TY - BOOK

T1 - Optimierung des Lignocelluloseabbaus in Biogasanlagen mit Hilfe von Basidiomyceten

AU - Golubzow, Waldemar

N1 - Dissertation

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Zur Gewinnung von Biogas wird Biomasse in Biogasanlagen vergoren. So resultiert z.B. aus der Fermentation von Getreidestroh in der Biogasanlage der s.g. Strohgärrest“, der als fester Rückstand übrig bleibt. Da Strohgärreste hohe Gehalte an Lignin aufweisen, einem schwer abbaubaren Biopolymer, würde eine weitere anaerobe Fermentation trotz des vorhandenen Gärpotentials zu keiner wirtschaftlich nennenswerten Biogasausbeute-Steigerung führen. Ziel der Arbeit war es, den Ligninabbau mit Hilfe von ausgewählten Weißfäulepilzen in pflanzlichen Gärresten (mit einer Inkubationsdauer von höchstens 4 Wochen) zu maximieren und somit den Gärrest zur Weitervergärung aufzuschließen, um gesteigerte Biogasausbeuten zu erzielen. Da Biogas lediglich aus leicht fermentierbaren C-Quellen der pflanzlichen Substrate gebildet werden kann (Cellulose und Hemicellulose), galt es, geeignete Weißfäulepilze zu identifizieren, die Lignin möglichst selektiv und effizient abbauen, ohne selbst die Kohlenhydrate als Nahrungsquellen zu nutzen. Je mehr Lignin und je weniger Kohlenhydrate durch den Basidiomyceten während der Kultivierung in den Gärrestkulturen abgebaut werden, desto höher ist die erwartete Biogasausbeute. Der Vorteil dieser biologischen Nachbehandlung mit Pilzen im Vergleich zum physikalischen oder chemischen Aufschluss von Lignin ist der schonende und selektive Abbau aufgrund der Enzymspezifität. Dieser erlaubt es, extreme Temperaturen, extreme pH-Werte und energieintensive Zerkleinerungsverfahren zum Zweck des Ligninabbaus zu vermeiden. Es wurden in dieser Arbeit zunächst ausgewählte Weißfäulepilze auf Weizenstrohgärrest sowohl submers als auch emers kultiviert, um die vielversprechendsten Stämme zu identifizieren. In submerser Kulturführung wurden dabei diverse Parameter variiert (pH-Wert, Kultivierungsdauer, Massenverhältnisse von Gärrest und Pilz-Inokulum etc.), um maximale Ligninabbauleistungen und folglich maximale Biogasausbeuten in möglichst kurzer Zeit zu erzielen. In emerser Kultivierung wurde eine gezielte Belüftung der mit Pilzen beimpften Gärreste durchgeführt, um den Ligninabbau zu beschleunigen. Neben Weizenstrohgärrest kamen hierbei in einem zusätzlichen Experiment als alternative Substrate Reisstroh- und Grünschnittgärrest zum Einsatz. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die Nachbehandlung der verwendeten Gärreste mit Weißfäulepilzen nicht zu erhöhten Biogasausbeuten geführt hat. Der wissenschaftliche Neuheitswert dieser Arbeit liegt in der erstmaligen umfassenden Nachbehandlung pflanzlicher Gärreste mit Hilfe von Weißfäulepilzen unter Variation verschiedener Kultivierungsbedingungen zum Zweck der Ligninabbau-Maximierung und somit auch der Biogasausbeute-Maximierung.

AB - Zur Gewinnung von Biogas wird Biomasse in Biogasanlagen vergoren. So resultiert z.B. aus der Fermentation von Getreidestroh in der Biogasanlage der s.g. Strohgärrest“, der als fester Rückstand übrig bleibt. Da Strohgärreste hohe Gehalte an Lignin aufweisen, einem schwer abbaubaren Biopolymer, würde eine weitere anaerobe Fermentation trotz des vorhandenen Gärpotentials zu keiner wirtschaftlich nennenswerten Biogasausbeute-Steigerung führen. Ziel der Arbeit war es, den Ligninabbau mit Hilfe von ausgewählten Weißfäulepilzen in pflanzlichen Gärresten (mit einer Inkubationsdauer von höchstens 4 Wochen) zu maximieren und somit den Gärrest zur Weitervergärung aufzuschließen, um gesteigerte Biogasausbeuten zu erzielen. Da Biogas lediglich aus leicht fermentierbaren C-Quellen der pflanzlichen Substrate gebildet werden kann (Cellulose und Hemicellulose), galt es, geeignete Weißfäulepilze zu identifizieren, die Lignin möglichst selektiv und effizient abbauen, ohne selbst die Kohlenhydrate als Nahrungsquellen zu nutzen. Je mehr Lignin und je weniger Kohlenhydrate durch den Basidiomyceten während der Kultivierung in den Gärrestkulturen abgebaut werden, desto höher ist die erwartete Biogasausbeute. Der Vorteil dieser biologischen Nachbehandlung mit Pilzen im Vergleich zum physikalischen oder chemischen Aufschluss von Lignin ist der schonende und selektive Abbau aufgrund der Enzymspezifität. Dieser erlaubt es, extreme Temperaturen, extreme pH-Werte und energieintensive Zerkleinerungsverfahren zum Zweck des Ligninabbaus zu vermeiden. Es wurden in dieser Arbeit zunächst ausgewählte Weißfäulepilze auf Weizenstrohgärrest sowohl submers als auch emers kultiviert, um die vielversprechendsten Stämme zu identifizieren. In submerser Kulturführung wurden dabei diverse Parameter variiert (pH-Wert, Kultivierungsdauer, Massenverhältnisse von Gärrest und Pilz-Inokulum etc.), um maximale Ligninabbauleistungen und folglich maximale Biogasausbeuten in möglichst kurzer Zeit zu erzielen. In emerser Kultivierung wurde eine gezielte Belüftung der mit Pilzen beimpften Gärreste durchgeführt, um den Ligninabbau zu beschleunigen. Neben Weizenstrohgärrest kamen hierbei in einem zusätzlichen Experiment als alternative Substrate Reisstroh- und Grünschnittgärrest zum Einsatz. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die Nachbehandlung der verwendeten Gärreste mit Weißfäulepilzen nicht zu erhöhten Biogasausbeuten geführt hat. Der wissenschaftliche Neuheitswert dieser Arbeit liegt in der erstmaligen umfassenden Nachbehandlung pflanzlicher Gärreste mit Hilfe von Weißfäulepilzen unter Variation verschiedener Kultivierungsbedingungen zum Zweck der Ligninabbau-Maximierung und somit auch der Biogasausbeute-Maximierung.

U2 - 10.15488/3599

DO - 10.15488/3599

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -