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Title (Primary) Herausforderungen in der mikrobiellen biochemischen Konversion – welche Innovationen brauchen wir? Challenges for the microbial biochemical conversion – what kind of innovations do we need?
Title (Secondary) Mikroorganismen und Wirbellose – entscheidende Dienstleister für Landwirtschaft und Ernährung. Tagungsband eines Symposiums am 26./27. November 2015 in Berlin
Author Pröter, J.; Lorenz, H.; Sträuber, H.;
Journal Agrobiodiversität : Schriftenreihe des Informations- und Koordinationszentrums für Biologische Vielfalt
Year 2016
Department UMB;
Volume 39
Language deutsch;
POF III (all) R31; T15;
Abstract Am Deutschen Biomasseforschungszentrum DBFZ gemeinnützige GmbH wird die biochemische Konversion als biochemische Umwandlung von Biomasse ggf. mit Hilfe von Mikroorganismen zu einem flüssigen (z. B. Bioethanol) oder gasförmigen (z. B. Methan) Energieträger verstanden. Dies kann auf Basis von Reinkulturen, wie bei der Herstellung von Bioethanol, oder komplexen Mischkulturen im Biogasprozess erfolgen. Die Produktion von Biogas ist mit einem Substratdurchsatz von ca. 120 Mio. t einer der größten Stoffwandlungsprozesse in Deutschland. Fast jede der Ende 2014 in Deutschland existierenden ca. 7.800
Biogasanlagen ist ein Unikat. Die Anlagen unterscheiden sich u. a. durch ihren Bautyp, Größe, Verfahren, physikalisch-chemische Bedingungen sowie die Versorgung mit Makro- und Mikroelementen. Als besonders große Einflussfaktoren auf die mikrobiologischen Gemeinschaften werden die verwendeten Substrate,
die Fermentationstemperatur, das ursprüngliche Inokulum der Biogasanlage, die Verweilzeit, der Gehalt an Ammoniumstickstoff und Spurenelementen sowie die Größe der Biogasanlage angesehen.
Neue Herausforderungen an die biochemische Konversion, wie z. B. eine Veränderung des Substratspektrums hin zu mehr Rest- und Abfallstoffen, die ggf. mit neuen Methoden aufgeschlossen werden, der flexible Betrieb von Biogasanlagen oder die Methanisierung von Wasserstoff erfordern den Einsatz neuer Mikroorganismen
oder führen zu neuen Mischkulturen. Eine Stammhaltung von komplexen Mischkulturen erscheint z.T. kaum möglich oder sinnvoll und müsste diskutiert und erforscht werden. Für spezifische Substrate und Produkte sowie Hochleistungskonsortien wäre eine Stammhaltung ggf. denkbar. Jedoch ist offen, wie und in welchem Maßstab eine Stammhaltung der komplexen Mischkulturen sowie deren Upscaling erfolgen soll. Denkbar wäre auch die Biogasproduktion mit definierten Mischkulturen für Spezialanwendungen. Ein erster Weg zum Erhalt des Wissens zu Erfolgsmodellen von Biogasanlagen wäre die exakte Definition der Betriebsbedingungen in zeitlicher Reihenfolge.

At Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH (DBFZ) the term biochemical conversion is understood as transformation of biomass by microorganisms for the production of liquid (e.g. bioethanol) or gaseous (e.g. methane) energy carriers. Single cultures or complex mixed cultures (microbioms) can be
used as microbial catalysts. With the utilization of about 120 million tons of substrate per year, the anaerobic digestion process is one of the most important conversion processes in Germany. Almost every system of the about 7,800 biogas plants in Germany is unique in its construction, size, process parameters, physical-chemical conditions and the supply of macro- and micronutrients. Substrate, fermentation temperature, inoculum of the biogas plant, retention time, contents of ammonia nitrogen and trace elements as well as the size of biogas reactors substantially influence the development of the microbial communities. New challenges for the biochemical conversion require the application of new microbial cultures or result in new community compositions. These challenges comprise the change of the substrate spectra to a higher share of residues and waste, which might be pre-treated with novel methods, flexible biogas production or methanization of hydrogen. A collection and maintenance of complex mixed cultures seems not possible or useless and has to be discussed and investigated. It might be useful for specific products or substrates as well as for high performance microbial consortia. However, up to now it is unclear how and in which scale a collection and maintenance of complex cultures can be applied and how these cultures can be scaled up for the process. Biogas production with defined mixed cultures seems possible for specific applications. The exact definition of the operating conditions in a time-resolved manner was a first step for conservation of knowledge and experience achieved with best practice models.
ID 18928
Persistent UFZ Identifier https://www.ufz.de/index.php?en=20939&ufzPublicationIdentifier=18928
Pröter, J., Lorenz, H., Sträuber, H. (2016):
Herausforderungen in der mikrobiellen biochemischen Konversion – welche Innovationen brauchen wir? Challenges for the microbial biochemical conversion – what kind of innovations do we need?
Mikroorganismen und Wirbellose – entscheidende Dienstleister für Landwirtschaft und Ernährung. Tagungsband eines Symposiums am 26./27. November 2015 in Berlin
Agrobiodiversität : Schriftenreihe des Informations- und Koordinationszentrums für Biologische Vielfalt 39
Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung , Bonn, S. 104 - 119