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Von Resten zu Energie
Eingebettet in das Ackerland rund um den Campus der University of California in Davis (UC Davis) befinden sich riesige Bottiche voller hungriger Mikroben. Die Käfer verschlingen Speisereste und Rasenschnitt und wandeln sie in Biogas um – meist Methan – das zur Stromerzeugung verbrannt oder zu Flüssigkeit komprimiert werden kann, um Spezialfahrzeuge anzutreiben. Wissenschaftler wissen jedoch wenig über die gasproduzierenden Mikroben, die in den Reaktoren leben. Aber ein neues Projekt zur Sequenzierung der Genome der Mikroben könnte dies ändern, indem es Forschern ermöglicht, herauszufinden, wie die Käfer ihre Verdauungsaufgaben erfüllen, und neue Wege vorzuschlagen, um produktivere Bioreaktoren herzustellen.
Die Sequenzierung dieser Organismen wird uns eine bessere Vorstellung davon geben, wer die Akteure sind, damit wir die Bedingungen besser kontrollieren oder das Design verbessern können, um die Umwandlung von Abfällen in Biogas weiter zu verbessern, sagt Ruihong Zhang , dem Bioingenieur der UC Davis, der das System entwickelt hat.
Ähnliche Bioreaktoren, sogenannte anaerobe Faulbehälter, werden häufig in Kläranlagen eingesetzt. Der Bioreaktor von Zhang unterscheidet sich jedoch dadurch, dass er für Feststoffe wie Lebensmittel und Gartenabfälle ausgelegt ist. Es arbeitet 30 bis 50 Prozent schneller als herkömmliche Systeme und stellt eine vielversprechende neue Möglichkeit dar, Deponieabfälle zu reduzieren und dabei sauberes Verbrennungsgas zu produzieren. (Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht, gibt weniger giftige Verbindungen in die Luft ab als Benzin- oder Dieselkraftstoffe.)
Seit letztem Oktober läuft an der UC Davis eine Demonstrationsanlage in Industriegröße, die acht Tonnen Restaurantabfälle, Kantinenabfälle und Rasenschnitt in 300.000 bis 600.000 Liter Biogas pro Tag umwandelt – genug, um etwa 80 Haushalte mit Strom zu versorgen. (In Davis wird das Gas zur Stromerzeugung verwendet und treibt die nahegelegene Kläranlage an.)
Dennoch wissen Wissenschaftler wenig über die Mikroben, die den Abfall in Gas umwandeln. In der Natur existieren die Mikroben, die organische Abfälle abbauen und Methan erzeugen, in einer sehr komplexen anaeroben Gemeinschaft, und einzelne Isolate aus der Gemeinschaft sind schwer zu züchten, sagt Jim Bristow , Leiter des Community-Sequenzierungsprogramms am Joint Genome Institute des Department of Energy in Walnut Creek, CA. Aber in den letzten zwei Jahren haben schnellere und billigere Gensequenzierungsmethoden Mikrobiologen ein neues Werkzeug zur Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften geboten. Wissenschaftler können DNA aus einem Tropfen Bioreaktorschlamm isolieren und die Gensequenz für die gesamte mikrobielle Gemeinschaft generieren. Das Joint Genome Institute wird diesen Ansatz nutzen, um nächstes Jahr die Genome der Mikroben in Zhangs Fermenter zu sequenzieren.
Die Ergebnisse sollen Aufschluss über die im Bioreaktor lebenden Mikrobenarten und die vorherrschenden Genarten geben. Die Forscher werden auch untersuchen können, wie sich die Gemeinschaft bei unterschiedlichen Temperaturen und Säuren verändert, was die Effizienz des Systems drastisch verändern kann. Wir wollen vergleichen, welche Art von Mikroben es unter verschiedenen Bedingungen gibt und versuchen herauszufinden, warum eine [Reihe von Bedingungen] besser funktioniert als die andere, sagt Martin Wu , einem Genetiker an der UC Davis, der den Genomik-Teil des Projekts leiten wird.
Zhang hat eine Partnerschaft mit Onsight Biosysteme , einem in Davis ansässigen Startup, um das System zu kommerzialisieren. Sie sagt, dass die Technologie das Interesse von Lebensmittelherstellern und Gemeinden geweckt hat.