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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Angesichts endlicher fossiler Ressourcen werden nachwachsende Rohstoffe als Alternative für die stoffliche und energetische Nutzung in Betracht gezogen. Butanol kann als Biokraftstoff wie auch als Plattformchemikalie eingesetzt werden. Ein vielversprechender Ansatz, um die biotechnologische Aceton-Butanol-Ethanol-(ABE)-Fermentation ökonomisch betreiben zu können, beinhaltet die Verwendung von lignocellulosehaltigen Rohstoffen als Fermentationssubstrat. Aufgrund von Lösemitteltoxizität sowie niedrigen Produkttitern ist die Effizienz der fermentativen Produktion zusätzlich an ein wirksames Downstream-Processing gebunden.
In der vorliegenden Arbeit werden aus lignocelluosehaltigen Rohstoffproben hergestellte Hydrolysatmedien auf deren Eignung als Substrate während der Fermentation mit Clostridium acetobutylicum untersucht. Zusätzlich werden zwei Verfahren zur Abtrennung von Butanol aus Fermentationen eingesetzt, wobei ein Extraktionsmittel jeweils auf einen porösen Träger in Form eines Partikels oder einer Membran imprägniert wird. Die ökonomische Bewertung des Gesamtprozesses erfolgt abschließend anhand einer Stoffstromsimulation.
Aktualisiert: 2019-06-18
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