Mikrobiell katalysierte Elektrosynthese von Bernsteinsäure (eSuccinat)

Ziel ist die stoffliche Nutzung elektrischer Energie zur mikrobiellen Produktion des Kunststoffmonomers Bernsteinsäure. Hierbei wird der innovative Ansatz der mikrobiellen Elektrosynthese verfolgt. Elektrische Energie wird in den Mikroorganismus Actinobacillus succinogenes transferiert, der zugleich nachwachsende Rohstoffe zur Synthese der Katalysatoren und des Produkts nutzt. Die zusätzlichen Redoxäquivalente (NADH) durch die Aufnahme von Elektronen bewirken eine Veränderung der Stoffwechselproduktzusammensetzung in Richtung zur Bernsteinsäure. Das Konzept erlaubt die Umwandlung elektrischer Energie in komplexe Produkte unter Einsatz des selbstreplizierenden Ganzzellkatalysators unter sehr milden Reaktionsbedingungen (T < 40 °C, pH 7, wässriges Lösungsmittel). Zusätzlich sind die Anforderungen an die Elektroden und die Reinheit der flüssigen Phase bei einer mikrobiellen Elektrosynthese gering und somit der Prozess kostengünstig.

Die Technologie der mikrobiellen Elektrosynthese konnte durch die Antragssteller bereits für die Produktion von Butanol etabliert und mehrfach publiziert werden. Im angestrebten Projekt soll ein neues, wirtschaftlich relevantes Bioproduktionsverfahren etabliert und der technologische Reifegrad des Verfahrens erhöht werden. Der Transfer der Power2X-Technologie wird zunächst in kleinen Reaktionsgefäßen durchgeführt und im Anschluss auf einen technischen Bioreaktor überführt. Hierbei werden Betrachtungen zur Skalierbarkeit durchgeführt.

Kooperationspartner

Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik und Downstream Processing (Prof. Nils Tippkötter), FH Aachen

StatusLaufendes Projekt
Fördermittelgeber

BMEL/FNR

Förderzeitraum02/2023 - 01/2026
Fördernummer2221NR021B
MitarbeiterInnenJan-Niklas Hengsbach

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

Veröffentlichung

  • J. Hengsbach, M. Engel, M. Cwienczek, J. Stiefelmaier, N. Tippkötter, D. Holtmann, R. Ulber; Scalable unseparated Bioelectrochemical Reactors by using a Carbon Fiber Brush as Stirrer and Working Electrode; ChemElectroChem (2023) DOI: 10.1002/celc.202300440, im Druck 

Vorträge

  • J. Hengsbach, J. Stiefelmaier, D. Holtmann, R. Ulber; Channeling metabolism towards production of platform chemicals by microbial electro-fermentation; 14th European Congress of Chemical Engineering and 7th European Congress of Applied Biotechnology (2023); Berlin, Deutschland

Poster 

  • J. Hengsbach, J. Stiefelmaier, N. Tippkötter, R. Ulber; Electrification of Actinobacillus succinogenes fermentations for increased succinic acid production; Himmelfahrtstagung on Bioprocess Engineering 2024 - Novel Strategies and Technologies for Sustainable Bioprocesses and Bioproducts (2024); Regensburg, Deutschland
  • J. Hengsbach, J. Stiefelmaier, D. Holtmann, R. Ulber; Electrification of fermentation with whole-cell catalysts for production of platform chemicals; Electromicrobiology (2023); Aarhus, Dänemark