakterien (ASG-Syntrophics)
  • Dieser Biomarker reagiert genauso früh wie die Werte für FOS bzw. FOS/TAC, ist jedoch eindeutig: eine Reduktion der Konzentration um eine Größenordnung zeigt ein signifikantes Problem mit der der Mikrobiologie an.
  • Dieser neue Biomarker wird schon in mehreren Analysepaketen kommerziell angeboten.
  • Basierend auf diesem neuen Biomarker konnte ein System zur Bewertung der Mikrobiologie etabliert werden, das wie bei einer Ampel die Bereiche “in Ordnung” (grün), “Achtung” (gelb) und “kritisch” (rot) unterscheiden kann.
  • Ein Experiment lieferte Hinweise darauf, dass mit diesem neuen Biomarker etwa 50% mehr Biogas (also auch 50% mehr Methan) aus existierenden Biogasanlagen gewonnen werden könnte.