Biogáz fermentáló rendszerek hatékonyságának mikrobiológiai fokozása

Preview	PDF (thesis) Download (30MB)
Preview	PDF (booklet) Download (73kB)
Preview	PDF (booklet) Download (48kB)
	PDF (supplement) Restricted to Repository staff only Download (31kB)
	PDF (evaluation sheet) Restricted to Repository staff only Download (2MB)

Abstract in Hungarian

Az anaerob fermentációban szerepet játszó mikroba populációk közötti szoros együttműködés felismerése jelentős előrelépést hozott a biodegradáció folyamatának megértésében. Három fő mikroba csoport játszik szerepet az anaerob lebontási folyamatban, melyek a polimerbontó baktériumok, az acetogén baktériumok, valamint a metanogén törzsek. A polimerbontó törzsek támadják meg a nagymolekulájú szerves vegyületeket extracelluláris enzimeik segítségével, melynek eredményeként oligomer és monomer köztitermékek keletkeznek. Az acetogének elsősorban a cukrokat és oligoszacharidokat hasznosítják, az anyagcsere folyamataik eredményeként szerves savak keletkeznek, mint ecetsav, piroszőlősav, hangyasav, propionsav, valamint szén-dioxid. Más acetogén törzsek képesek felhasználni ezeket a szerves savakat például etanolt, hidrogént és szén-dioxidot termelve. A fermentációs folyamat utolsó csoportjaként szereplő metanogén törzsek a szerves savak, hidrogén és szén-dioxid felhasználásával metánt produkálnak. A biogáz fő komponense a metán, egy igen fontos megújuló energiaforrás, főként vidéki és kevésbé fejlett területeken. Az anaerob lebontás szintén kulcsfontosságú technológia az iparosodott területeken képződő nagy mennyiségű biomassza megfelelő kezelésére. Biogáz fermentáció termodinamikailag csak abban az esetben mehet végbe, ha a hidrogén koncentrációja a rendszerben a küszöbérték alatti, ezért hidrogén a biogázban igen kis mennyiségben van jelen. Ugyanakkor a metanogén törzsek redox reakcióihoz nélkülözhetetlen a megfelelő hidrogén utánpótlás. Az anaerob lebontási folyamatokban szerepet játszó mikrobák közötti szintropikus együttműködés pontos megismerése igen fontos előnyt jelent a biodegradáció folyamatának megértésében. A metanogén és acetogén törzsek szintropikus kölcsönhatásban állnak egymással, mely a sejtek közötti hidrogén transzfer révén valósul meg. A szintropikus partnerek szoros fizikai kapcsolatban állnak egymással, granulátumokat alkotnak a sejtek közötti hidrogén átadás elősegítése érdekében. A dolgozatomban bemutattam, hogy szignifikáns növekedés tapasztalható a természetes kevert metanogén konzorcium által előállított biogáz mennyiségében, ha a rendszerbe egy megfelelően kiválasztott hidrogén termelő törzset juttatok be, mely igaz mezofil és termofil hőmérsékletre is. Habár az elképzelés, hogy a hidrogén, mint sebesség meghatározó faktor lehet a rendszerben az eddigi tudásunk alapján igen valószínű, hidrogén termelő baktérium törzs hozzáadását a természetes mikroba konzorciumhoz korábban még nem vizsgálták. A biogáz fermentációjáért felelős mikroba konzorcium metabolikus folyamatainak pontos részletei nem ismertek, de a jelenlegi tudásunk azt sugallja, hogy a hidrogén lehet a limitáló szubsztrát a metanogének számára. A felismerés abból a tényből következik, hogy míg az acetogén baktériumok igen jó hidrogén termelők a végső termékben, vagyis a biogázban a hidrogén csak nyomokban mutatható ki. A keletkező hidrogént valószínűsíthetően a metanogén mikrobák használják fel. A lehetséges megfelelő kísérleti módszer annak igazolására, hogy a hidrogén valóban fontos szerepet játszik a metanogének aktivitásában a biogáz fermentációért felelős mikroba konzorcium beoltása egy olyan tiszta kultúrájú baktérium törzzsel, mely jó hidrogén termelő aktivitással rendelkezik. Abban az esetben, ha in situ hidrogén bevitellel a metanogén törzsek aktivitása fokozható különböző fermentációs hőmérsékleten és különböző szubsztrát biomasszákon bizonyítható, hogy a hidrogén a rendszer egyik kulcsfontosságú limitáló faktora, mivel különböző környezeti feltételek mellett a természetes mikroba konzorcium összetétele eltérő. A számos lehetséges hidrogén termelő törzs közül mezofil hőmérsékleten az Enterobacter cloacae-re esett a választásom, míg termofil hőmérsékleten a Caldicellulosiruptor saccharolyticus-ra. Az Enterobacteriaceae család kiváló hidrogén termelő aktivitással rendelkezik, míg a C. saccharolyticus-ra ugyanez mondható el termofil hőmérsékleten, melyhez cellulolitikus aktivitás társul...

View Item