Kombination von alkalischer Vorbehandlung und Luftmischung für die anaerobe Vergärung

Im Jahr 2021 schoss der Bundesstaat Arkansas auf den dritten Platz in der Rangliste der Broilerproduktion der Vereinigten Staaten. Diese Errungenschaft brachte zwar wirtschaftliche Vorteile mit sich, stellte aber auch eine Herausforderung dar – ein Übermaß an Geflügelstreu (PL) und wachsende Umweltbedenken. Wie können wir diesen Überschuss nachhaltig nutzen?

Betreten Sie die anaerobe Vergärung (AD). AD ist eine anerkannte Methode sowohl für die nachhaltige Abfallbehandlung als auch für die Biogasproduktion. Doch wenn es um die alleinige Verwendung von PL geht, gibt es eine Hürde zu überwinden: die Ammoniakhemmung. Um das Kohlenstoff-zu-Stickstoff-Verhältnis auszugleichen und diese Herausforderung zu bewältigen, wird landwirtschaftliches Stroh, wie z. B. Weizenstroh (WS), durch anaerobe Co-Vergärung (Co-AD) mit PL eingebracht. Aber es gibt einen Haken: WS enthält Lignin, das die Wirksamkeit von AD beeinträchtigen kann.

Was ist die Lösung? Richtige Vorbehandlung

Die alkalische Vorbehandlung (AL) erweist sich als vielversprechend, da sie die Verdaulichkeit der Biomasse durch Ligninzerstörung verbessert. Interessanterweise ist es mit diesem Unterfangen nicht allein. Auch die Luftmischung (AM) weist erhebliches Potenzial auf. Es verbessert die mikrobiellen Gemeinschaften und die Verarbeitungseffizienz und fördert synergistische Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Gruppen. Aber hier wird es spannend: Was wäre, wenn wir AL und AM kombinieren würden, um noch bessere Ergebnisse zu erzielen?

Während AL während der Substratvorbehandlung auftritt und AM während der Fermentation zum Einsatz kommt, stellt sich die Frage, ob ihre kombinierte Leistung zu einer höheren Effizienz bei der Methanausbeute führen könnte? Das ist die Hypothese.

Was haben wir gemacht?

Dr. Zhans Team vom Department of Biological and Agricultural Engineering der University of Arkansas steht an der Spitze dieser Forschung. Sie erforschen die Integration einer alkalischen Vorbehandlung (AL) mit Luftmischung (AM) für die Co-AD von Geflügelstreu (PL) und Weizenstroh (WS).

Die entsprechende Studie wurde im Journal of veröffentlicht Grenzen der Agrarwissenschaft und -technikmit dem Titel „Alkalische Vorbehandlung und Luftmischung zur Verbesserung der Methanproduktion durch anaerobe Co-Vergärung von Geflügelstreu mit Weizenstroh.“

Durch die Analyse der Substratlöslichkeit, der Methanausbeute durch kinetische Modellierung und der Gärrestqualität wollen sie feststellen, ob diese Kombination die Methanproduktion aus Co-AD wirklich steigern kann.

AL wurde durchgeführt, indem die alkalische Lösung in den Reaktor gegeben wurde, um den pH-Wert auf 12 zu erhöhen, und der Reaktor dann 12 Stunden lang bei 150 U/min-1 in einem Wasserbad bei 25 °C auf einen Schüttler gestellt wurde. Die Luftzufuhr erfolgte durch tägliches Einspritzen des gleichen Luftvolumens (12 ml) in den Reaktor. Drei Gruppen von Reaktoren (Kontrolle, AL und AL kombiniert mit AM) mit einem Arbeitsvolumen von 500 ml wurden im Batch-Modus betrieben und 35 Tage lang in einem programmierten Inkubator bei 37 °C betrieben.

Die Ergebnisse:

Die Ergebnisse legen nahe, dass AL und AM nicht nur kompatibel sind; Sie sind eine gewinnbringende Kombination. Ihre Synergie verspricht eine noch höhere Methanproduktion, eine verbesserte Kinetik der Methanausbeute und eine verbesserte Feststoffentfernung im Co-AD-Prozess.

Die Zukunft der nachhaltigen Abfallwirtschaft

Mit der Identifizierung dieses leistungsstarken Duos erweitern wir nicht nur unser Verständnis der Abfallwirtschaft, sondern machen auch einen bedeutenden Schritt in Richtung einer nachhaltigeren und effizienteren Lösung zur Verbesserung der Methanproduktion aus der Mitvergärung landwirtschaftlicher Abfälle.

Die Auswirkungen dieses Durchbruchs gehen weit über die Grenzen des Labors hinaus; Sie haben das Potenzial, die Bereiche Abfallwirtschaft und erneuerbare Energieerzeugung auf globaler Ebene zu revolutionieren.