Badanie tajemnic mikroorganizmów, które przekształcają produkcję biogazu
Biogaz jest odnawialnym źródłem energii, które można przechowywać, ale jego produkcja w procesie fermentacji beztlenowej nie jest jeszcze w pełni zbadana. Przemiany zachodzące podczas procesu przeprowadzanego przez mikroorganizmy są nadal dla naukowców i inżynierów swego rodzaju „czarną skrzynką”. Finansowany przez UE projekt MICRO4BIOGAS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) miał na celu wyjaśnienie tej biologicznej zagadki oraz optymalizację procesu produkcji biogazu. „W projekcie MICRO4BIOGAS skupiliśmy się na usprawnieniu procesu na dwa główne sposoby”, mówi Manuel Porcar, koordynator projektu MICRO4BIOGAS i badacz pracujący na Uniwersytecie w Walencji. Badanie umożliwiło dokładniejsze poznanie mikrobiologicznych aspektów fermentacji beztlenowej dzięki zaawansowanym technikom analitycznym i wyselekcjonowanie „kluczowych mikroorganizmów uczestniczących w procesie, które mogą zwiększyć stabilność, solidność i wydajność produkcji biogazu”.
Poznawanie tajników drobnoustrojów
Zespół MICRO4BIOGAS osiągnął wyjątkowe wyniki w ramach obu zastosowanych podejść. Jednym z najważniejszych osiągnięć było odkrycie podstawowej społeczności drobnoustrojów wspólnej dla większości beztlenowych komór fermentacyjnych na całym świecie. „Darwinibacteriales to nowy rzad taksonomiczny, który został opisany w tym projekcie i który wydaje się poprawiać produkcję metanu dzięki interakcji z metanogenami(odnośnik otworzy się w nowym oknie)”, wyjaśnia Porcar. Zespół badawczy wyizolował szczepy drobnoustrojów, które wykazały wymierną poprawę w produkcji biogazu. Badania laboratoryjne i na skalę przedprzemysłową wykazały, że kilka szczepów pozwala zwiększyć produkcję biogazu o ponad 15%, a w niektórych przypadkach skutkuje to również poprawą jakości gazu ze względu na wyższą zawartość metanu. Eksperymenty dowiodły, że transplantację wybranych pofermentów, bogatego w składniki odżywcze materiału pozostałego po fermentacji beztlenowej, może zwiększyć produkcję biogazu o 30% przy jednoczesnym skróceniu czasu rozruchu produkcji. Testy te zostały przeprowadzone w pilotażowej biogazowni w Aras de los Olmos, hiszpańskim mieście, które dąży do samowystarczalności energetycznej dzięki odnawialnym źródłom energii.
Opracowywanie praktycznych rozwiązań w zakresie bioaugmentacji
Zastosowane w projekcie podejście koncentrowało się na bioaugmentacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), czyli wprowadzaniu korzystnych mikroorganizmów w celu poprawy procesów biologicznych. Chociaż technika ta jest wykorzystywana w wielu dziedzinach nauki, jej zastosowanie do produkcji biogazu jest ograniczone ze względu na niewystarczające zrozumienie fermentacja beztlenowa(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i brak skutecznych, naukowo potwierdzonych dodatków mikrobiologicznych. Zespół MICRO4BIOGAS wykazał, że hodowane szczepy drobnoustrojów i transplantacja mikrobiomu mogą służyć jako skuteczne strategie bioaugmentacji. Ta ostatnia jest szczególnie cenna w przypadku organizmów, których nie da się hodować w warunkach laboratoryjnych, takich jak Darwinibacteriales. Z myślą o wdrożeniu tego pomysłu w praktyce zespół przewiduje opracowanie zestawów do bioaugmentacji w dwóch formach: produktów w postaci proszku zawierających pożyteczne bakterie i archeony(odnośnik otworzy się w nowym oknie) lub wybranych pofermentów wzbogaconych o określone konsorcja drobnoustrojów. „Operatorzy instalacji mogliby po prostu dodać produkt do reaktora, aby poprawić produkcję biogazu”, mówi Porcar. Choć zanim pojawią się produkty gotowe do wprowadzenia na rynek, konieczne są jeszcze dalsze testy, projekt MICRO4BIOGAS położył kluczowe podwaliny pod rozwój nowych rozwiązań mikrobiologicznych. „Fermentacja beztlenowa jest bardzo zmiennym procesem i jest przeprowadzana w różny sposób w zależności od operatora biogazu. Musimy ustalić, czy nasze szczepy i społeczności drobnoustrojów mogą wspierać wszystkie procesy, czy tylko usprawniać określone z nich”, zauważa Porcar. „Ponadto nadal należy zająć się czynnikami pozanaukowymi, takimi jak opłacalność ekonomiczna dodatków mikrobiologicznych dla producentów lub ramy regulacyjne dotyczące ich wprowadzania do obrotu w każdym kraju. Jesteśmy jednak znacznie bliżej rzeczywistych zastosowań niż cztery lata temu”. Dekodując „czarną skrzynkę” fermentacji beztlenowej, projekt MICRO4BIOGAS przygotowuje grunt pod produkty do bioaugmentacji, które mogą przekształcić biogazownie na całym świecie w wydajnych, przewidywalnych producentów energii odnawialnej.
