Optimization of chain elongation and butanol production : using syngas- and electrofermentation techniques

Abstract

Die Erforschung nachwachsender Rohstoffe ist nach wie vor ein aktuelles Thema. Eine dieser erneuerbaren Ressourcen ist die Energieerzeugung aus Biomasse, z. B. durch Ethanol. Angesichts der dringenden Notwendigkeit, die CO2-Emissionen zu verringern, befasst sich diese Studie mit dem vielversprechenden Weg, abgeschiedenes Kohlenstoffdioxid für die Biokraftstoffproduktion zu nutzen, wobei der Schwerpunkt auf der Butanolproduktion und der Kettenverlängerung durch Elektrofermentations- und Syngasfermentationsverfahren liegt. Die Elektrofermentation, ein aufstrebender Bereich in der Biotechnologie, integriert Syngas-Fermentationsprozesse mit der Elektrochemie und bietet einen nachhaltigen Ansatz mit erheblichen Vorteilen für die Umwelt.Trotz der Fortschritte bei der Kettenverlängerung steht die Alkoholproduktion in diesem Zusammenhang vor anhaltenden Herausforderungen. Diese Masterarbeit widmet sich der Optimierung der Kettenverlängerung und der Steigerung der Alkoholproduktion in Rieselbettreaktoren unter Verwendung von Syngas- und Elektrofermentationsverfahren mit anaeroben Bakterien. Ein wesentlicher Aspekt der Forschung betrifft die komplizierten Wechselwirkungen zwischen elektroaktiven Bakterien und bioelektrochemischen Systemen, die noch nicht vollständig verstanden sind und weiter untersucht werden müssen. Gleichzeitig wird in der Studie der Einfluss verschiedener Parameter wie Spurenelemente, pHWert und Salze auf die Produktivität untersucht, um deren Auswirkungen auf die Optimierung des Rieselbettreaktors zu ermitteln. Durch die Untersuchung dieser Schlüsselaspekte trägt diese Forschung zur Förderung der nachhaltigen Biokraftstoffproduktion bei und steht im Einklang mit dem allgemeinen Ziel, erneuerbare Ressourcen für eine umweltbewusstere Energielandschaft nutzbar zu machen.

Research into renewable resources continues to be an actual topic. One of these renewable resources is energy production from biomass, e.g. through ethanol. Given the urgent need to reduce CO2 emissions, this study looks at the promising route of utilizing carbon dioxide for biofuel production, focusing on butanol production and chain elongation through electrofermentation and syngas fermentation techniques. Electrofermentation, an emerging field in biotechnology, integrates syngas fermentation processes with electrochemistry, offering a sustainable approach with substantial environmental benefits.In spite of progress of chain extension, alcohol production in this context faces persistent challenges. This master thesis is dedicated to optimizing chain extension and increasing alcohol production in trickle bed reactors using syngas and electrofermentation techniques with anaerobic bacteria. A crucial aspect of the research involves the intricate interactions between electroactive bacteria and bioelectrochemical systems, which are still not fully understood and need further investigation.Simultaneously, the study explores the influence of various parameters such as trace elements, pH, and salts on productivity, aiming to investigate their impact on trickle bed reactor optimization. By addressing these key aspects, this research contributes to the advancement of sustainable biofuel production, aligning with the broader goal of using renewable resources for a more environmentally conscious energy landscape.The utilization of electro-fermentation in trickle bed reactors emerges as a promising avenue for increasing productivity. The integration of electrochemical processes into reactor design presents unique advantages, further exploration is needed to fully understand the implications and potential benefits of this approach in the context of alcohol production.Moreover, experiments with salt supplementation, particularly potassium chloride (KCl), exhibited a positive effect on alcohol production, underscoring the potential role of salts in enhancing reactor conditions for improved alcohol synthesis.