Biobutanol, das über den Prozess der Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation hergestellt werden kann, wird als nachhaltige Alternative zu Benzin angesehen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung einer möglichen Steigerung der Butanolproduktion durch das Anlegen eines elektrischen Potentials während der Kultivierung. Dabei wird gezeigt, dass durch Anlegen von −600 mV versus Ag/AgCl ohne den Einsatz exogener Mediatoren die Butanolkonzentration um bis zu 78 % gegenüber Kontrollkultivierungen in einem H-Zellen-Reaktorsystem gesteigert werden kann. Des Weiteren kann die Elektrofermentation sowohl in konventionellen Bioreaktoren durch Integration von Graphitstabelektroden als auch in einem innovativen Reaktorsystem, das eine rotierende Bürstenelektrode als Rührer einsetzt, erfolgreich durchgeführt werden. Der höchste Anstieg der Butanolausbeute zwischen Kontrollen und Elektrofermentation um 37 % auf 0,195 g∙g−1 wird im konventionellen Bioreaktor erreicht. Beim Anlegen des elektrischen Potentials kann eine erhöhte Sekretion von Flavinadenindinukleotid, das vermutlich als endogener Mediator wirkt, beobachtet werden. Zusätzlich werden Hinweise auf die Präsenz von Flagellen und anderen leitfähigen Zellappendizes gefunden. Die in dieser Arbeit dargelegte Steigerung der Butanolbildung durch den elektrochemischen Energieeintrag in gerührte Tankreaktoren eröffnet die Perspektive einer industriellen Implementierung des Prozesses ohne Neuentwicklung spezieller bioelektrochemischer Reaktoren.
Aktualisiert: 2021-04-20
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Eine Herausforderung, der sich die chemische Industrie heutzutage zu stellen hat, ist die Umstellung auf alternative, nachhaltige Rohstoffe wie z.B. Biomasse. In dieser Arbeit wird die biotechnologische Nutzbarkeit pflanzlicher Biomasse anhand der Beispiele Buchenholzfaserstoff und Rohglycerin untersucht. Buchenholzfaserstoff repräsentiert hierbei die Stoffklasse der Lignocellulosen, zu deren Nutzung eine Vorbehandlung des Rohstoffes sowie dessen anschließende Depolymerisierung zu fermentierbaren Zuckern erforderlich sind. Exemplarisch wird die fermentative Umsetzung von Buchenholzcellulose zu Aceton, Butanol und Ethanol durch Clostridium acetobutylicum betrachtet. Hierbei werden unter anderem die simultane Verzuckerung und Fermentation des Rohstoffes, sowie eine integrierte Abtrennung der gebildeten Lösungsmittel durch Perstraktion untersucht. Ein weiterer nachwachsender Rohstoff mit großem Potential zur stofflichen Nutzung ist Rohglycerin. Es fällt bei der Herstellung von Biodiesel an und bietet sich als günstiges Fermentationssubstrat für die Herstellung von Basischemikalien an. Bezüglich der Nutzung von Rohglycerin werden drei Aspekte eingehend betrachtet: die Detoxifizierung mit Hilfe von Hydrotalcit, die Fermentation zu 1,3-Propandiol durch Clostridium diolis und die Adsorption des Produktes mit Hilfe von Zeolithen.
Aktualisiert: 2022-12-21
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