Elektrofermentation mit Clostridium acetobutylicum

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Biobutanol, hergestellt durch Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation, gilt als nachhaltige Alternative zu Benzin. Diese Arbeit untersucht die Möglichkeit, die Butanolproduktion durch Anlegen eines elektrischen Potentials während der Kultivierung zu steigern. Es wird gezeigt, dass durch ein Potenzial von −600 mV versus Ag/AgCl ohne exogene Mediatoren die Butanolkonzentration um bis zu 78 % im Vergleich zu Kontrollkultivierungen in einem H-Zellen-Reaktorsystem erhöht werden kann. Die Elektrofermentation kann in konventionellen Bioreaktoren durch Integration von Graphitstabelektroden sowie in einem innovativen Reaktorsystem mit rotierender Bürstenelektrode erfolgreich durchgeführt werden. Der größte Anstieg der Butanolausbeute, um 37 % auf 0,195 g∙g−1, wird im konventionellen Bioreaktor erzielt. Bei Anlegen des elektrischen Potentials wird eine erhöhte Sekretion von Flavinadenindinukleotid beobachtet, das vermutlich als endogener Mediator fungiert. Zudem werden Hinweise auf Flagellen und andere leitfähige Zellappendizes gefunden. Die in dieser Arbeit dargestellte Steigerung der Butanolbildung durch elektrochemischen Energieeintrag in gerührte Tankreaktoren eröffnet Perspektiven für eine industrielle Implementierung des Prozesses ohne die Notwendigkeit spezieller bioelektrochemischer Reaktoren.