Co-cultivation of anaerobic methanogens with aerobic methanotrophs in a bio-electrochemical 200% cell (CoMet2)

Globale Herausforderungen wie die steigenden CO₂-Emissionen, die Endlichkeit fossiler Rohstoffe und der Übergang zu erneuerbaren Energien erfordern neue und effiziente Prozesse, um Chemikalien, z. B. für Pharmazeutika oder Biokraftstoffe, herzustellen. Eine vielversprechende Technologie zur Umwandlung von CO₂ in chemische Produkte ist die mikrobielle Elektrosynthese (MES). Das Besondere an MES ist ihre hohe Energieeffizienz von über 80 % bei der Umwandlung von Strom in Chemikalien.

Das Ziel des Projekts “CoMet2” ist die Entwicklung einer elektrobiotechnologischen 200%-Zelle (gekoppelte Bio-Elektrosynthese). Diese Zelle zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl an der Anode als auch an der Kathode wertvolle Produkte erzeugt werden. Bei herkömmlichen elektrochemischen Systemen steht entstehen meist nur an einer Elektrode ein nutzbares Produkt. Das Team aus den Bereichen Mikrobiologie, Bioinformatik und elektrochemischer Verfahrenstechnik und Bioprozesstechnik entwickelt ein integriertes Reaktionskonzept. Darin wird eine künstliche Co-Kultur von Mikroorganismen kultiviert. Diese besteht aus zwei Arten von Mikroorganismen (Methanogene und Methanotrophe), die unterschiedliche Bedingungen benötigen (anaerob und aerob). Methanogene wandeln CO₂ in Methan um. Anschließend wandeln Methanotrophe dieses Methan in wertvolle Chemikalien um. Diese Umwandlung würde eine neue Art der nachhaltigen Bioproduktion ermöglichen, die CO₂ reduziert und fossile Rohstoffe ersetzt.

Daran forschen Prof. Dr. Dirk Holtmann und Prof. Dr. Anne-Kristin Kaster vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Prof. Dr. Roland Ulber von der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU).