Производство биогаза уже давно является ценной технологией, поскольку постоянная подача органического сырья, такого как энергетические культуры, навоз, осадок сточных вод, промежуточные культуры и растительные остатки, помогает производить энергию круглосуточно. Возможность производить энергию с постоянной скоростью является явным преимуществом перед другими возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра или солнца, производство которых зависит от ветра или солнца.
Благодаря этим возможностям в Германии в настоящее время установлено около 8000 биогазовых установок с общей выработкой электроэнергии примерно 4500 мегаватт. Около семи процентов электроэнергии, производимой в Германии, сейчас производится из биомассы. Есть надежда, что в будущем из этого источника будет производиться еще больше электроэнергии. Ученым из UFZ, Орхусского университета (Дания) и DBFZ удалось увеличить производство метана, наиболее ценного компонента биогаза, до 14 процентов в лабораторных условиях, когда ученые добавляли субстрат в резервуар для брожения через определенные промежутки времени. от одного до двух дней по сравнению с обычным интервалом кормления каждые два часа.
Результаты были ошеломляющими: «Реже подпитка реактора приводит к большему выходу энергии», — резюмировал д-р Марселл Николауш, исследователь UFZ из отдела микробиологии окружающей среды и автор исследования.Исследователи снабжали два 15-литровых реактора дистилляторной сушеной крупой с растворимыми веществами (DDGS) в идентичных условиях в течение почти четырех месяцев.
DDGS является побочным продуктом производства биоэтанола из крахмалистых зерен. Исследователи снабжали один реактор DDGS каждые два часа.
В другой реактор все количество подавали один раз в день в одном эксперименте и один раз через день во втором эксперименте. Результаты были неожиданными.
Если полное количество биомассы подавалось в резервуар для ферментации только один раз в день, производилось на 14 процентов больше метана и на 16 процентов больше биогаза. Если резервуар заполнялся каждые два дня, выход метана увеличивался на 13 процентов, а выход биогаза — на 18 процентов.Одно из объяснений этого может заключаться в том, что более значительные различия в условиях окружающей среды, особенно колебания концентрации субстрата, увеличивают разнообразие микробного сообщества, что приводит к появлению большего количества функциональных групп бактерий. «Это дает микроорганизмам больше возможностей для более эффективного разложения субстрата», — сказал микробиолог Николауш. Он объяснил, что это ускоряет производство и предоставляет микроорганизмам лучшие условия для более эффективной обработки биомассы, особенно компонентов, которые трудно разложить.
Такой гибкий подход к управлению кормлением не оказывает негативного влияния на стабильность процесса производства биогаза. Исследователи доказали это, используя профили микроорганизмов T-RFLP.
Этот метод можно использовать для проверки генетического отпечатка сообщества бактерий и метаногенных архей, которые превращают органический материал в биогаз в реакторе. В случае бактерий, которые превращают сложные компоненты биомассы, такие как целлюлоза, крахмал, липиды и белки, в диоксид углерода, водород и уксусную кислоту, в несколько этапов, состав этих бактериальных сообществ варьируется в зависимости от режима питания.
Это связано с тем, что меняются концентрации аммонийного азота и водорода, а также значение pH. «Окружающая среда в реакторе более динамична, когда он подается ежедневно или через день. Это создает более функциональные ниши, принося пользу определенным гидролизующим и кислотопродуцирующим бактериям», — сказал Николауш.
Напротив, сообщество метаногенных архей, которые на последней стадии производят метан, воду и углекислый газ, оставалось стабильным. Независимо от того, как часто в реактор подавалась биомасса, постоянно доминировал род Methanosarcina с относительной долей до 83 процентов всех метаногенов, за ним следовал род Methanobacterium, который составлял до 31 процента всех метаногенов. «Оба рода, похоже, хорошо адаптируются к меняющимся условиям», — пояснил Николауш.
Исследования гибкого производства биогаза с помощью управления кормлением все еще находятся в зачаточном состоянии. Исследователи UFZ планируют глубже изучить результаты исследования.
По словам Николауша, теперь результаты исследований должны быть подтверждены испытаниями на более крупных реакторах. Использование других субстратов — тоже интересная тема. «Мы очень хотим узнать, сможем ли мы также подтвердить, что при использовании кукурузного силоса или сахарной свеклы образуется больше метана», — сказал Николауш.