福利姬

Mikrobiell nedbrytning av lipider under anaeroba förhållanden sker genom som kallas ß-oxidation, där mikroorganismer bryter ner långkedjiga fettsyror (LCFA) – byggstenarna i lipider – till mindre molekyler för att generera energi. Dessa mindre molekyler används därefter av metanogena arkéer för att producera biometan. Avfallsströmmar som innehåller håga halter av lipider är mycket energirika bioresurser och utgör därför ett lovande substrat för biometanproduktion via anaeroba bioteknologier. Denna metod är särskilt attraktiv i samband med avloppsrening, där biometanproduktionen från avloppsslam ofta är ineffektiv och befintliga kapaciteter är underutnyttjade. Projektet bygger vidare på tidigare forskning som visat att anaerob nedbrytning av LCFA kan påskyndas vid förhöjda sulfidkoncentrationer. Sulfid bildas under anaerob nedbrytning av svavelhaltiga material och förekommer ofta i olika avfallsströmmar. Vi undersökte samrötning av lipid- och svavelrika avfall med avloppsslam för att öka produktionen av förnybar energi vid befintliga avloppsreningsverk.

Relevanta publikationer:

Finansiär: FORMAS

Nedbrytning av energitäta avfall så som fettrika material tillsammans med avloppsslam möjliggör användande av outnyttjad kapacitet i befintliga kommunala rötkammare för biogasproduktion. Det kan i sin tur kan bidra till en energieffektiv reningsprocess, effektivare användning av befintliga energikällor och förbättrad ekonomi. Projektet undersöker sulfidens roll i reglering av fettnedbrytning i biogasprocessen.

För att öka biogasproduktionen i Sverige och förbättra de ekonomiska förutsättningarna är rötning på avloppsreningsverk ett strategiskt forskningsområde. Här finns de flesta biogasanläggningarna i Sverige och också en potential att använda dessa för en ökad produktion utan att bygga nya dyra biogasanläggningar. Ett attraktivt sätt att förbättra biogasproduktion från avloppsslam är genom så kallad samrötning: blandning av flera olika typer av material med energirika avfall exempelvis med fett. Vi producerar stora mängder av fett dagligen som hamnar i avloppsreningsverk och detta material har en hög teoretisk biogaspotential, viket innebär att biogasproduktion från fett kan öka energieffektiviteten för avloppsreningsprocesser.

Trots den höga potentialen medför användningen av fett i biogasprocesser ofta stora driftsproblem. Fett tenderar att täcka mikroorganismernas cellytor och begränsar näringsupptaget. Detta gör att mikroorganismernas tillväxt och därefter biogasproduktionen begränsas om det tillförs stora mängder fett i en biogasprocess. Den mikrobiella nedbrytningen av fett involverar en metabolisk process som heter beta-oxidation. Genom beta-oxidation bryter mikroorganismerna ner långa fettsyror till mindre organiska molekyler för att producera energi. Faktorer som påverkar tillväxt av mikroorganismer som genomför beta-oxidationen är avgörande för nedbrytning av fett under rötningsprocessen.

Idag finns det tyvärr begränsad kunskap om vilka faktorer som kan påverka och reglera beta-oxidationen i biogasprocesser. I tidigare forskning observerade vi att en ökning av halten sulfid i biogasreaktorer kan förbättra denna oxidation genom att gynna tillväxt av fettnedbrytande mikroorganismer. Sulfid frigörs i biogasreaktorer genom nedbrytning av material som innehåller svavelföreningar. Svavel finns i nästan allt biologiskt material, bland annat i proteiner, men även i oorganiska former till exempel sulfat.

Våra observationer är en grund för detta projekt där vi avser att ta fram grundläggande kunskap om relationen mellan sulfidnivå i biogasreaktorer och nedbrytning av fett. Syftet är att skapa förutsättningar för samrötning av fett med avloppsslam och därmed bidra till en effektivisering och ökad produktion av biogas i befintliga anläggningar.

Projektets namn: Sulfidens roll i reglering av anaerob nedbrytning av lipider: Implikationer för förbättring av biogasproduktion i kommunala avloppsreningsverk

Finansiär: Forskningsrådet FORMAS

Anaerobnedbrytning av organiskt material f枚r biogasproduktionen p氓verkas av egenskaper av det organiska substratet, s盲rskilt nedbrytbarhet hos partikul盲rt organiskt material (POM) mot mikrobiell hydrolys som f枚rsta steg i anaerobnedbrytnings kedjan. POM egenskaper 盲r ocks氓 viktiga f枚r att best盲mma omvandling av organiskt material i jordbruksmark d盲r digestat (n盲ringsrikt restmaterial efter anaerobnedbrytning) appliceras som g枚dselmedel. Detta projekt till盲mpar 鈥�13C cross-polarization magic-angle spinning (CP-MAS)鈥� och 鈥渢wo-dimensional 1H,13C heteronuclear single-quantum coherence (HSQC)鈥� k盲rnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi f枚r att utreda molekylstrukturer inom labila och recalcitranta POM fraktioner. Denna grundl盲ggande information 盲r viktig f枚r att utforska potentiella optimeringsstrategier f枚r att f枚rb盲ttra nedbrytbarheten hos outnyttjad POM f枚r biogasproduktion och 枚det f枚r organiskt material i jord, d盲r digestat appliceras som biog枚dsel.

Relevanta publikationer:

贵颈苍补苍蝉颈盲谤: Energimyndigheten genom Biogas Research Center

Anv盲ndningen av biogasprocessen f枚r produktion av metan, som kan nyttjas som fordongas eller i kraftverk f枚r elproduktion 盲r under stark etablering b氓de i Sverige och internationellt. Den mikrobiologiska processen anv盲nds traditionellt f枚r att minska organiskt avfall genom r枚tning. R枚tade produkter anv盲nds som biog枚dsel och utg枚r d盲rmed en viktig komponent i n盲rings盲mnescirkuleringen, vilket bidrar till samh盲llets str盲van mot cirkularitet och h氓llbarhet. Det finns en ambition att producera stora m盲ngder biogas effektivt, vilket inneb盲r att biogasanl盲ggningar m氓ste vara effektiva och stabila. De beh枚ver omvandla mycket substrat per reaktorvolym och tid utan att den biologiska processen st枚rs. Detta beror bland annat p氓 hur v盲l tillv盲xthastigheten hos de mikroorganismer, som utf枚r j盲sningen i r枚tkammaren, kan optimeras. Mikroorganismerna kr盲ver en balanserad kost, d盲r tillg氓ngen p氓 makro- och mikron盲rings盲mnen har stor betydelse f枚r processen. En balanserad blandning av protein, fett och kolhydrater i organiska substrat ger normalt tillr盲ckliga niv氓er av kv盲ve, fosfor, kalium och kalcium. I h枚gbelastade reaktorer har tillg氓ngen p氓 mikron盲rings盲mnen (t.ex. j盲rn, nickel, kobolt, wolfram och selen) dock visat sig vara begr盲nsande f枚r processprestationen. Genom tillsats av dessa 盲mnen kan processernas prestanda f枚rb盲ttras. Vi har unders枚kt m枚jligheterna genom tillsats av 盲mnena individuellt och i olika kombinationer. Resultaten visar att detta 盲r en h氓llbar metod, men b氓de synergistiska och antagonistiska effekter p氓 biogasproduktionen f枚rekommer. Projektet avancerade detta omr氓de med kunskap om mekanismerna som styr tillg盲ngligheten av sp氓rmetaller i den syrefria milj枚n i reaktorn.

Resultaten redovisas i avhandlingen .

贵颈苍补苍蝉颈盲谤: Energimyndigheten