Robust processes for biogas production using manure and by-products from agriculture and agro-industry

Prosjektets Norske navn er "Robuste prosesser for produksjon av biogass fra gjødsel og biprodukter fra landbruk og tilhørende næringsmiddelindustri". Prosjektets mål er å redusere utslipp av klimagasser fra landbruket ved å utvikle robuste, lønnsomme og m iljøvennlige prosesser for produksjon av biogass fra gjødsel og biprodukter fra næringsmiddelindustrien. Utfordringen er å utvikle prosesser som er så pass robuste og enkle at de kan anvendes over hele landet. I prosjektet skal vi bruke små laboratorierea ktorer for å optimalisere prosesser, og vi vil studere variabler slik som termisk forbehandling, enzymatiske prosesstrinn, biomassens sammensetning og blanding av biomasser, inokulum (startkultur), og fermenteringsbetingelser. Vi vil supplere kjemiske analyser av gassen og det inn- og utgående materialet med studier av prosessmikrobiologien, hvor vi benytter oss av nye muligheter innen "high-throughput-sequencing" som f eks gjør det mulig å følge et komplekst mikrobielt samfunn under fermenteringen. Vi dere skal det utvikles "Standard operating procedures" (SOPs) for håndtering av startkulturer. Senere i prosjektet vil vi utvikle protokoller som kan benyttes i produksjonsanlegg for biogass som det jobbes med i andre pågående prosjekter hos UMB og Biofor sk. Da vil vi også se på biorestene (i samarbeid med andre prosjekter). Dette er forholdsvis dristige målsetninger og håndfaste resultater i form av konkrete forbedrede prosesser forventes til å komme relativt sent i prosjektet. Kompetanse-oppbyggingen er betydelig hele veien. Prosjektets initielle fase har vært preget av del metode utvikling (blant annet for fettsyre analyse og mikrobiologiske analyser), mens prosjektets siste fase har fokus på feremneteringer, mest mulig i kontinuerlige reaktorene so m da går på relevante substrater: gjødsel, mysepermeat, fiskeavfall & lignocellulose (eks kvister og strå). Når det gjelder lignocellulose komponenten ser vi spesielt på bjørk fordi resultater fra et beslektet prosjekt (190877) er meget lovende og fordi b jørk finnes overalt i landet. Vi ser på gass produksjon per volum/tid & det mikrobiologiske samfunnet i reaktorene, og gjødselverdien på biorest. Kunsten er å finne optimale råstoff blandinger og å kombinere disse med et optimal inokulum (i.e bakterie sam funn). På analysesiden finnes det utfordringer og vi jobber spesielt med innovative metoder for å bestemme vanninnhold i prøver. I biogass bruker man gjerne begrepet "Volatile solids" for å angi hvor mye biomasse man tilfører reaktoren. Problemet er ba re at måten å bestemme dette på fører til at virkelige flyktige stoffer blir oversett. F eks så vill % VS i en flaske med vodka bli bestemt til å ligge nær null mens den egentlig er rundt 40 % (fordi den inneholder 40 % etanol). Vi tar i bruk nye metoder for å bøte på dette problemet. På mikrobiologisiden ser vi blant annet på effekten av lagring på mikrobielle samfunn og deres evne til å sette i gang biogassprosesser. Vi jobber spesielt med å identifisere hvilke bakterier som ikke tåler lagringen og h vilke bakterier er kritiske.

Production of biogas by anaerobic digestion has a large potential as a source of bioenergy and as a means to better exploit biomass, including major by-products from agriculture and agro-industry (manure, by-products from food processing, straw and other lignocellulosic materials). To reduce climate gas emissions, Norway wants to use 30 % of animal manure for biogas production within 2020. Nationwide implementation of biogas production is hampered by several challenges. Some of these challenges are addres sed in this project, the overall goal being to design robust, optimal processes. We will focus on: (1) increase the use of manure in biogas production, (2) find optimal application routes for by-products from agriculture and the food industry, and (3) imp rove process stability and reproducibility so that the processes can be (a) optimized in a more rational way and (b) more easily implemented throughout the country. Using laboratory scale reactors we will optimize biogas fermentation processes for relevan t feed-stocks, studying variables such as thermal pretreatment, enzyme pretreatment, biomass composition and mixing, inoculums, and other fermentation parameters. To increase standardization and rationalization, we not only evaluate processes by a wide sp ectrum of chemical (component) analyses, but also study process microbiology, using state-of-the art high throughput sequencing tools for microbial community analysis. Standard operating procedures for inoculum management will be developed. Eventually, we will produce protocols that can be evaluated at biogas production facilities, in other ongoing projects. Also in collaboration with other ongoing projects, the performance of the residue as fertilizer will be studied. The project will be conducted in clo se collaboration with Tine, A Norwegian food producer, Cambi, a Norwegian engineering company with focus on biomass handling, and Bondelaget, The Norwegian Farmers Association.