Entwicklung eines Bioreaktors zur stofflichen Verwertung von Biogas

Das Ziel des Projektes ist es, Methan als alternative Kohlenstoffquelle zur Erzeugung industrieller und pharmazeutischer Wertprodukte mit Hilfe aerober, methanotropher Mikroorganismen zu nutzen.

Vergleicht man die Weltmarktpreise von (Haushalts-)Zucker und Erdgas aus dem Jahr 2010, so ergibt sich ein Preis für Kohlenstoff aus Zucker von 0,72 Euro pro Kilogramm und für Kohlenstoff aus Erdgas (Methan) von 0,19 Euro pro Kilogramm. Dies macht Methan, beispielsweise aus Biogasanlagen, zur Nutzung als alternative Kohlenstoff-Quelle für die Herstellung von industriellen und pharmazeutischen Wertprodukten interessant. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der vorhandenen Transportmöglichkeit über das Erdgasnetz.

Bei der stofflichen Nutzung von Methan in Kombination mit Sauerstoff stellt jedoch die Bildung zündfähiger Gasgemische und die Substratlimitierung, bedingt durch die schlechte Wasserlöslichkeit des Methans, eine besondere Herausforderung an den Fermentationsprozess dar. Die Entwicklung eines speziellen Membranreaktorkonzepts mit blasenfreier Begasung soll eine effektive stoffliche Verwertung des Methans durch aerobe, methanotrophe Mikroorganismen mit Hilfe geeigneter Membranen ermöglichen.

Im Laufe des Projektes werden ausgewählte Membranen auf ihre Anwendbarkeit geprüft. Als Untersuchungsparameter stehen die Temperatur und die Löslichkeit der Gase bei unterschiedlichem Druck im Vordergrund. Die Gase werden dabei mittels Echtzeit-Massenspektrometrie erfasst. Die gewonnenen Daten fließen in die computergestützte Simulation zur Optimierung der Bauform des Membranreaktors ein.

In einem weiteren Arbeitspaket wird ein Screening von aeroben, methanotrophen Mikroorganismen durchgeführt, um optimale Stämme für die stoffliche Verwertung von Methan zu finden. In diesem Zusammenhang wird der Fokus auf das Schlüsselenzym Methanmonoxygenase gelegt.