Biogasproduktion: Wie eine unbekannte Bakterienordnung alles verändern kann

Biogas, eine Mischung aus CO₂, CH4 und kleinen Anteilen anderer Gase, ist ein erneuerbarer Biokraftstoff, der durch anaerobe Verdauung (AD) produziert wird. Bis vor Kurzem wurde die Biogasproduktion oft als eine „Black Box“ betrachtet, bei der die Funktion und Dynamik einiger beteiligter Mikroorganismen im Dunkeln lagen. Jetzt zeichnet sich jedoch die Möglichkeit ab, zumindest einen kleinen Einblick in diese „Black Box“ zu gewinnen.

Unklassifizierte Bakterienordnung identifiziert

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben kürzlich im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts Micro4Biogas eine bislang unbenannte und unklassifizierte Bakterienordnung identifiziert, die sich auf die Zersetzung von organischen Materialien spezialisiert hat. Diese Entdeckung könnte von entscheidender Bedeutung sein, um die Produktion von Biogas zu optimieren.

Das Forschungsteam, bestehend aus Wissenschaftlern aus Deutschland, Spanien und den Niederlanden, führte umfangreiche Analysen durch, bei denen sie 80 Proben von organischem Material aus 45 verschiedenen Biogasanlagen in Deutschland, den Niederlanden und Österreich sammelten. Diese Proben haben sie mithilfe von DNA-Sequenzierung auf ihre mikrobielle Zusammensetzung hin untersucht. Überraschenderweise wiesen alle 80 Proben Vertreter der Darwinibacteriales auf, trotz der geografischen Entfernungen und Unterschiede zwischen den Anlagen.

Was wollten die Forschenden erreichen?

Das Hauptziel der Forscherinnen und Forscher bestand darin, die bedeutendsten mikrobiellen Akteure bei der anaeroben Gärung zu identifizieren. Dieser Prozess beinhaltet den Abbau von organischen Materialien und deren Umwandlung in energiereiches Gas, das als Brennstoff genutzt werden kann. Bisher war dieser Vorgang weitgehend unverstanden und wurde oft, wie bereits erwähnt, als „Black Box“ bezeichnet, da die Rolle und Funktion der meisten beteiligten Mikroorganismen unbekannt waren.

Eine Steigerung der Biogasproduktion könnte einen entscheidenden Wendepunkt in der Energiewirtschaft bedeuten und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Energieimporten verringern. Bisher hatte jedoch der Mangel an mikrobiologischer Forschung die Fortschritte in diesem Bereich behindert.

Maßgeschneiderte Populationen von hoch effizienten Mikroorganismen entwickeln

Durch ihre Entdeckung sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Micro4Biogas-Konsortiums nun in der Lage, maßgeschneiderte Populationen von hoch effizienten Mikroorganismen für die Biogasproduktion zu entwickeln. Damit können sie Biogasanlagen widerstandsfähiger machen. Das bedeutet gleichzeitig, dass sie weniger auf finanzielle Unterstützung angewiesen sind und somit wirtschaftlich rentabel betrieben werden können. Dies könnte dazu beitragen, erneuerbare Energien weltweit zu fördern.

Die Forschenden vermuten, dass eine spezielle Familie innerhalb der neuen Ordnung (Darwinibacteriaceae genannt) möglicherweise in enger Wechselwirkung mit Archaeen steht, einer anderen Gruppe von Mikroorganismen, die ebenfalls an der anaeroben Gärung beteiligt sind. Die Bakterien produzieren Stoffwechselprodukte, die von den Archaeen zur Erzeugung von Methangas genutzt werden können. Dies unterstützt frühere Studien, die einen Zusammenhang zwischen der Ordnung Darwinibacteriales und der Biogasproduktion festgestellt haben. Wenn sich diese Ergebnisse bestätigen, könnten diese Bakterien einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung von Strategien zur Steigerung der Effizienz in der Biogasproduktion darstellen.

Micro4Biogas ist ein von der Europäischen Union gefördertes Projekt, mit dem Ziel, maßgeschneiderte mikrobielle Gemeinschaften zu entwickeln, um die Produktion von Biogas zu erhöhen. Es handelt sich um eine Kooperation von 15 Institutionen aus sechs verschiedenen Ländern. Das übergeordnete Ziel besteht darin, die Ausbeute, Geschwindigkeit, Qualität und Reproduzierbarkeit der Biogasproduktion zu verbessern und auf diese Weise Biogas als eine ökologisch, politisch und wirtschaftlich sinnvolle Option zu festigen.