Optimering av biogassproduksjon og stabilisering/hygienisering av kloakkslam basert på forståelse av mikrobielle enhetsprosesser

Utslippet av lystgass (N2O) fra jord utgjør ca 1/3 av landbrukets totale klimapådriv, og må reduseres hvis vi skal nå målet om et klimasmart landbruk. Det er lettere sagt enn gjort fordi N2O-utslippet reguleres av jordens mikroflora, som er ekstremt vanskelig å regulere. Vi vet hvilke mikrober vi ønsker å stimulere: organismer som «spiser» N2O, men har hittil manglet kunnskap og teknikker for å øke mengden og aktiviteten av slike bakterier i jord. Jonassen's arbeid er en del av NMBU Nitrogen Group's forskning på mikrobielle nitrogentransformasjoner generelt, og lystgass spesielt. Jonassen har tatt et dypdykk i biologien som regulerer N2O-utslippet, kombinert med en del smarte grep for å anrike og dyrke store mengder N2O-reduserende bakterier. Grunntanken er frapperende enkel: landbruksjord tilføres store mengder organisk materiale i form av planterester, husdyrgjødsel, og slam fra renseanlegg. En økende andel av denne materialstrømmen går nå via biogass-anlegg før det tilføres jord. Dette gir oss en mulighet til å oppdyrke store mengder «gunstige» bakterier i avfallet fra biogassproduksjonen, som så tilføres jord. Jonassen's «gunstige» bakterier er slike som effektivt reduserer den farlige klimagassen N2O til harmløst N2. Denne egenskapen avhenger av organismenes genetiske utrustning, man også av hvordan de regulerer genuttrykket, det vi kaller den regulatorisk fenotypen. For å studere denne reguleringen bruker man modellorganismer, organismer som er grundig karakterisert gjennom lang tids dyrking i laboratoriet. Slike modellorganismer er ubrukelige i jord; sannsynligvis fordi de er blitt domestisert i laboratoriet. Jonassen har derfor søkt etter «ville» N2O-spisende bakterier i jord og digestat, ved først å anrike dem under spesielle betingelser, så identifisere dem via sekvensering av anrikningens gener og proteiner, for til slutt å isolere enkeltorganismer. Arbeidet har båret frukter: flere isolerte organismer har vist seg å ha svært gunstige geno/fenotyper, de gror godt i digestat, og når vi gjødsler jorden med dette digestatet faller N2O-utslippet fra jord dramatisk! Arbeidet er et samarbeid mellom NMBU Nitrogen Group og Vestfjorden Avløpsselskap (VEAS), og dette samarbeidet vil fortsette for å utvikle robuste rutiner som kan tas i bruk på biogassanlegg, som dermed kan tilby bonden et gjødselprodukt som reduserer utslippet av N2O.

Teknologien har et stort potensiale og nedslagsfelt fordi biogassanlegg forventes å behandle en stadig større mengde organisk avfall som et ledd i overgangen fra fossile energikilder til miljøvennlige alternativer. Lystgassreduksjonspotensialet anslås til 50 %, som er et konservativt estimat dersom en tar hensyn til resultater oppnådd i laboratorieskala. Det vil trenges videre tverrfaglig forskning mellom akademiske- og industriaktører for å bringe konseptet videre. Herunder prosessteknisk implementering på biogassanlegg, valg av organismer, isolering av nye organismer, samt videre testing i feltforsøk for å verifisere teknologien og det reelle poentisalet for lystgassreduksjon. For å implementere en slik teknologi i større skala antas det at sluttbrukere må ha incentiver for å redusere sine lystgassutslipp. Disse må fastsettes på myndighetsnivå.

VEAS driver landets største renseanlegg for kommunalt avløpsvann og er landets største produsent av biogass. I renseprosessen skilles det ut store mengder slam som bl.a. består av nedbrytbart organisk materiale. Ved hjelp av anaerob nedbrytning stabiliseres slammet og biogass dannes. VEAS produserer om lag 70 GWh biogass årlig. Ved behov oppdateres den følgende teksten for å bedre reflektere endret fokus i prosjektet: Det bør være mulig å utnytte slammets potensiale for produksjon av biogass enda bedre enn i dag. En nøkkel til å optimere og øke biogassutbyttet, til å kontrollere prosessene bedre, er økt forståelse om mekanismene i utråtningsprosessen. Økt biogassutbytte gjør det mulig å erstatte mer fossilt brensel/drivstoff og bidra til å bedre økonomien i biogassproduksjonen. Prosjektet søker å dokumentere om drift av råtnetankene kan forbedres ved å skille ut en eller flere mikrobielle enhetsprosesser i forkant av den batchvise termofile stabiliseringen/hygieniseringen. Ved å se sammenhenger knyttet til mikrobiell samfunns- og populasjonsdynamikk søkes det å bestemme driftsbetingelser og reaktorutforming hvor en oppnår en avveining mellom optimale reaktorvolumer, stabilisering og biogassutbytte i laboratorieskala.