Mikrobielle Bioelektrokatalyse und Bioelektrotechnologie

AG-Impressionen
(c) A. Künzelmann/ UFZ

Wissenschaftler/-innen

Dr. Christin Koch
Dr. Luis F.M. Rosa
Dr. Claus Härtig (zusammen mit der AG Mikrobielle Physiologie)
Tatiane R. dos Santos Dantas
Tobias Hübner (BioFAVOR)

Doktoranden/-innen

Carla Gimkiewicz
Benjamin Korth
Carolin Urban
Richard Hegner
Julia Cordes (zusammen mit AG Flow-Cytometrie )
Jenny Tschörtner (zusammen mit Department SOMA )
Jörg Kretzschmar (assoziert, DBFZ)

Techniker/-innen

Anne Kuchenbuch (zzgl. Assistenz im BMBF-Projekt ElektroPapier)
Desiree Schmidt

Cornelia Dilßner
Angelika Wichmann
(alle beiden zusammen mit der AG Mikrobielle Physiologie)

Studenten/-innen

Serena Simonetti (Gaststudentin Univ. Rom)


Im stillen Gedenken

an unsere Kollegin
Monika Neytschev † 26.07.2016



Group picture 06 2016
(c) T. Berthold

Teil einer dynamischen internationalen Gemeinschaft


Gruppenhistorie 

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Alumni 

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Forschungsthemen

Wir sind auf folgenden Gebieten aktiv:

  • Entwicklung neuer bioelektrotechnologischer Prozesse
  • Elektrochemische Fermentationssteuerung
  • Mikrobielle Ökologie elektrochemisch aktiver mikrobieller Kulturen
  • Entwicklung neuer Methoden & Protokolle
  • Originelle ad hoc Projekte (mit Bezug zu Elektrochemie und/ oder Mikrobiologie)

Mehr Informationen in unseren Projekten und Publikationen.


Abschlußarbeiten

Wir bieten folgende Themen für B.Sc./ M.Sc.-Arbeiten an:

Elektrochemische und physiologische Echtzeitcharakterisierung von elektroaktiven Mikroorganismen auf Einzelzellebene
In diesem Forschungsprojekt werden anaerobe Mikroorganismen kultiviert und anschließend mit einem bereits etablierten mikroskopischen Aufbau analysiert. Dabei wird die bakterielle Physiologie, Biofilmbildung und Einzelzellaktivität untersucht.

Anreicherung, Isolierung und Charakterisierung von neuen elektroaktiven Mikroorganismen aus Umweltproben
Elektroaktive Mikroorganismen können in vielen verschiedenen Lebensräumen gefunden werden und bis jetzt hat sich noch keine ökologische Nische herauskristallisiert. Deshalb soll in dieser Arbeit eine “Screening-Plattform” für elektroaktive Mikroorganismen entwickelt werden. Anschließend soll diese für Reinkulturen und Umweltproben genutzt werden, um neue elektroaktive Mikroorganismen anzureichern, zu isolieren und zu charakterisieren.

Einschätzung der möglichen Nutzung von Mikroorganismen für Bioelektrosynthesen, basierend auf Genomeigenschaften
In dieser Arbeit sollen Mikroorganismen bzw. Ihre Stoffwechselwege mit Hilfe von theoretischen Betrachtungen (Bioinformatik, Datenbanken, usw.) identifiziert werden, die sich möglicherweise für eine Anwendung in bioelektrochemischen Systemen eignen.

Grundlagenforschung über die elektrochemische CO2-Reduktion für die in situ-Substratbereitstellung in sekundären mikrobiellen elektrochemischen Technologien

In dieser Studie werden verschiedene Elektrodenträgermaterialen aus Metall und Elektrodengeometrien (z. B. 3D-Elektroden) systematisch untersucht. Dazu wird mit ihnen elektrochemisch CO2 zu C1-Verbindungen reduziert und es werden charakteristische Prozessparameter bestimmt.

Anaerobe Mischkultur-basierte Produktion von Plattformchemikalien – Untersuchung zu Karbonsäuren-Trennungsverfahren
In diesem Projekt werden anaerobe Mischkulturen kultiviert, um gezielt Karbonsäuren herzustellen. Anschließend werden diese Karbonsäuren mit Hilfe eines flüssig-flüssig Trennverfahrens von der Fermentationsbrühe extrahiert. Dabei wird die anaerobe Mischkultur hinsichtlich Extraktionsmittel-, pH-, Scherkräfte- und Sauerstofftoleranz untersucht.

Ökonomische Machbarkeitsstudie zu mikrobiellen elektrochemischen Technologien am Beispiel von erneuerbaren Dieselkraftstoff-Additiven
Wie wahrscheinlich ist die Einführung von mikrobiellen Bioraffinerien (Umwandlung von nachwachsender Biomasse in Kraftstoff-ähnliche Karbonsäure-Mischungen) in das derzeitige Wirtschaftssystem. Um diese Fragestellung zu beantworten, sollen Marktpreise von Dieselkraftstoff-Additiven (und von Vorstufen) identifiziert werden. Zusätzlich sollen derzeitige Technologien für die Herstellung von Kraftstoffen dem neuartigen elektrochemischen Ansatz gegenübergestellt werden, um deren Konkurrenzfähigkeit zu ermitteln.

Polarographie – eine universelle Messmethode, um die Bioverfügbarkeit von Spurenelementen in mikrobiellen Kulturen zu bestimmen

Die Methode Polarografie (Voltammetrie an einer Quecksilberelektrode) ist sehr gut geeignet, um Seltene-Erden-Metalle und Spurenelemente in mikrobiellen Kulturen zu quantifizieren.

Aktivitätsuntersuchungen von metallreduzierenden Bakterien
Metallreduzierende Bakterien können mit ihrer Fähigkeit extrazellulärer Elektronentransfer (EET) metabolisch generierte Elektronen an feste Elektronenakzetoren in ihrer Umwelt abgeben. Um die Thermodynamik hinter solchen Prozessen aufzuklären, sollen Rein- und Mischkulturen anaerob kultiviert und anschließend in einem Kalorimeter untersucht werden. 



Publikationen

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Abschlussarbeiten

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Förderung

Der Aufbau der Arbeitsgruppe wird durch die die Unterstützung folgender Förderer ermöglicht:

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) - Forschungspreis Biotechnologie 2020+
    Förderzeitraum: 11/2012 - 01/2018
  • Helmholtzgemeinschaft deutscher Forschungszentren und UFZ - Helmholtznachwuchsgruppe
    Förderzeitraum: 11/2012 - 10/2017

Weitere aktuelle Drittmittelprojekte

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    BioFAVOR: Entwicklung einer mobilen Anlage zur Erzeugung von Biokohle aus Fäkalschlamm
    PIs: T. Hübner & F. Harnisch (Host)
    Förderzeitraum: 09/2016 - 05/2017
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    ElektroPapier - Entwicklung papierbasierter Elektroden für die mikrobielle elektrochemische Abwasserreinigung
    Arbeitspaket 5: Mikrobielle Analytik
    PIs: F. Harnisch & S. Müller
    Partner: EnviroChemie (Koordinator), FuMATech GmbH, Koehler Greiz GmbH & Co KG, Graphit Kropfmühl GmbH, Papiertechnische Stiftung, TU Braunschweig (IÖNC und ISWW),
    Förderzeitraum: 05/2016 - 04/2019
  • Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
    Mikrobielle Bioelektrotechnologie: Eine Plattforminitiative für Deutschland
    PIs: F. Harnisch, M. A.-Rosenbaum (RWTH Aachen), U. Schröder (TU Braunschweig)
    Förderzeitraum: 10/2013 - 12/2016
    Link zum Projekt



Abgeschlossene Drittmittelprojekte

  • Helmholtzgemeinschaft deutscher Forschungszentren und UFZ - Helmholtz-PostDoc-Fellowship
    Entwicklung einer Platform zur Visualisierung elektroaktiver Biofilme
    Fellow: G. Schkolnik
    Gastgeber: F. Harnisch und N. Musat
    Förderzeitraum: 10/2014 - 06/2016
  • Electrochemical Society (ECS)
    A Fully Cardboard Based Microbial Fuel Cell
    PI: F. Harnisch
    Partner: DBFZ, TU Braunschweig
    Förderzeitraum: 07/2015 - 01/2016
    Link zum Projekt (extern)