Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Nachhaltige Bioenergie-Bioverarbeitung: Biomethanproduktion, Gärreste als Biodünger und als Zusatzfutter in der Algenkultivierung zur Förderung der Kommerzialisierung von Algenbiokraftstoffen

Gene Drekeke Iyovo, Guocheng Du und Jian Chen

In dieser Studie haben wir ein nachhaltiges System entwickelt und getestet, das ertragreiche Erträge an Biomethan, Biodünger und Biodiesel liefert. Dies wurde durch die Mischung von Geflügelmist (PM), Papierbrei und Algenschlamm in der gemeinsamen Vergärung erreicht, wodurch Biomethan entsteht. Der Gärrest wird gefiltert, um halbfest und wässrig zu werden. Ersterer wird als Biodünger verwendet und letzterer wird in der Algenkultivierung eingesetzt, um die Algenbiomasse für die Biodieselproduktion zu steigern. Die unterschiedliche Mischung der Substrate führte zu Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnissen (C/N) von 26, 30, 31, 34 und 37, die für Biomethan bewertet wurden. C/N 26 ergab 1045 ml/l/d (74 % Biomethangehalt), was im Vergleich zu anderen C/N-Verfahren der höchste Ertrag war, C/N 30 erreichte ähnliche Werte (1010 ml/l/d), wodurch der C/N-Bereich für optimales Biomethan für diese Substrate zwischen C/N 26 und 30 liegt. Im Vergleich dazu erzielten C/N 31 bis 37 geringere Biomethanerträge, was darauf hindeutet. Eine Vorbehandlung des Gärrestes verbessert den Biomethanertrag in C/N 26 und 30 deutlich. Wir untersuchten alle Gärreste von C/N 26, 30, 31, 34 und 37 auf Grundlage der Stickstoffmineralisierung und fanden C/N 26 bis 31 als nährstoffreich. Wir filterten den Gärrest und verwendeten ihn als Zusatzfutter für Algen und stellten außerdem fest, dass der Glukoseabbau linear abnahm (da ausreichend für das Zellwachstum verwendet wurde) und bei den nährstoffreichen Substanzen C/N 26 bis 30 am geringsten war. Wie erwartet, brachten Gärreste von C/N 34 und 37 bei einmaliger Zugabe keine vergleichbaren Algenerträge als die Erträge von Gärresten von C/N 26, 30 und 31 nach 120 Stunden, die Trockenzellgewichte (DCW) von 7,72, 7,8 bzw. 7,12 g/l erreichten. Um den Ertrag an Algenbiomasse zu verbessern und den Zelllipidgehalt und den endgültigen Ertrag zu steigern, untersuchten wir eine zweistufige Zusatzfütterungsstrategie mit Gärresten von C/N 26 und 30. Basierend auf dem Anbau „ohne“ Gärrest, der Wachstumsphasen zeigte, fügten wir Gärreste in lag-exponentiellen (0–120 Stunden) und stationären (120–180 Stunden) Phasen hinzu. Die zusätzliche Fütterung führte zu einem schnellen Glukosereduktionsgrad von 9 g/l bei 120 und einem Lipidertrag von 3,77 g/l nach 180 Stunden. Basierend auf dieser Studie ist es vorstellbar, dass sich ein Kreislaufsystem unter Verwendung der besprochenen Bioabfälle oder ähnlicher Abfälle entwickeln und ein selbsttragendes, nachhaltiges System von der Abfallbehandlung über Biogas bis hin zu Möglichkeiten zur Gewinnung von Algen-Biokraftstoffen bilden kann. Der einfache Ansatz bei der Algenkultivierung unter den untersuchten Bedingungen zeigte außerdem, dass Mikroalgen-Biokraftstoff leicht als gewinnbringende Hinterhof-Einheit für den gesamten Haushalt beworben und kommerzialisiert werden kann. Der Weg in die Zukunft für Mikroalgen-Biokraftstoff besteht darin, mehr Menschen anzuziehen und als unterhaltsame Kunst zu gewinnen.