Propionsäure im Griff behalten

03.04.2012: Essig- und Propionsäure sind die beiden mengenmäßig vorherrschenden Säuren in Biogasanlagen. Dabei sollte in einer stabilen Anlage das Verhältnis möglichst größer oder gleich 2:1 zu Gunsten der Essigsäure sein. In der Praxis gewinnt jedoch häufig die Propionsäure die Oberhand – eine Versäuerung und ein Rückgang der Biogaserzeugung sind die Folge. Man weiß, dass ein Überangebot an leicht vergärbaren Substraten eine solche Akkumulation von Propionsäuren auslösen kann, die zu Grunde liegenden biochemischen Zusammenhänge waren jedoch bislang nicht bekannt.

In dem vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) geförderten Forschungsvorhaben wollten die Universität Mainz und das Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens den Ursachen auf den Grund gehen. Zusätzlich planten sie die Entwicklung von Sonden, um Propionsäurebildende und -abbauende Bakterien im Fermenter als eine Art Störungsindikator möglichst früh bestimmen zu können. Ein drittes Ziel war schließlich die Entwicklung von Starterkulturen, die gezielt in solcherart gestörten Anlagen zum Abbau überschüssiger Propionsäure einsetzbar sind.

Im Ergebnis zeigte sich, dass insbesondere stärkereiche Substrate die Säureakkumulation begünstigen. Dabei entsteht zunächst Milchsäure, die dann vermehrt in Propionsäure umgewandelt wird, beteiligt daran sind vor allem Milchsäurebakterien der Gattung Streptococcus. Die Herstellung von Sonden, mit denen sich Säureakkumulationen frühzeitig erkennen lassen, gelang bis zum Projektabschluss nicht, denn noch konnte nicht abschließend geklärt werden, welche Bakterien-Spezies hauptsächlich für den Propionsäureabbau verantwortlich sind. Auf Basis umfangreicher Sequenzanalysen legten die Wissenschaftler jedoch die Grundlage für eine DNA-Sondenentwicklung in Praxisanlagen. Auf dieser Basis wollen sie mittelfristig DNA-basierte Schnelltests zur Beurteilung des Fermenterstatus entwickeln.

Erfolgreich war schließlich die dauerhafte Kultivierung von aus Praxisanlagen gewonnenen stabilen Mischkulturen. In Praxistests in Pilot-Biogasreaktoren zeigte sich, dass sie ein Übermaß an Propionsäuren abbauen konnten, besonders geeignet waren syntrophe Mischkulturen in Kombination mit dem Wasserstoffverbrauchenden Isolat Methanobakterium formicium. Diese Kulturen hatten zudem einen vorbeugenden Effekt, wenn sie bereits vor der Fütterungsmenge eingesetzt wurden. Um die Mischkulturen als vermarktungsfähiges Produkt anbieten zu können, müssen sie jedoch in entsprechend großen Mengen kurzfristig bereit stehen. Die Forscher begannen deshalb parallel mit Konservierungsversuchen, die derzeit noch nicht abgeschlossen sind.