Authors:	Reuß, Julia
Title:	Entwicklung eines biologischen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes von Gasaufbereitungsanlagen mittels Einsatz methanotropher Mikroorganismen
Online publication date:	26-Feb-2015
Year of first publication:	2015
Language:	german
Abstract:	Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein biologisches Verfahren zur Reduzierung des Methanschlupfes in Gasaufbereitungsanlagen entwickelt. Der Methanschlupf entsteht, wenn das in Biogasanlagen produzierte Biogas auf normierte Erdgasqualität aufgereinigt wird, welches notwendig ist, um es in das bestehende Erdgasnetz einleiten zu können. Bei dieser Aufreinigung wird aus dem Biogas auch ein Teil des Methans mit ausgewaschen und gelangt mit dem Abgas der Gasaufbereitungsanlage in die Umwelt. Bisher wird dieses methanhaltige Abgas verbrannt, da eine Freisetzung des starken Treibhausgases Methan durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz untersagt ist. Dies reduziert die ökologische Bilanz und setzt die Wirtschaftlichkeit der gesamten Biogasanlage herab. rnUm das Methan mit Hilfe eines biologischen Verfahrens zu entfernen, wurden zunächst methanoxidierende Bakterien (MOB) aus verschiedenen Habitaten isoliert, darunter auch erstmalig aus Termiten. Der Nachweis erfolgte durch (quantitative) Polymerase-Kettenreaktion und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung anhand spezifischer Primer bzw. Sonden für das Gen der partikulären Methanmonoxygenase, ein MOB kennzeichnendes Enzym. Ihr Titer wurde durch qPCR auf 10^2 - 10^3 MOB pro Termitendarm durch qPCR bestimmt. Mit Hilfe einer 16S rDNA Sequenzierung, der (n)SAPD-PCR, der Bestimmung der zellulären Fettsäurezusammensetzung sowie MALDI-TOF-MS-Analysen konnten die Termitenisolate der Gattung Methylocystis zugeordnet werden. Die fehlende Artzuweisung spricht jedoch für die Isolierung einer neuen Art. rnFür den Einsatz der Isolate in Gasaufbereitungsanlagen wurde in Zusammenarbeit mit dem Prüf- und Forschungsinstitut in Pirmasens ein Reaktor im Technikumsmaßstab entwickelt und konstruiert. Der Reaktor wurde mit synthetischen Aufwuchskörper befüllt, diese mit einem neu gewonnenen potenten Termitenisolat besiedelt und der methanhaltige Abgasstrom der Gasaufbereitungsanlage darüber geleitet. Es wurde eine Reduktion des Methans um 68 % innerhalb von 30 Stunden erzielt. Medienoptimierungen wiesen das Potential auf, diesen Verbrauch um das bis zu 4-fache weiter zu steigern. Da durch die Oxidation des Methans im Abgasstrom der Gasaufbereitungsanlage Zellmasse und Polyhydroxybuttersäure (PHB) aufgebaut wurde, können diese als Substrat zurück in die Biogasanlagen geleitet werden und die Wirtschaftlichkeit weiter verbessern. Die Wirksamkeit des in diesem Projekt entwickelten Verfahrens wurde somit eindeutig demonstriert. In the scope of this work, a biological process for reducing the methane loss in gas upgrading plants was developed. So far, since the German Renewable Energies Act (EEG) prohibits the release of the strong greenhouse gas methane, methane-containing exhaust gas is burnt. This is inconsistent with the environmental issues and cuts down the economic efficiency of the entire biogas plant.rnFor a biological removal of methane, initially methane oxidizing bacteria (MOB) were isolated from different habitats. For the first time these microorganisms were isolation from termite guts. Evidence was provided by (quamtitative real-time)PCR and fluorescent in situ hybridization using specific primers and probes, respectively, for the gene of the particulate monooxygenase, an enzyme characteristically for methanotrophic bacteria. The cell count was determined to 10^2 - 10^3 MOB per termite gut using quantitative real-time PCR. By using 16S rDNA sequencing, (nested)specifically amplified polymorphic DNA ((n)SAPD)-PCR, MALDI-TOF-MS and analyses of the cellular fatty acid composition, the isolates from termite guts could be assigned to the genus Methylocystis. The lacking affiliation to a certain species indicates the isolation of a new species.rnFor the application of the isolates in gas upgrading plants a reactor in semitechnical scale was developed and constructed in collaboration with the Test and Research Institute Pirmasens. The reactor was filled with growth bodies, colonized with a newly gained potent termite isolate and the methane containing waste gas from the gas upgrading plant was passed through. A reduction of methane of up to 68 % within 30 hours was achieved. Media optimizations revealed the potential of increasing this methane uptake up to fourfold.rnThe oxidation of methane resulted in the formation of cell mass and polyhydroxy-butyric acid (PHB) which can be returned to biogas plants as substrates. Thus, the economic efficiency is improved additionally. Hence, the effectiveness of the biological process developed in this project was clearly demonstrated.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1557
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-39867
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen