Mikrobiologie anaerober Systeme

Forschungsthemen

Zu den anaeroben Mikroorganismen gehören die ältesten Lebensformen und die vielfältigsten Stoffwechseltypen, die jemals in der Evolution entstanden sind, beispielsweise die verschiedenen respirativen und fermentativen Formen der Energiekonservierung, Mechanismen der Kohlenstofffixierung oder die syntrophen Abbauwege, die Leben am Rande des thermodynamischen Limits ermöglichen. Anaerobe mikrobielle Konsortien sind essentiell für globale Stoffkreisläufe, den Abbau von Schadstoffen in anoxischen Umweltsystemen und für viele biotechnologische Prozesse wie die Abwasserbehandlung und die Vergärung von Biomasse und organischen Abfällen zu Biogas und anderen biobasierten Produkten.

Die AG Mikrobiologie Anaerober Systeme (MicAS) erforscht die Ökologie und Physiologie anaerober mikrobieller Gemeinschaften in natürlichen und technischen Ökosystemen mit dem Ziel, die Stoffwechselaktivitäten anaerober Mikroorganismen für biotechnologische Anwendungen zu nutzen sowie die ökophysiologische Funktion von bisher nicht kultivierten Organismen und ihre Bedeutung für mikrobielle Ökosystemdienstleistungen aufzuklären.

In technischen Systemen wie anaeroben Bioreaktoren entwickeln wir mikrobiologische Strategien zur Prozessoptimierung. Ziele sind i) mikrobielle Parameter zur Prozesssteuerung zu identifizieren und ii) neue Stoffströme und mikrobielle Ressourcen für die Produktion von Wertstoffen und Energieträgern aus erneuerbaren Ressourcen zu erschließen.

In Umweltsystemen untersuchen wir die Rolle anaerober Mikroorganismen in biogeochemischen Kreisläufen und beim Abbau organischer Schadstoffe.

Forschungsthemen im Einzelnen:

• Anaerobe Konversion lignocellulosereicher und stickstoffreicher Abfall- und Reststoffe
• Bioaugmentation von anaeroben Bioreaktoren
• Biologische Methanisierung von Wasserstoff aus Überschussstrom (Power-to-Gas)
• Gärungsprozesse zur stofflichen Nutzung von Biomasse und organischen Reststoffen (Carboxylat-Plattform, Syngas-Plattform)
• Kohlenstoffflüsse und syntrophe Interaktionen in anaeroben Konsortien
• Metagenombasierte Analyse metabolischer Netzwerke in anaeroben Konsortien
• Mikrobielle Ökologie BTEX-kontaminierter Grundwasserleiter
• Prozessüberwachung anhand der Biogas-Isotopensignatur
• Spurenelemente im Biogasprozess

Leiterin

Dr. Sabine Kleinsteuber

Laufende Projekte

Helmholtz-Forschungsprogramm Erneuerbare Energien: Nachhaltige Biotechnologie und Bioökonomie (SusBioTech)

Helmholtz-Forschungsprogramm Terrestrische Umwelt: Umweltverhalten von Chemikalien

ERANet Verbundprojekt: Verwertung landwirtschaftlicher Rückstände durch anaerobe Vergärung - von Biogas bis zu Carboxylaten. Teilvorhaben: Identifizierung geeigneter Biomasse-Typen in Europa und Entwicklung eines kontinuierlichen Fermentationsprozesses zur Säureproduktion (carboxAiD), BMBF FKZ 01DN19018

Abgeschlossene Projekte

INNO INDIGO IPP3 S&T Biobased Energy: Entwicklung effizienter Biomasse-Konversionspfade für die Produktion und Verwertung von Biokraftstoffen (CONVER-B), BMBF FKZ 01DQ17016

IBÖM02: Biobasierte Capron- und Caprylsäure – Herstellung, Aufreinigung, Vermarktungsstrategie (CapAcidy), BMBF FKZ 031B0389B

Verbundvorhaben: Überwachung von Biogasanlagen mittels der Analyse von Verhältnissen stabiler Isotope (ISOTOP-BIOGAS), FNR FKZ 22013013

Nachhaltige Bioökonomie in Brasilien: Biogas aus Zuckerrohr-Abfällen in der brasilianischen Bioethanol-Industrie (iNoPa-Projekt)

Verbundvorhaben: Spurenelemente durch Energiepflanzen - Stoffströme und Handlungsempfehlungen für eine optimierte Prozessbiologie in Biogasanlagen (NiCo), FNR FKZ 22019214

Externe Kooperationspartner

Deutsches BiomasseForschungsZentrum gGmbH (DBFZ) / Bereich Biochemische Konversion / Bereich Bioraffinerien

Isodetect

Fachhochschule Nordhausen / Fachbereich Ingenieurwissenschaften

Universität Leipzig / Institut für Organische Chemie

Georg-August-Universität Göttingen, Geowissenschaftliches Zentrum, Abteilung Sedimentologie und Umweltgeologie

FG Stoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft, Institut IWAR der TU Darmstadt

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) / Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) / Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik 2 - Technische Biologie

Universität Konstanz, Fachbereich Biologie

Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie

University of Eastern Finnland, School of Forest Sciences

Jadavpur University, Chemical Engineering Department

Dept. Mikrobiologie, Eötvös-Loránd-Universität Budapest

Inter Baltic Biogas Arena (IBBA)

SLU Biogas Center

Microbial Physiology Group, Wageningen University

Department of Engineering, Aarhus University

Microbial Ecology Group, Istanbul Technical University/Environmental Engineering Depart., Bogazici University/Inst. Environmental Sciences

Landmark University, Dept. Biological Sciences

ESPOL Polytechnic University, Environmental and Chemical Sciences Dept.

Federal Institute of Goiás, Dept. Chemistry and Sustainable Process Technologies