Alkaline bioconversions for biofuel production from sunlight
Final Report Abstract
Die im Projekt erzielten praktischen Ergebnisse haben gezeigt, dass die Vergärung der Biomasse unter alkalischen Bedingungen prinzipiell ähnlich effizient wie unter normalen Bedingungen durchführbar ist. Dabei konnte im Unterschied zu konventioneller anaerober Vergärung Biogas mit min. 97 % Methan erzeugt werden. Des Weiteren wurden die kritischen Faktoren (Ammoniak) für die Fermentation identifiziert und Methoden erarbeitet um diese zu überwinden. Dazu wurden zwei extremophile photosynthetische Organismen (Dunaliella salina und Geitlerinema) isoliert und untersucht. Innerhalb dieser Experimente konnte gezeigt werden, dass durch gezielte Limitierungen von Stickstoff die Biomassezusammensetzung von D. salina (C/N Verhältnis von 37) stark verändert werden kann. Der Einsatz von Algenbiomasse mit hohem C:N-Verhältnis würde das Risiko von Ammoniak-Inhibierung stark reduzieren und höhere Beladungsraten bei kontinuierlicher alkalischer Fermentation erlauben. Die Wichtigkeit von dem Proteingehalt/C:N-Verhältnis konnte eindeutig unter normalen Fermentation Bedingungen gezeigt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Biomasse mit reduziertem Stickstoffgehalt viel effizienter und nahezu vollständig (84% vom theoretischen Wert) zu Biogas/Methan umgesetzt werden kann. Die Umsetzung der Algenbiomasse zu Methan unter normalen Bedingungen ist vollständig untersucht worden und kann bei Bedarf industriell genutzt werden. Für die industrielle Nutzung der Erkenntnisse aus der alkalischen Fermentation bedarf es noch weitere Forschungen.
Publications
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(2015). A novel one-stage cultivation/fermentation strategy for improved biogas production with microalgal biomass. Journal of Biotechnology, 215, 2015: 44–51
Klassen, V., Blifernez-Klassen, O., Hoekzema, Y., Mussgnug, J. H. and Kruse, O.
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(2015). Anaerobic digestion of the microalga Spirulina at extreme alkaline conditions: biogas production, metagenome, and metatranscriptome. Frontiers in microbiology, 6
Nolla-Ardèvol, V., Strous, M., & Tegetmeyer, H. E.
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(2016). Efficiency and biotechnological aspects of biogas production from microalgal substrates. Journal of Biotechnology, 2016 Sep 20;234:7-26
Klassen, V., Blifernez-Klassen, O., Wobbe, L., Schlüter, A., Kruse, O., Mussgnug, J. H.
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(2016). Haloalkaline Bioconversions for Methane Production from Microalgae Grown on Sunlight. Trends in biotechnology, 34(6), 450-457
Daelman, M. R., Sorokin, D., Kruse, O., van Loosdrecht, M. C., & Strous, M.
