Kumøkk på tanken

Biogass er grønn energi på sitt beste, og målet er at 30 % av husdyrgjødsla i Norge skal gå til biogassproduksjon innen år 2020. Men vi har fremdeles mye å lære om de som produserer gassen – nemlig mikroorganismene i biogassreaktoren. Anna Synnøve Røstad har sett på metoder som kan brukes for å finne ut mer om det mikrobielle samfunnet i reaktoren. Norge har som mål å være klimanøytral innen 2030. Det vil si at vi ikke skal bidra til netto utslipp av klimagasser. Regjeringen vil prioritere tiltak som har positiv effekt for å motvirke klimaendringene. Alle sektorer må kutte klimagassutslipp og landbruket skal også ta ansvar.

Stort potensial for bioenergi i jordbruket

Bioenergi er en karbonnøytral energikilde. Dyrket jordbruksareal utgjør bare tre prosent av det norske landarealet og skal først og fremst forbeholdes matproduksjon. Det er likevel et betydelig potensial for å utnytte ressurser fra jordbruket til bioenergi. Dette omfatter blant annet storfegjødsel. Biogass kan utnyttes til produksjon av strøm, varme og drivstoff, og gir en forbrenning som er renere enn de fleste alternative energikilder. Husdyrgjødsel utgjør 42 % av det samlede energipotensialet for biogass i Norge. Likevel blir bare en ubetydelig del av gjødsla utnyttet til biogassproduksjon i dag. Etablering av biogassanlegg basert på husdyrgjødsel vil gi en dobbel klimaeffekt ved at det også bidrar til å redusere dagens metanutslipp fra landbruket. Dette kommer frem av Stortingsmelding nr. 39(2008-2009) – “Klimautfordringene – landbruket en del av løsningen”.

Ny teknologi krever ny kunnskap

Teknologien for småskala biogassanlegg er ennå på et tidlig stadium, og potensialet for biogass i Norge er langt fra utnyttet. Derfor er det viktig med økt kunnskap om prosessene og teknologien bak biogassproduksjonen.

Slik produseres biogass

Produksjon av biogass skjer ved gjæring uten oksygen, altså anaerob fermentering. Prosessen kan deles i fire trinn; hydrolyse, syredannelse, eddiksyredannelse og metandannelse. Biogassen består i hovedsak av:

  • 50-70 % metan (CH4)
  • 25-50 % karbondioksid (CO2).
  • I tillegg inneholder gassen mindre mengder hydrogensulfid (H2S)

og spormengder av hydrogen (H2), nitrogen (N2) og mer enn 40 andre flyktige gasser. Hvis biogass skal brenne under normale betingelser, må den inneholde mer enn 50 % metan. Flere typer råstoffer, kalt substrater på fagspråket, kan benyttes til biogassproduksjon. For eksempel husholdningsavfall, kloakkslam, avfall fra slakterier og næringsmiddelindustri, planterester, fiskeslo og husdyrgjødsel.

Kumøkk som råstoff

I min masteroppgave har jeg studert gjødsel fra husdyr, og hva som skjer når bakteriene i biogassreaktorene omdanner gjødselen til gass. Husdyrgjødsel er et interessant råstoff fordi det – i motsetning til mange andre typer råstoff – inneholder de bakteriene som skal til for å lage biogass. Av den grunn egner det seg også til å blandes med andre typer råstoff. Mye av forklaringen ligger i måten storfe fordøyer maten på. Fôret er allerede fermentert i vomma og kyrne har omsatt de mest lettomsettelige råstoffene. Høyt innhold av tungt nedbrytbare ligninholdige forbindelser og et lavt karbon-nitrogen forhold bidrar også. For storfegjødsel er det viktig å skille mellom gjødsel fra melkekyr og kjøttfe. Disse gruppene fôres ulikt med tanke på både type fôr og mengde, noe som igjen spiller inn på gjødselkvaliteten. Andre faktorer som har betydning er blant annet kyrnes rase, kjønn og alder, og bondens bruk av strøflis.

Fra gjødsel til gass

Det er flere trinn i prosessen mellom gjødsel og biogass. Jeg har sett nærmere på den siste delen, hvor metan dannes. Målet var å studere de mikroorganismene som produserer gassen, og å teste og videreutvikle de metodene som brukes for å studere dem. Én gang i uka fikk jeg levert 2 liter gjødsel fra tanken til en biogassprodusent på den andre siden av Trondheimsfjorden. Jeg tok i mot forsendelsen på kaia, og løp bort til laboratoriet for å gjøre videre undersøkelser.

DNA skiller bakterietypene

På en viss del av DNAet kunne jeg kjenne igjen de bakteriene og bakterielignende organismene (arkebakterier) som jeg var interessert i. Jeg brukte en metode kalt ”polymerase chain reaction” (PCR) for å finne den spesifikke delen av DNAet jeg var interessert i og lagde mange kopier av denne. Jeg benyttet også en metode kalt DGGE (”Denaturing gradient gel electroferensis”) som gjorde det mulig å skille de ulike DNA-sekvensene fra hverandre for å studere mangfoldet og sammensettingen av det mikrobielle miljøet. Denne prosessen ga meg kunnskap om hvilke typer mikroorganismer som finnes i prosessen, og hvordan man kan oppdage dem.

Bakteriekoblinger avslørt av fargene

Jeg brukte også en annen metode for å lære mer om bakteriene. Aller først tok jeg en prøve av kumøkka og tilsatte et stoff som gjorde at bakteriene ble mumifisert, altså at de ”frøs” i de grupperingene de sto i. Jeg tilsatte deretter røde og grønne fluorescerende fargestoffer. Fargestoffet hadde en ”gjenkjennelsesmerkelapp” på seg som gjorde at kun visse organismer kunne ta opp for eksempel det grønne fargestoffet mens noen andre tok opp det røde. På denne måten så jeg hvordan bakterietypene var plassert i forhold til hverandre.

Viktig kunnskap

Jo mer vi vet om bakteriene som jobber i biogasstanken, jo lettere kan vi optimalisere prosessen slik at bakteriene får best mulig levekår. Jeg har fortsatt denne forskningen som doktorgradsstipendiat på Institutt for bioteknologi ved NTNU.