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'content_de' => '<p>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.</p>
<p>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.</p>
<p>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.</p>
<p><img alt="" src="/webroot/files/image/Projektseite/Abb1.jpg" style="height:240px; width:683px" /><br />
Abbildung 1: Vorgeschlagene Konversion von Biomasse über eine Kaskade von Konversionstechnologien: Vergasung, biologische Syngas – und Elektrofermentation.</p>
<h2>Innovation jenseits des Stands der Technik</h2>
<p>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.</p>
<p><img alt="" src="/webroot/files/image/Projektseite/Logos(2).jpg" style="height:170px; width:636px" /></p>
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<p>The first step is to convert biomass feedstocks of varying or minor quality into syngas or biogas. The subsequent step, syngas fermentation, is a hybrid thermochemical / biochemical platform that takes advantage of the simplicity of the gasification process and the high specificity of the fermentation process, to deliver bio-based products. Biomass and other carbonaceous materials can be gasified to produce syngas with high concentrations of CO, H2 and CO2. Such low cost feedstock materials include waste wood, agricultural residues and byproducts, municipal organic wastes and wastes from the pulp and paper industry.</p>
<p>Syngas fermentation combined with the new and highly promising technology of microbial electrosynthesis enables to convert carbon building blocks (CO2, CO and acetic acid) into higher value products, serving as biofuels or biochemicals. The focus is to optimize the biotransformation of gaseous substrates into long chain fatty acids and alcohols (e.g. caproic acid, butanol, hexanol, 1,2-butandiol) and methane as final products. Testing improved gas fermenters and optimized electrode designs are essential tasks, as well as selecting the best suitable microbial production strains.</p>
<p>Syngas fermentation converts the generated gaseous compounds to alcohols and organic acids (mostly ethanol and acetic acid) by utilizing chemoautotrophic microorganisms that can metabolize gaseous substrates (Figure 1).</p>
<p><img alt="" src="/webroot/files/image/Projektseite/Abb1.jpg" style="height:240px; width:683px" /><br />
Figure 1: Proposed conversion of biomass through a cascade of conversion technologies: gasification, biological syngas- and electro-fermentation.</p>
<h2>Innovation beyond state-of-the-art</h2>
<p>The highly advanced concept of electro-fermentation is still dependent on complex carbon substrates of high purity (e.g. sugars, starch, and glycerol). By coupling it with a new approach, syngas fermentation, it is possible to efficiently valorize almost any kind of low cost biomass residue and by-product. As additional advantage, the thermal pyrolysis into syngas and subsequent de-novo synthesis of bio-based products provides a highly efficient barrier by which we can prevent spreading of potentially harmful substances, that might occur in organic waste fractions like pesticides, antibiotics and endocrine disruptors. Low-quality biomass that is upcycled to high-quality products, via the novel conversion route of microbial electrosynthesis, allows forming targeted products and building blocks from previously decomposed carbonic matter. Thus, the BesTECH strategy uniquely contributes to a circular waste biomass-based economy. It develops fundamental knowledge on microbial production strains and how their metabolic activity can be steered via electric redox shifts. Moreover, technical reactor design is targeted to overcome current limitations of fermentative approaches such as product inhibition, unspecific products and low conversion rates.</p>
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BesTECH: Bio-Electric Syngas Technology for the Production of Biomass Derived BioFuels and Platform Chemicals
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.
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Projektvolumen
EUR 899.458,--
Projektlaufzeit
2020-04-01 - 2024-12-31
Finanzierung
ERA-NET Bioenergy
Projektpartner
BOKU
Huber4Zero LAB
IOS-PIB
