H2.AT Extremophile mikrobielle Zellfabriken zur hocheffizienten Produktion von Biowasserstoff

Wasserstoff (H2) stellt einen wichtigen erneuerbaren Energieträger der Zukunft dar und kann u.a. biologisch durch anaerobe Fermentation hergestellt werden. Zurzeit sind allerdings die dabei erzielten Umsatzraten und Ausbeuten unbefriedigend. Für eine energieeffiziente, umweltschonende Form der Bio-H2 Produktion im industriellen Maßstab ist es notwendig, neue H2-Produktionstechnologien zu entwickeln. Extremophile Mikroorganismen bieten neuartige Optionen zur erheblichen Verbesserung der biogenen H2 Produktion. Durch ihre außergewöhnlichen Stoffwechselwege eignen sich Extremophile hervorragend für neuartige biotechnologische Anwendungen. Extremophile (z.B. Thermophile) finden sich v.a. in der Gruppe der Archaea, welche neben den Bakterien und Eukaryoten eine eigene, dritte Domäne des Lebens bilden. Gegenstand des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen Fermentationsprozesses zur H2 Produktion mittels thermophilen Extremophilen – insbesondere Archaea. Im ersten Schritt erfolgt der Aufschluss von organischem Substrat durch Stämme, deren H2-Produktion endproduktinhibiert wird. Neben H2 wird dabei CO2 und Acetat gebildet. In einem zweiten Schritt wird das zuvor gebildete Acetat durch syntrophe Mikroorganismen für die H2 Produktion genutzt. Im Projekt H2.AT werden die geeignetsten Extremophilen ausgewählt, zu einen effektiven mikrobiellen Konsortium zusammengestellt und in Form eines strukturierten Biofilms immobilisiert („microbial consortia engineering“). Zur Unterstützung der Biowasserstoffproduktion wird der strukturierte Biofilm mit innovativen Verfahren zur H2-Enfernung gekoppelt, um hohe H2-Produktionsraten und Ausbeuten erzielen zu können. Diese „assisted H2 production“ Verfahren umfassen „hydrogen milking“ mit Membrankontaktoren, elektrochemische Unterstützung der H2 Produktion, und/oder die Anwendung von nanostrukturierten Materialien zur gezielten Adsorption von H2. Die Kombination aus innovativen Verfahren zur H2-Entfernung mit dem mikrobiellen Konsortium des strukturierten Biofilms soll eine maßgeschneiderte und effiziente H2-Produktion ermöglichen. Das Endziel des Projektes H2.AT ist eine komplette biologische Konversion des eingesetzten organischen Materials in H2.