Effektivitet og stabilitet i biogassreaktorer avhenger av det mikrobielle samfunnet

En doktoravhandling fra NMBU viser at kunnskap om samspillet mellom ulike aktører i det komplekse mikrobielle samfunnet som omdanner avfall til biogass er viktig for å oppnå en effektiv og stabil gassproduksjon.

Effektivitet og stabilitet i biogassreaktorer avhenger av det mikrobielle samfunnet

Live Heldal Hagen disputerer 19. august 2016 for graden ph.d. ved NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet med avhandlingen "Microbial communities in biogas reactors and their link to stabililty and performance".

Klimaendringer og begrensede fossile energikilder fører til økt etterspørsel etter fornybar energi. Interessen rundt biogassproduksjon fra anaerob nedbryting av organisk materiale er derfor økende.

Biogass er i hovedsak en blanding av gassene metan og karbondioksid. Blandingen kan brukes til produksjon av elektrisitet og varme, eller oppgraderes til ren metan som kan brukes som drivstoff.  Stort sett alt organisk materiale kan utnyttes som substrat i biogassproduksjon: matavfall fra husholdninger og biprodukter og avfall fra landbruk, fiskerinæring og matprosesseringsindustri.

Anaerob nedbrytning av biomasse er en form for søppelhandtering som produserer fornybar energi. Nedbrytningen, som tilslutt ender i biogass, utføres av et mikrobielt samfunn som består av ulike grupper av bakterier og arker. Dette samfunnet er komplekst og finstemt, og de mikrobielle gruppene er avhengige av å samarbeide godt og balansert for å kunne omdanne biomassen til biogass.

Ulike bakterier bryter ned store partikler til mindre komponenter som en ny gruppe mikrober deretter bryter ned til enda mindre bestanddeler. De danner en næringskjede som til slutt ender i metan og karbondioksid.

Mikroorganismer samarbeider i biogassproduksjonen
Samspillet mellom de ulike mikroorganismene har stor innvirkning på biogassprosessens stabilitet og effektivitet. Selv om anaerob nedbrytning for energiproduksjon er en godt etablert prosess, er sammensetningen og samspillet mellom bakterier og arker fortsatt i stor grad ukjent.

Hovedmålet med Live Heldal Hagens doktorgradsarbeid har vært å øke kunnskapen rundt mikrobielle samfunn i biogassreaktorer. Hun har undersøkt det mikrobielle samfunnet i flere typer biogassreaktorsystem, fra laboratorieskala- til industriskalareaktorer, og studert både stabile og ustabile prosesser.

For å få innblikk i hele samfunnet slik det forekommer naturlig, er det benyttet topp moderne DNA-sekvenseringsteknologi uten kultivering av organismene. Ved å studere samfunnsstrukturen, forandringene og dynamikken er det funnet mikrobegrupper med signifikant betydning for biogassprosessens stabilitet.

Endringer i mikrobesamfunnet gir ustabil reaktor
I en ustabil reaktor endrer strukturen i mikrobesamfunnet seg mye over tid sammenlignet med stabile prosesser. En sammenligning av mikrobesamfunn ved ulik temperatur og ulik strategi for resirkulering av avløpsvann viste at mikroorganismer ved lavere temperatur (37 °C) var bedre egnet enn ved høyere temperatur (55 °C).

En studie på lagring av startkulturer for biogassprosessen viste at de ikke bør lagres lenger enn en måned for å beholde potensialet for biogassproduksjon. En hittil ukjent bakterie som tilsynelatende har kapasitet til å bryte ned mellomprodukter fra prosessen i samarbeid med andre mikrober, ble også oppdaget.

Disse resultatene har bidratt til bedre forståelse av det komplekse mikrobielle samfunnet som omdanner avfall til biogass. I tillegg har de benyttede metodene demonstrert nye muligheter for studier av mikrobesamfunn i biogassprosesser. Økt kunnskap om det mikrobielle samfunnet i biogassreaktorer er viktig for bedre overvåking og kontroll av biogassprosessen.

Annonsering av disputasen 

Published 31. oktober 2016 - 18:12 - Updated 23. mai 2017 - 19:12