Das Projekt "Erzeugung von Biogas aus Abfaellen in der Kartoffelverarbeitungsindustrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schwarting durchgeführt. Objective: The construction and operation of a plant for biogas production from potato processing waste. General Information: The process used is a two-stage agitated tower reactor system with completely separate fermentation and methane producing stages. The flow of substrates against special built-in elements in each stage permits a specifically defined substrate shear rate. At the same time an internal phase separation (solids/liquid), adapted to the type of solids to be separated (second stage biomass/first stage substrate), takes place in the shearing field. These can be adjusted to allow maximum conversion rates for specific bacteria, guaranteeing the continuous extraction of gas (shearing of gas/solids). The purpose of the first process stage is the total fermentation of organic solids. This fermentation is supported by the adaptation of pH, T, and shearing. Only the solids where hydrolysis is repressed by fermentation products in the first stage are transported into the second stage with the dissolved organic solids. This is achieved by a differential separation of the retention time of solids and liquid. In the second process stage only acetogenic and methane-generating reactions take place, hampered by only a few hydrolytic reactions. Conderably higher conversion rates (i.e. increased gas production per volume unit) can be achieved. The entire process takes place in the thermophilic range and is controlled by the regulation of pH in the second stage, thereby maintained at maximum conversion and in the stable pH range. Achievements: For complexe waste substrates containing solid matter an increase in production rates for microbial methane formation out of organic waste compounds is reached by a two-stage reaction. The separation of the acidification stage and the methane forming stage leads to different biocenoses in the respective reactors with a higher specific catalyst (biomass) quantity in comparison with single-stage plants. Another advantage of the two-stage reaction is its higher process stability. The gradual scale up of an anaerobic waste-water process has been realized with this example of the microbial methane formation out of a potato sludge (original waste water). After the separation of potato peels the waste water contains solid matter i.e. small potato pieces and flakes (0,5 cm in diameter) and it contains starch granules and considerable quantities of potato cell agglomerates. The solid matter content is subject to heavy fluctuations in total concentration and in composition. Before the construction of the full-scale plant in München/Germany extensive laboratory and pilot plant tests have been performed. In the full-scale plant, due to the numerous delays in the authorizing procedure, in the construction of the foundations and during start-up of operation, comprehensive measurements could not be made until March 1987. The plant was put into operation with sewage sludge taken from the tower of the sewage treatment ...
Das Projekt "Teilprojekt Uni Frankfurt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissen, Lehrstuhl Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojektes 'Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2' (OBAC) ist es, relevante acetogene Bakterien gentechnisch derart zu modifizieren, dass energetische Barrieren überwunden werden können, welche die Wachstumsraten, Produktionsleistungen sowie die Produktpalette dieser Bakterien während der Gasfermentation einschränken. Das Ziel dieses Teilprojektes ist es, membran-gebundene und lösliche Enzyme (Rnf, Ech und Elektronen-bifurkierende Methylen-THF-Reduktasen), die den Energiehaushalt der Bakterien verbessern können, zu finden und zu charakterisieren. Nach der Produktion dieser Enzyme in den Zielorganismen wird TP1 die biochemische Charakterisierung der heterolog produzierten Enzyme vornehmen, um Bottlenecks zu erkennen und Produktausbeuten zu erhöhen. Das Vorhaben ist in aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert, in denen die Enzyme Ferredoxin:NAD-Oxidoreduktase (Rnf), energiekonservierende Hydrogenase (Ech) und elektronenbifurkierende Methylen-THF-Reduktase (MTHFR) gefunden und charakterisiert werden. Der Rnf-Komplex in Acetobacterium woodii ist bereits in den Anfängen charakterisiert, Ech und MTHFR müssen noch gefunden und charakterisiert werden. Mögliche Kandidaten sind mesophile methanogene Archäen und Butyrivibrio-Stämme. Im TP 3 wird durch Genomsequenzierungen nach weiteren Kandidaten gesucht. Die entsprechenden Enzyme werden nach dem im Arbeitsplan des Antrags detaillierten Programm biochemisch charakterisiert. Im weiteren Verlauf des Projektes werden die von den anderen Partnern hergestellten rekombinanten Stämme auf die entsprechenden Enzymaktivitäten überprüft, um Bottlenecks festzustellen und Aktivitäten gegebenenfalls erhöhen zu können.
Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Die Einsatzmöglichkeiten der Gasfermentationstechnologie und die Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Rohstoff bieten umweltfreundliche Alternativen im Sinne der Wiederaufbereitung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie. Die mikrobielle Fixierung und Umwandlung von CO2 in biologisch hergestellte Rohstoffe ermöglicht zudem die Reduktion des Ausstoßes von Treibhausgasen. Die besondere Gruppe der autotrophen acetogenen Bakterien betreibt einen Fermentationsprozess, der unabhängig von Licht und Sauerstoff ist. Die Energieträger, welche diese Bakterien nutzen, um CO2 zu verwerten, sind Wasserstoff oder Kohlenmonoxid oder eine Mischung aus beiden Energieträgern (Synthesegase). Das Ziel dieses Vorhabens ist die gentechnische Herstellung rekombinanter acetogener Bakterienstämme, welche derzeitige energetische Barrieren überwinden und erhöhte Wachstumsraten und Produktionsleistungen während der Gasfermentation erreichen. Diese optimierten Stämme werden anschließend für eine heterologe Acetonproduktion genutzt. Das Vorhaben ist in aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert, in denen rekombinante acetogene Bakterienstämme mittels gentechnischer Methoden hergestellt werden. Zum einen werden Stämme konstruiert, die zusätzlich auf einem Expressions-plasmid die Gene des ech-Clusters tragen. Zum anderen werden Stämme hergestellt, welche die met-Gene plasmidcodiert exprimieren. Die Durchführung der notwendigen Arbeiten erfolgt wie in der Vorhabensbeschreibung geschildert. Die verifizierten rekombinanten acetogenen Bakterienstämme werden an die Verbundpartner (1, 3 und 4) zur weiteren Bearbeitung verschickt. Die besten Stämme werden daraufhin weiter gentechnisch modifiziert und für eine heterologe Acetonproduktion optimiert. Der in der Vorhabensbeschreibung definierte Arbeitsplan sieht das Erreichen von drei Meilensteinen sowie drei Pflichtergebnissen (engl., Deliverables) vor.
Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Mikrobiologie und Genetik - Genomische und Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Die Verwendung von CO2 als Rohstoff für die nachhaltige Produktion von Treibstoffen und Basischemikalien stellt eine umweltfreundliche Alternative zur Nutzung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie dar und bietet die Möglichkeit, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Für die Entwicklung von entsprechenden nachhaltigen Prozessen sind acetogene Bakterien besonders vielversprechend, da sie unabhängig von Licht und Sauerstoff die Energieträger H2 oder CO oder eine Mischung beider (Synthesegase) verwenden, um CO2 in höherwertige Produkte umzuwandeln. Hauptziel von OBAC ist es, energetische Barrieren acetogener Bakterien zu überwinden. Hierzu sollen wichtige Vertreter genetisch so verändert werden, dass sie mehr Energie generieren und somit die Produktionsleistung gesteigert wird. Darüber hinaus wird eine Erweiterung der Produktpalette bzgl. industriell relevanter Verbindungen angestrebt. Ein Ziel dieses Teilvorhabens ist es, die genetische Basis zur Erzeugung von Produktionsstämmen durch Genomsequenzierungen eines breiten Spektrums von acetogenen Bakterien zu erweitern. In Kombination mit Transkriptionsanalysen sollen neue Angriffspunkte zur Stammoptimierung und Erweiterung der Produktpalette mittels 'metabolic engineering' identifiziert werden. Diverse acetogene Bakterien sollen sequenziert und auf besondere Genkassetten für die Energiekonservierung untersucht werden, die für rekombinante Produktionsstämme relevant sein könnten. Diese rekombinanten Stämme werden ebenfalls sequenziert und validiert. Transkriptionsanalysen werden allen Verbundpartnern bei der Identifizierung von solchen Genen und Stoffwechselwegen dienen, die auf veränderte Wachstumsbedingungen, insbesondere auf den Einsatz der Gase des Industriepartners Arcelor reagieren. Der Fokus wird dabei auf den rekombinanten Stämmen bzw. Produktionsstämmen sowie den Untersuchungen des Expressionsniveaus von Genen mit Relevanz für die Acetonproduktion liegen.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Acido- und acetogene Bakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung durchgeführt. Der anaerobe Abbau von Pflanzenmaterial verläuft formal in vier Stufen, die in eine hydrolytische, acidogene, acetogene und methanogene Stufe eingeteilt werden können. Es soll eine komplettes Mikrobiom von Nawaro Biogasanlagen, die mit unterschiedlichen Substraten bestückt werden, im Laufe des geplanten Kooperationsprojektes erstellt werden. Dieses ehrgeizige Ziel lässt sich nur durch Kooperation von mehreren Arbeitsgruppen und Industriepartnern erreichen. Das Ziel unserer Arbeitsgruppe im Rahmen dieses Kooperationsprojektes ist die Isolierung und Charakterisierung von acidogenen und acetogenen Bakterien in laufenden Biogasanlagen, die mit Mais als Substrat betrieben werden. (1) 5 verschiedene mit Mais betriebene Biogasanlagen werden beprobt. Mit Hilfe anaerober Kulturtechniken werden Bakterien isoliert, die die aus Cellulose und Hemicellulose freigesetzten Zucker in Säuren und Alkohole umwandeln. (2) Eine weitere Gruppe von Bakterien, die die gebildeten Säuren und Alkohole in methanogene Substrate (Acetat, H2, CO2) umwandelt, soll ebenfalls isoliert werden. (3) Aus ausgewählten Isolaten wird die DNA gereinigt und für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt. (4) Es werden biochemische und physiologische Untersuchungen durchgeführt, um das Potential der Isolate zur Beschleunigung des Abbaus von Pflanzenmaterial oder zur Problembehebung zu ermitteln. (5) Vorhandene methanogene Isolate aus Biogasanlagen werden ebenfalls für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt.
Das Projekt "Populationsbestimmung und Analyse der acetogenen Bakterien in Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Im geplanten Netzwerk sollen biochemische und metagenomische Parameter in Biogasanlagen erarbeitet werden. Essigsäure-bildendene, anaerobe Bakterien, die acetogenen Bakterien, sind ein wichtiges Glied in der anaeroben Nahrungskette. Ihr Stoffwechsel ist divers und sie verbinden die Aktivitäten von primären Gärern mit den methanbildenden Archaeen. Die biochemischen Leistungen der acetogenen Bakterien in Biogasanlagen sind aber nur unzureichend bekannt. Diese Lücke soll in diesem Projekt geschlossen werden. Dazu werden die acetogenen Bakterien bestimmt, isoliert und ihr metabolisches Potential wird überprüft. Nachfolgend werden die Schlüsselenzyme identifiziert und die Expression ihrer Gene analysiert. Diese Untersuchungen werden dann ein klares Bild darüber liefern, welche acetogenen Bakterien wann aktiv sein werden. Dadurch können Stoffflüsse und Flaschenhälse in der Gesamtumsetzung in der Biogasanlage erkannt und Prozesse optimiert werden. 2. Arbeitsplanung: 1) Populationsanalyse acetogener Bakterien. 2) Isolierung und Charakterisierung acetogener Bakterien. 3) Analyse des metabolischen Potentials. 4) Quantifizierung der Expression von Genen der Schlüsselenzyme. 5) Biochemische Charakterisierung von Schlüsselenzymen.
Das Projekt "Beitrag Oligochaeten-assoziierter anaerober Bakterien zum Energie- und Stoffkreislauf im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie (ÖMIK) durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben 5: Hydrolytische Bakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie durchgeführt. 1. Ziele: Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Die für die Biogasgewinnung verantwortliche Mikroflora und ihre Stoffwechselleistungen sind bislang überwiegend nicht wissenschaftlich untersucht. Dies ist jedoch der Schlüssel für die Optimierung der Biogasproduktion. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Zusammenhänge sind die erhaltenen Datenmengen aus Mangel an Referenzdaten nicht gut auswertbar. Um moderne DNA-Analytik auch für die Biogasforschung zu erschließen, soll eine Referenzdatensammlung für das Kern- ('core') Mikrobiom aufgebaut werden. 2. Arbeitsplanung: (1) Auswahl und Beprobung von repräsentativen Biogasanlagen; (2) Gewinnung von Isolaten für cellulolytische, acidogene, acetogene und stickstoffumsetzende Bakterien sowie für methanogene Archaea; (3) Etablierung neuer Verfahren zur Isolierung von Mikroorganismen aus Biogasreaktoren; (4) Sequenzierung der Genome der Isolate und bioinformatische Auswertung; (5) Sequenzierung von Metagenomen; (6) Datenabgleich und Aufbau einer Referenzdatenbank für das Core-Mikrobiom; und (7) Etablierung einer zeitnahen Diagnostik des Reaktorzustandes mittels MALDI-TOF/MS. Dies soll neue Erkenntnisse zur Biogas-Mikrobiologie liefern. Die entwickelte Referenzdatenbank wird ein wesentlicher Baustein für die effektive Anwendung von OMIK-Technologien zur weiteren Analyse und Optimierung der Biogas-Mikrobiologie sein.
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