Magyarország energiafüggősége az utóbbi években nőtt, meghaladja az uniós átlagot. A teljes energiaszükséglet csak kis hányadát fedezzük megújuló energiák révén. A megújuló energiahordozók mindegyikére nagy szükség van, de közülük is élen jár a biogáz. A biomassza anaerob környezetben történő kezelése környezetvédelmi és gazdasági előnyökkel jár. A biogáz-technológia nyújt segítséget a környezetszennyezés csökkentésében, valamint a szén-dioxid-semleges megújuló energia előállításában, miközben a mezőgazdaságban a tápanyagok talajba való visszajuttatását segíti elő. Szinte bármilyen hulladékból vagy erre a célra előállított biomasszából lehet biogázt gyártani. A folyamat terméke, a metánban gazdag gázkeverék sokoldalúan hasznosítható: elégetve hőt nyerünk belőle, kicsit megtisztítva gázmotorban áramot és hőt kapunk, még tovább tisztítva pedig a földgáz minőségével azonos energiahordozót állíthatunk elő, ami mindenre használható, amire a fosszilis földgázt használjuk manapság.

A biogázüzemek hatékony működtetésének egyik sarkalatos pontja az anaerob fermentáció biokémiai és mikrobiológiai folyamatainak kézben tartása. Sajnos még messze vagyunk attól, hogy teljesen megértsük a komplex folyamat biológiáját, hiszen több száz, különböző tulajdonságú és különböző környezeti igényű mikroorganizmus együttes munkájaként keletkezik a folyamat végterméke, a biogáz. Kutatásunk a szerves hulladékok egy speciális csoportját, a fehérjében gazdag potenciális biogáz-alapanyagokat célozta meg. Az Európai Unióban évi egymillió tonna fehérjegazdag hulladék termelődik. Ennek döntő többségét az élelmiszeripar (hús-, tejipar) szolgáltatja.

A Szegeden kifejlesztett laboratóriumi biogázreaktorok egy csoportja

A magas fehérjetartalmú anyagokból nehéz biogázt előállítani, mert az alapanyag szén-nitrogén (C/N) aránya nem kedvez a lebontást végző baktériumoknak. A mintegy 30 esztendeje működő kutatócsoportunk a biogázképződés biotechnológiai eseményeit vizsgálja. Másokhoz hasonlóan munkánkat az nehezítette, hogy a mikrobiológiai tápláléklánc – éppen összetettsége miatt – nem követhető a klasszikus mikrobiológiai módszerekkel.

A molekuláris biológiában metagenomikának nevezett áttörés a biogáz-biotechnológiában is új lehetőségeket kínál. A technikai részletek mellőzésével azt lehet elmondani, hogy a metagenomikai módszerek révén gyakorlatilag a biogáz-fermentáló mikrobaközösségről egy nagy felbontású csoport­képet tudunk készíteni, olyasmit, mint amilyet a jobb térfigyelő kamerák. Ahogyan a kamerák felvételeiről azonosítani lehet egyes embereket, ugyanúgy a genetikai anyagaik alapján azonosítani tudjuk a mikrobiális világ picike szereplőit egy többmilliárdos tömegben. A résztvevők azonosításán kívül információt kapunk a mikrobák tevékenységéről is. Az ilyen metagenomikai módszerek ma már rohamosan terjednek, és számunkra is elérhetőek.

A kedvező kutatási háttér és több évtizedes tapasztalat alapján új megközelítésben kezdtük vizsgálni a fehérjében gazdag alapanyagokból történő biogáztermelés lehetőségét. Feltételeztük, hogy a biogázfermentorokban „lakó” több száz mikroba között vannak olyanok is, melyek a fehérjék lebontására szakosodtak. Ha ez így van, akkor a feladat megoldása ezeknek a mikrobáknak a „helyzetbe hozása” lehet. Ezt úgy értük el, hogy a mikrobaközösségnek radikálisan csak fehérjetáplálékot (C/N = 4-5) biztosítottunk. Ilyen körülmények között vagy az következik be, hogy a mikrobaközösség működése összeomlik, vagy képesek alkalmazkodni a megváltozott körülményekhez, miközben jelentős mennyiségű biogázt állítanak elő. Az utóbbi igazolódott be. A drasztikus étrendváltozást azért módjával vezettük be: az egész közösség fehérjebontó aktivitását mértük a fehérjediétára való átállás sikerességének követésére. A laboratóriumi kísérleteket speciálisan erre a célra kifejlesztett biogázreaktorokban végezzük, amelyeket a szegedi Biospin Kft. közreműködésével fejlesztettünk ki. Ezek a berendezések kitűnően modellezik az üzemi biogázreaktorok felépítését és működését, folyamatos és szakaszos üzemmódban dolgoznak, és minden működési paramétert automatikusan rögzítenek.

Az eljárást nemzetközi szabadalom védi. Köszönjük a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 jelű Jedlik Ányos-ösztöndíj, valamint prof. Kondorosi Éva akadémikus és dr. Rákhely Gábor tanszékvezető egyetemi docens támogatását.•