Neueste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Elektrofermentation eine effiziente Methode ist, um den bakteriellen Metabolismus und die Produktbildung zu beeinflussen. Das Projekt BesTECH hat genau das zum Ziel, und zwar einen durch Stromzufuhr verbesserten Biokonversionsprozess zu entwickeln, um eine biotechnologische Plattform aufzustellen mit welcher nachhaltige, sichere und umweltfreundliche Biotreibstoffe und – Chemikalien auf Biomassebasis bereitgestellt werden können.

Der erste Schritt ist es die Biomasserohstoffe in Synthesegas oder Biogas umzuwandeln. Der nachfolgende Schritt, die Syngasfermentation, ist eine thermochemische/biochemische Hybridplattform, welche die Vorteile beider Prozesse nutzt: die Einfachheit des Vergasungsprozesses und die hohe Spezifizität des Fermentationsprozesses. Biomasse und andere kohlenstoffhaltige Rohstoffe können vergast werden um Synthesegas mit hohen Anteilen an CO, H2 und CO2 herzustellen. Zu diesen zählen kostengünstige Stoffe wie Restholz, landwirtschaftliche Abfälle, kommunale Abfälle und Abfälle aus der Holz – und Papierindustrie.

Kombiniert man die Syngasfermentation mit der vielversprechenden mikrobiellen Elektrosynthese-technologie dann ist es möglich kohlenstoffhaltige Grundbausteine (CO2, CO, Essigsäure) in hochwertige Biotreibstoffe und Biochemikalien umzuwandeln. Das Hauptaugenmerk im Projekt BesTECH liegt darin den biologischen Umwandlungsprozess zu optimieren – von gasartigen Substraten zu langkettigen Fettsäuren und Alkoholen wie Capronsäure, Butanol oder Hexanol, und Methan als Endprodukte. Eine weitere essentielle Aufgabe ist es verbesserte Gasfermenter und optimierte Elektrodendesigns zu testen, sowie den für die Aufgabe bestgeeignetsten Mikroorganismus zu selektieren – es sind chemoautotrophe Mikroorganismen, welche gasartige Substrate umwandeln können.

Abbildung 1: Vorgeschlagene Konversion von Biomasse über eine Kaskade von Konversionstechnologien: Vergasung, biologische Syngas – und Elektrofermentation.

Innovation jenseits des Stands der Technik

Das fortschrittliche Konzept der Elektrofermentation ist immer noch von komplexen Kohlestoffquellen hohen Reinheitsgrads abhängig wie Zuckern, Stärke oder Glycerol. Indem man diesen Prozess mit der Syngasfermentation verbindet ist es möglich fast jegliche Art von Biomasserohstoff oder -nebenprodukt aufzuwerten. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch den Pyrolyseschritt der Austritt von gefährlichen oder toxischen Substanzen in die Umwelt verhindert wird, wie zum Beispiel Antibiotika oder Pestizide welche in organischen Abfällen vorkommen. Somit trägt die BesTECH Strategie zu einer ökologischen Kreislaufwirtschaft bei, und schafft dabei fundamentale Erkenntnis über Mikroorganismen und darüber, wie man deren metabolische Aktivität durch elektrische Redox-Shifts steuern kann. Darüber hinaus wird das Reaktordesign beleuchtet, um derzeitige Limitierungen des Fermentationsprozesses wie Produktinhibierung, unspezifische Produkte und niedrige Umwandlungsraten zu überwinden.