Hintergrund: Die Elektrobiotechnologie kombiniert die Nutzung erneuerbarer elektrischer Energien und biobasierter Ressourcen sowie CO2 für die nachhaltige Synthese von Chemikalien und Kraftstoffen („Power-to-Chemicals“). Vorteile des Verfahrens gegenüber klassischen (elektrochemischen) Synthesen sind potentiell höhere Selektivitäten und Ausbeuten. Herausforderung: Bisherige Reaktorsysteme für bioelektrochemische Synthesen sind Eigenbauten in kleinem Maßstab mit kaum vorhandener Prozesssteuerung, sodass Synthesen nicht untereinander vergleichbar sind und eine systematische Prozessentwicklung hin zu wirtschaftlich relevanten Synthesen nicht möglich ist. Um die Lücke zwischen Forschung und Anwendung zu schließen, ist eine Standardisierung von mikrobiellen Elektrosynthesen sowie deren Vergleichbarkeit mit konventionellen Biosynthesen unabdingbar. Innovation: Das Aufrüstset erweitert konventionelle Bioreaktoren zur Nutzung für die mikrobielle Elektrosynthese. Dazu wird eine offene Reaktionskammer mit einer ionenselektiven Membran in den Bioreaktor gebracht und am Reaktordeckel befestigt. Neben den üblichen Anschlüssen für Rührer, Messsonden, Be-und Entgasung usw. enthält der Deckel zusätzliche Öffnungen für Elektroden, die jeweils in die innere bzw. äußere Reaktionskammer ragen und das System für die Bioelektrosynthese ertüchtigen. Das Aufrüstset bietet zudem eine Grundlage für die Entwicklung eines standardisierten Elektrobioreaktors bis in den industriellen Maßstab. IP-Status: 1) EP14806616 (DE, NL, BE, CH), US15/100,961 (erteilt) 2) EP3740557A1 (2018 angemeldet) Referenzen: Integrating Electrochemistry Into Bioreactors: Effect of the Upgrade Kit on Mass Transfer, Mixing Time and Sterilizability, 2019, Front. Energy Res. 7:98. Paving the way for bioelectrotechnology: Integrating electro chemistry into bioreactors, Eng. Life Sci. 2017, 17, 77–85

Hohes energetisches Potenzial im Abwasser • Aktuell ist die Abwasserreinigung in Industrieländern ein energieintensiver Prozess, Schätzungsweise werden in Deutschland 20% des kommunalen Stromverbrauchs für die Abwassereinigung verwendet (K. Fricke, Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, 2009) • Gleichzeitig hat Abwasser einen erheblichen Energiegehalt • Beispielsrechnung: Kläranlage Größe 4, 55000 EW (2,5 Mio m3 Abwasser jährlich), nutzt man allein Haushaltsabwasser wären 450 MWh pro Jahr möglich (bei nur 10% Wirkungsgrad) Der UFZ-Ansatz: Bioelektrochemie