In einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft werden Bioraffinerien Chemikalien und Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Wandels ist der Einsatz fortschrittlicher Fermentationskonzepte wie der Elektrobiosynthese. Das Projekt ELF4GREEN untersucht diesen Prozess, um Bioabfälle, schwer abbaubare Rückstände und CO₂-reiche Gasströme effizient zu verwerten. Diese Materialien sind kostengünstig und in der EU weit verbreitet, aber ihre effektive Nutzung erfordert Innovationen, um die Variabilität der Rohstoffe zu berücksichtigen und die Bioverfügbarkeit zu verbessern.

Das Herzstück von ELF4GREEN ist die Elektrobiokonversion, eine fortschrittliche Technologie, bei der Fermentationsprozesse durch die Anwendung elektrischer Energie gezielt unterstützt werden. Elektroaktive Mikroorganismen interagieren mit Elektroden, um Substrate wie organische Abfälle oder CO₂ in Chemikalien und Biokraftstoffe umzuwandeln. Dieser Ansatz verbessert die Effizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit herkömmlicher Fermentationsprozesse.

ELF4GREEN untersucht drei bioelektrische Umwandlungswege für die Verwertung von Abfällen oder Rückständen in grüne Chemikalien und Kraftstoffe:

• Behandlung biologisch schwer abbaubarer Materialien (z. B. gemischte Kunststoffabfälle oder Klärschlamm) durch Vergasung und anschließende Elektrofermentation des Synthesegases. CO₂, CO und H₂ werden für die Biosynthese umweltfreundlicher Produkte genutzt. (Projekt 2)
• Fermentation biologisch umwandelbarer Rohstoffe, wie z. B. Abwässer aus der Lebensmittelindustrie, zur Herstellung mittelkettiger organischer Säuren oder Alkohole. Die Elektrofermentation wird eingesetzt, um die Produktspezifität und Ausbeute selektiv zu verbessern. (Projekt 3)
• Elektrobiomethanisierung von CO₂ zur Aufbereitung von Biogas und zur Behandlung von CO₂-reichen Abgasströmen mit dem Ziel der Erzeugung von Biomethan. (Projekt 4)

Diese drei Umwandlungswege werden durch zwei Querschnittsprojekte unterstützt, die Folgendes bieten

• wesentliches Kernwissen durch grundlegende theoretische und experimentelle Untersuchungen zur effektiven Nutzung elektroaktiver Mikroorganismen in technischen Anwendungen. (Projekt 1)
• eine umfassende technoökonomische und ökologische Bewertung der drei Technologiekonzepte für die Produktion von grünem Kraftstoff oder Chemikalien. (Projekt 5)

Durch die Kombination von elektrochemischer und biologischer Katalyse eröffnet ELF4GREEN neue, ressourceneffiziente Wege für die Nutzung von Biomasse und CO₂. Darüber hinaus ermöglicht die Elektrobiosynthese die Speicherung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien in Form von gasförmigen oder flüssigen Energieträgern, die mit bestehenden Energieinfrastrukturen und Lieferketten kompatibel sind.

ELF4GREEN legt den Grundstein für anwendungsorientierte Forschung, die auf die Entwicklung neuartiger biotechnologischer Lösungen für eine nachhaltige Energieversorgung auf Basis biogener Kraftstoffe und für die klimafreundliche Transformation der chemischen Industrie abzielt.