Dairy wastewater grease stabilizes in situ mesophilic biomethanation for H2-to-CH4 conversion

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Highlights a substrate-driven microbial selection mechanism that challenges conventional engineering requirements for biomethanation.

🏢実務担当者:Provides a scalable method for dairy and wastewater treatment plants to produce renewable natural gas from waste lipids.

🏛政策担当者:Supports policies promoting Power-to-Gas and circular economy by demonstrating a practical, low-tech solution.

Power-to-Gas技術は、余剰再生可能電力をエネルギーシステムに統合するための重要な戦略として台頭しており、グリーン水素をメタンへ変換することを通じて実現される。しかし、生物学的in situバイオメタネーションの実践的実装は、既存のほとんどの嫌気性消化インフラと互換性のない運転および設計要件によって依然として制約されている。本研究は、連続的な水素供給に依存するのではなく、基質誘導性の微生物選択によって駆動される、安定かつ効率的な中温（37 °C）in situバイオメタネーションプロセスを実証する。廃水処理場からの下水汚泥と、乳製品廃水から回収された脂質豊富なグリースを共消化する嫌気性消化槽は、中温条件下で効果的なCO2-H2変換が可能な事前適応型水素資化性コンソーシアムを発達させた。長期的な運転により、この微生物構造の頑健性と持続性が確認された。H2添加時には、大気圧下でバイオガス再循環なしにメタン濃度が最大82 %に達し、水素からメタンへの変換効率は最大90 %、メタン生産性は1.64 NLCH4.L-1d-1であった。16SrRNAに基づく微生物群集解析により、乳製品グリースの共消化が水素資化性メタン生成菌、特にMethanospirillumを選択的に富化し、Syntrophomonasなどのシントロフィー性脂肪酸分解細菌とともに、効率的な種間水素移動を促進することが明らかになった。重要なことに、脂質共基質は、水素の利用可能性とは無関係に水素資化性経路の確立と長期的安定性を可能にし、断続的な再生可能エネルギー供給に伴う課題を緩和した。全体として、これらの知見は、in situバイオメタネーションにおける高温条件、連続水素投入、加圧、およびガス再循環への一般的な依存に挑戦し、基質駆動型の微生物選択が高温運転や反応器改変などの従来の工学的要件を代替できることを実証し、中温in situバイオメタネーションのためのより簡素でスケーラブルな戦略を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Power-to-Gas technologies are emerging as a key strategy to integrate surplus renewable electricity into energy systems, through the conversion of green hydrogen into methane. However, the practical implementation of biological in situ biomethanation is still constrained by operational and design requirements that are incompatible with most existing anaerobic digestion infrastructures. This study demonstrates a stable and efficient mesophilic (37 °C) in situ biomethanation process driven by substrate-induced microbial selection rather than relying on continuous hydrogen supply. Anaerobic digesters co-digesting sewage sludge from a wastewater treatment plant with lipid-rich greases recovered from dairy wastewater developed a pre-adapted hydrogenotrophic consortium capable of effective CO2-H2 conversion under mesophilic conditions. Long-term operation confirmed the robustness and persistence of this microbial structure. Upon H2 addition, methane concentrations up to 82 % were achieved under atmospheric pressure, without biogas recirculation, with hydrogen-to-methane conversion efficiencies up to 90 % and methane productivities of 1.64 NLCH4.L-1d-1. 16SrRNA-based microbial community analysis revealed that dairy grease co-digestion selectively enriched hydrogenotrophic methanogens, particularly Methanospirillum, together with syntrophic fatty-acid-degrading bacteria such as Syntrophomonas, promoting efficient interspecies hydrogen transfer. Importantly, the lipid co-substrate enabled the establishment and long-term stability of the hydrogenotrophic pathway independently of hydrogen availability, mitigating challenges associated with intermittent renewable energy supply. Overall, these findings challenge the common reliance on thermophilic conditions, continuous hydrogen input, pressurization, and gas recirculation in in situ biomethanation, demonstrating that substrate-driven microbial selection can replace conventional engineering requirements such as thermophilic operation or reactor modifications, providing a simpler and scalable strategy for mesophilic in situ biomethanation.

• Research Square https://doi.org/10.64898/2026.06.09.731101first seen 2026-06-15 04:41:27 · last seen 2026-06-25 04:24:38