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Dark fermentative biohydrogen production in artificial co-culture
Elisa Zech
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Microbiology, Microbial Ecology and Immunobiology
Betreuer*in
Simon Karl-Maria Rasso Rittmann
DOI
10.25365/thesis.71113
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30109.01808.833334-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Molekularer Wasserstoff (H2) bietet eine vielversprechende und umweltfreundliche Alternative zur Energiegewinnung durch fossile Brennstoffe. Die Produktion durch mikrobielle Aktivität hat den Vorteil, energieeffizienter zu sein als herkömmliche Herstellungsprozesse. Ein großer Nachteil ist jedoch der geringe Ertrag an H2 pro Substrat, der den metabolischen Limitationen der Mikroorganismen zugrunde liegt.
Eine vielversprechende Lösung für dieses Problem ist die Anwendung von Co-Kulturen, also die Kombination verschiedener Mikroorganismen. Symbiotische Interaktionen zwischen den mikrobiellen Partnern können zu einer größeren Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen und -störungen beitragen. Noch dazu können sie sich gegenseitig metabolisch ergänzen, Stoffwechselwege in Richtung Wasserstoffproduktion lenken und die Produktionseffizienz somit erhöhen. Mithilfe eingehender Metadatenanalyse, Statistik und Modellierung gelang es Stämme auszuwählen, diese in ein künstliches mikrobielles Konsortium zu vereinen, und dadurch den theoretisch maximalen Ertrag an 4 mol H2 mol-1 Glucose, um 1.58 mol H2 mol-1 Glucose zu übertreffen.
Das Ziel dieser Arbeit ist der Versuch diese hocheffiziente Co-Kultur der Organismen Enterobacter aerogenes und Clostridium acetobutylicum zu erweitern und in größeren Volumen zu implementieren. Tatsächlich gelang es, einen hohen Wasserstoff Ertrag in Bioreaktoren zu erzielen, der sogar den Ertrag der künstlichen Ko-Kultur übertrifft, die in Serumflaschen gezogen wurden. Es wurden 6.16 und 4.45 mol H2 mol-1 Glucose durch die Ko-Kulturen in jeweils einem pH-kontrollierten und einem pH-unkontrolliertem Reaktor produziert. Im Vergleich zur Kultivierung von Mikroben im geschlossenen Satzverfahren in Serumfläschchen gibt es jedoch viele zusätzliche Faktoren und Parameter zu beachten, wenn eine Maßstabsübertragung in den Bioreaktor erfolgt. Die höhere Komplexität der Fahrweise von Bioreaktoren benötigt Feinjustierung und eine genaue Kenntnis der Bedürfnisse der verwendeten Organismen, da selbst kleinste Änderungen die Leistung des Systems beeinträchtigen können. Dennoch wurde durch die Maßstabsübertragung der Wasserstoffproduktion in das Satzverfahren gezeigt, dass die Anwendung künstlicher mikrobieller Ko-Kulturen für biotechnologische Prozesse viele Vorteile und attraktive Möglichkeiten für eine nachhaltige zukünftige Energieproduktion besitzt.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Dunkel-fermentative Biowasserstoffproduktion Upscaling künstliche mikrobielle Co-Kulturen Fermentation in Bioreaktoren
Autor*innen
Elisa Zech
Haupttitel (Englisch)
Dark fermentative biohydrogen production in artificial co-culture
Paralleltitel (Deutsch)
Dunkel-fermentative Biowasserstoffproduktion in künstlicher Co-Kultur
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
76 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Simon Karl-Maria Rasso Rittmann
AC Nummer
AC16537771
Utheses ID
62111
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |