Mikrobielle Systemökologie

Der Biogasreaktor stellt einen komplexen Mikrokosmos bestehend aus Tausenden von unterschiedlichen Mikroorganismen mit vielfältigen, aber zumeist unerforschten Stoffwechselleistungen dar. Hier besteht ein großes Potenzial für neue biotechnologische Verfahren, mit dem sich die mikrobielle Systemökologie befasst.

Im Zusammenhang mit der Biogasproduktion untersucht die mikrobielle System-ökologie das synergistische Zusammenspiel von vielen mikrobiellen Gilden bei der anaeroben Vergärung mit dem Ziel, den Vergärungsprozess so effizient wie möglich zu gestalten. Die Leistungsfähigkeit einer synergistisch zusammenarbeitenden mikrobiellen Gemeinschaft hinsichtlich der Biogasausbeute hängt von einer Reihe von Faktoren ab. So haben z. B. die Konstruktion des Fermenters, seine Betriebstemperatur sowie die Art und Menge der verwendeten Substrate einen maßgeblichen Einfluss auf die mikrobielle Stoffwechselleistung und den Wirkungsgrad des Prozesses. Die Charakterisierung der Zusammensetzung und der Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft bei variierenden Fermentationsbedingungen ist Grundvoraussetzung für eine optimierte Biogasproduktion, nicht zuletzt im Hinblick auf die Erschließung bislang nicht verwendeter organischer Ausgangssubstrate und die Entwicklung neuartiger Reaktorsysteme. 

Von besonderem Interesse ist ebenfalls die Entwicklung von Anreicherungskulturen, die speziell angepasst sind für die Vergärung normalerweise schwer abbaubarer Verbindungen (z.B. lignifizierte Verbindungen), oder auch von solchen Kulturen, welche die Anwesenheit von toxischen Substanzen (Xenobiotika, Ammoniak) tolerieren bzw. diese neutralisieren. Insbesondere die Vielzahl bislang unbekannter und nicht erforschter Mikroorganismen sowohl in Biogasfermentern als auch in Umwelthabitaten allgemein bietet ein enormes Potenzial für neue biotechnologische Ansätze.

Biofilmbildung in Biogasreaktoren: mikrobielle Lebensgemeinschaft (rot) und organische Struktur (grün) (Foto: Bergmann/ATB)
Biofilmbildung in Biogasreaktoren: mikrobielle Lebensgemeinschaft (rot) und organische Struktur (grün) (Foto: Bergmann/ATB)
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