Bioplastikproduktion mithilfe eines extremophilen kathodischen Biofilms
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Mikrobielle Elektrosynthese
Bioplastikproduktion mithilfe eines extremophilen kathodischen Biofilms TOBIAS JUNG 1, MAX HACKBARTH 2 , HARALD HORN 2 , JOHANNES GESCHER 1,3 1 INSTITUT FÜR ANGEWANDTE BIOWISSENSCHAFTEN, KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE (KIT) 2 ENGLER-BUNTE-INSTITUT, TEILINSTITUT WASSERCHEMIE UND WASSERTECHNOLOGIE, KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE (KIT) 3 INSTITUT FÜR BIOLOGISCHE GRENZFLÄCHEN (IBG-1), KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE (KIT)
As the atmospheric CO2 concentrations are increasing, its usage as biotechnological substrate becomes a focus area of applied scientists. As a rather new technique to energize the process of CO2 fixation, microbial electrosynthesis offers the advantage to establish continuous processes based on a cathodic biofilm that is supplied with electrical energy provided by renewable resources. Here we present the cathodic biofilm growth of Kyrpidia spormannii, a recently isolated thermophilic organism that is naturally capable of producing the biodegradable biopolymer polyhydroxybutyrate (PHB). DOI: 10.1007/s12268-020-1485-0 © Die Autoren 2020
ó Die anthropogenen Kohlenstoffdioxidemissionen sind heutzutage die größte Gefahr für das Weltklima und gelten als eine der Hauptursachen des Klimawandels. Daher
˘ Abb. 1: Schematische Darstellung der mikrobiellen Elektrosynthese (MES) und eines potenziellen Prozesses zur nachhaltigen Produktion höherwertiger Kohlenwasserstoffe wie Polyhydroxybutyrat (PHB). Hier dienen emittiertes Rauchgas zusammen mit nachhaltig generiertem Strom als Substrate.
ist die Erforschung und Weiterentwicklung von Technologien zur stofflichen Nutzung von CO2 für eine zirkuläre, biobasierte Wirtschaft eminent wichtig. Der Einsatz von Mikroorga-
nismen als Biokatalysatoren zur Umwandlung von CO2 in langkettige, energiereiche Verbindungen gilt dabei aufgrund ihrer vielseitigen Einsetzbarkeit als eine der vielversprechendsten Technologien. Neben einer Reihe möglicher Energiequellen wie Licht oder Wasserstoff, ist seit kurzem ebenfalls bekannt, dass bestimmte Mikroorganismen in der Lage sind, Elektronen von einer Kathode als Energiequelle für die Fixierung von CO2 zu nutzen, um Biomasse aufzubauen (Abb. 1). Diese mikrobielle Elektrosynthese (MES) hat daher das Potenzial, eine nachhaltige Technologie zu werden, um zum einen CO2 als günstigen und ubiquitär anfallenden Rohstoff zu nutzen und zum anderen fluktuierend anfallende elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen zu speichern. Bisher bekannte CO2-assimilierende Biokathoden beruhen oft auf der Verwendung von mikrobiellen Konsortien, wohingegen nur eine geringe Anzahl von Reinkulturen bekannt sind. Diese fallen jedoch primär in die Gruppe der acetogenen und methanogenen Mikroorganismen – eine Organismengruppe, welche nur eine geringe metabolische Variabilität besitzt und strikt anaerobe sowie meist mesophile Organismen beinhaltet. Die meisten industriellen Emissionsquellen für CO2 sind jedoch heiße und Sauerstoff enthaltende Rauchgase, für deren direkte Nutzung sauerstofftolerante und extremophile
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