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Projekt
Maßgeschneiderte Zelleinbettung für verbesserte kontinuierliche mikrobielle Elektrosynthese (Conti-eBiotech)
Antragsteller
Professor Dr. Rainer Krull; Professor Dr. Uwe Schröder
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536250356
Das Ziel dieses Projektvorschlags besteht darin, neue Strategien für leistungsfähige mikrobielle Elektrosynthesen (MES) zu entwickeln, die auf der Einbettung von Mikroorganismen mit sehr geringer Fähigkeit zur Biofilmbildung in leitfähige und funktionelle Polymerkomposite basiert und, die – an der Elektrode immobilisiert – als künstliche elektroaktive Biofilme fungieren. Es werden maßgeschneiderte Biokomposite auf der Grundlage leitfähiger Matrizes entwickelt, die die entsprechenden Mikroorganismen, leitfähige Additive und potenzielle funktionelle Komponenten wie Wasserstoffentwicklungskatalysatoren enthalten. Die Eigenschaften der Biokomposite können selektiv angepasst werden, um den mikrobiellen extrazellulären Elektronentransfer (EET) über lange Strecken zu erleichtern und die Prozessstabilität zu verbessern. Die Zelleinbettung bietet auch Schutz vor Stressfaktoren, u.a. pH-Wert und Sauerstoff, und erhöht so die biologische Aktivität. Dieser Ansatz bietet die Möglichkeit, Mikroorganismen mit einer bestimmten Biomassekonzentration an der Kathode zu immobilisieren. Darüber hinaus wird der bisherige Nachteil einer langen Prozessphase für die Bildung eines viablen Biofilms an der Kathode überwunden. Die Leistungsfähigkeit der hier zu entwickelnden Einbettungsmethode wird durch eine vergleichende Studie auf Grundlage zwei funktionell unterschiedlicher, gut erforschter und etablierter Modellorganismen, Shewanella oneidensis und Clostridium ljungdahlii, in planktonischer Chemostat- bzw. elektrodenassoziierter Retentostat-Kultivierung untersucht, um reaktionskinetische Parameter zu generieren. Mit diesen Parametern wird ein Produktbildungsmodell für die kathodische MES entwickelt, das auf der Kombination biochemischer und elektrochemischer Modellterme beruht. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für weitere Überlegungen zum Scale-up von MES-Prozessen, zur Verbesserung der Reaktorleistung sowie zu energetischen Aspekten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
