Mikrobielle Elektrosynthesen - ein integrierter Forschungsansatz zur Nutzung elektrischer Energie in zukünftigen mikrobiellen Produktionsprozessen

Bild Forschungsprojekt
Laufzeit: 01.01.2013 - 31.12.2018
Partner:  Arbeitsgruppe Elektrochemie am DECHEMA Forschungsinstitut
Geldgeber: BMBF
Bearbeiter: Dr. Florian Mayer, Thomas Krieg, Anne Sydow
Arbeitsgruppe: Bioverfahrenstechnik

Ziel dieses neuen interdisziplinären Forschungsfeldes der Mikrobiellen Elektrosynthesen ist die Produktion von Biokraftstoffen und Basischemikalien durch elektroaktive Mikroorganismen. Substrate für diese reduktiven Synthesereaktionen stellen dabei beispielsweise Kohlenstoffdioxid und die Elektronen-liefernde Kathode dar. Elektroaktive Mikroorganismen können dabei direkt mit der Kathode interagieren oder auf elektrochemisch an der Elektrode reduzierte Substanzen im Medium, wie Redoxmediatoren oder Wasserstoff, angewiesen sein. Die zugrundeliegenden biologischen Mechanismen für diese Reaktionen sind bisher wenig bekannt (1). Aufgrund dessen stellt die Untersuchung der Interaktion der Mikroorganismen mit der Kathode einen Forschungsschwerpunkt am DFI dar. Dazu werden einerseits die Biofilmbildung und die Zellimmobilisierung an der Kathode untersucht. Andererseits soll dieser direkte Elektronenaufnahmemechanismus hinsichtlich Produktionseffizienz mit den indirekten, vor allem Mediator-basierten Methoden verglichen werden. Um das Wachstum und die Produktion im bioelektrochemischen System zu optimieren liegt ein zweiter Schwerpunkt in der Verbesserung des Reaktordesigns. Neben  molekularbiologischen und mikrobiologischen Methoden kommen auch eine Vielzahl an elektrochemischen Methoden, wie zum Beispiel die Impedanzspektroskopie  oder die Cyclovoltammetrie zum Einsatz. Das Tandemprojekt wird durch Mitarbeiter der Arbeitsgruppen Bioverfahrenstechnik und Elektrochemie bearbeitet.

(1) A. Sydow, T. Krieg, F. Mayer, J. Schrader, D. Holtmann
Electroactive bacteria - molecular mechanisms and genetic tools; Applied Microbiology and Biotechnology (2014) 98, 20, 8481-8495                           

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