ElektroBak – Innovative Materialien und Konzepte für mikrobielle elektrochemische Systeme

Projektbearbeitung: Lennart Kleinfeldt

Mikrobielle Brennstoffzellen sind eine hoch innovative Technologie, die es ermöglicht organische Inhaltsstoffe kommunaler Abwässer direkt energetisch zu nutzen. Dabei werden elektrochemisch aktive Bakterien eingesetzt, die durch ihren speziellen elektronenfreisetzenden Stoffwechsel die Abwasseraufbereitung von einem energieverbrauchenden in einen energieerzeugenden Prozess überführen können. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bietet die gezielte mikrobielle Elektrosynthese zur biotechnologischen Erzeugung bestimmter Moleküle.
Zur Erforschung und Weiterentwicklung aller Teilaspekte von mikrobiellen elektrochemischen Systemen wurde eine vom niedersächsischen MWK finanzierte Forschergruppe initiiert. Darin kooperieren Arbeitsgruppen der TU Braunschweig, der Leibniz Universität Hannover sowie der TU Clausthal, um die Expertise der einzelnen Projektpartner bestmöglich zu nutzen.
In herkömmlichen Systemen werden die Mikroorganismen als Biofilme auf Elektroden mit unterschiedlichem dreidimensionalem Aufbau kultiviert. In diesem Teilprojekt der Forschergruppe werden partikuläre Elektrodenmaterialien entwickelt und charakterisiert um ihre Eignung zur Anwendung in unterschiedlichen Systemen (z.B. Anode und Kathode) zu beurteilen. Dazu werden in einem nichtwässrigen Sol-Gel-Prozess redoxaktive Metalloxidnanopartikel synthetisiert und anschließend mittels Sprühtrocknung oder Wirbelschichtagglomeration hierarchisch strukturiert. Die Oberflächen der erzeugten Agglomerate/Aggregate werden in einem nachfolgenden Prozessschritt mit Kohlenstoff beschichtet, um die Stabilität, die elektrische Leitfähigkeit sowie die Biokompatibilität zu optimieren/an die Bedingungen im Kulturmedium anzupassen. Im weiteren Verlauf des Projektes sollen die hergestellten granularen Elektrodenmaterialien, in Kooperation mit einem anderen Teilprojekt innerhalb der Forschergruppe, hinsichtlich ihrer Funktionsweise in einem dort entwickelten geeigneten Wirbelbettreaktor untersucht werden.

Nano_Elektrobak_Partikelschema Probe 6
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Abb. links: Schematische Darstellung eines Partikelaggregats mit einer Kohlenstoffhülle und partieller Anhaftung von Mikroorganismen
Abb. rechts: Elektronenmikroskopische Aufnahme eines sprühgetrockneten Agglomerats


AG – Mitarbeiter

Aktuelle Projekte

ElektroBak – Innovative Materialien und Konzepte für mikrobielle elektrochemische Systeme mehr

Herstellung multifunktionaler Nanokomposit-Dünnschichten unter Verwendung nanopartikulärer Bausteine mehr

Biokompatible Eisenoxid-Nanopartikel zur in-situ-Magnetseparation von Bioprodukten mehr

Kleinmolekül-Stabilisierung von Metalloxid Nanopartikeln mehr

Prozesstechnische Untersuchung der Synthese von Metalloxid-Nanopartikeln durch nichtwässrige Sol-Gel-Verfahren mehr

Prozesskette-Eigenschafts-Beziehungen einer nanopartikulären Beschichtung mehr

Abgeschlossene Projekte

Protein-Aufreinigung mit funktionalisierten magnetischen Nanopartikeln mehr

AiF – CleanCoat: Entwicklung langzeitbeständiger, transparenter, photokatalytisch aktiver Schichtsysteme auf Glas und Kunststoffen mehr

GEENI – Herstellung maßgeschneiderter nanostrukturierter Aktivmaterialien mehr