Bioelektrochemische Systeme haben in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen, insbesondere im Hinblick auf den verstärkten Wandel zu einer auf erneuerbaren Energiequellen basierenden Ökonomie. Eine der größten Herausforderungen stellt dabei die Speicherung elektrischer Energie, erzeugt u.a. durch Wind- und Sonnenenergie, dar. Die Bioelektrosynthese besitzt ein großes Potential zur Speicherung elektrischer Energie in chemische Produkte und zur CO2 Fixierung. Ihre Attraktivität liegt dabei in der Möglichkeit begründet, komplexe elektrochemische Umwandlungen wie die Reduktion von Kohlendioxid zu niedermolekularen organischen Verbindungen unter sehr milden Bedingungen und unter effizienter Nutzung elektrischer Energie durchführen zu können.
Bioelektrochemische Systeme bestehen in der Regel aus einer Anode und einer Kathode, die optional durch eine Membran getrennt und von einer Elektrolytlösung umgeben sind. Je nach biologischem System transferieren elektrochemisch aktive Mikroorganismen Elektronen an die Anode oder nehmen Elektronen von der Kathode auf. Dieser Elektronentransfer wird als extrazellulärer Elektronentransfer (EET) bezeichnet und versetzt Mikroorganismen in die Lage, sich in Form elektrochemisch aktiver Biofilme auf Elektroden zu etablieren und diese als Elektronenquelle oder -senke zu nutzen. Diese Verknüpfung Mikroorganismus und Elektrode bietet die Möglichkeit elektrische Energie aus oxidativen mikrobiellen Prozessen freizusetzen (mikrobielle Brennstoffzellen) sowie elektrische Energie durch reduktive mikrobielle Prozesse in niedermolekulare Produkte zu speichern (Bioelektrosynthese). Die resultierenden mikrobiellen elektrochemischen Technologien (MET) eröffnen somit Wege für die Entwicklung neuartiger biotechnologischer Anwendungen und Prozessführungen.
Das Ziel des Projekts besteht darin, mikrobielle Elektrosynthesen im kontinuierlichen Retentostaten mit Rein- und definierten Mischkulturen reaktionskinetisch zu charakterisieren. Weiterhin liefert die Charakterisierung der sich auf den Elektroden ausbildenden elektrochemischen Biofilme wichtige Kenntnisse über das System. Auf Basis dieser Untersuchungen können Maßstabsvergrößerung (Scale up) und Prozessmodellierungen durchgeführt werden.
Projektverantwortliche: Jana Niebusch