Biogene Wasserstofferzeugung durch Immobilisierung von Mikroorganismen in keramischer Matrix

Fur eine effektive Nutzung stoffwechselphysiologischer Eigenschaften von Mikroorganismen ist ihre Immobilisierung haufig von entscheidender Bedeutung. Die Entwicklung neuer, angepasster Immobilisierungssysteme aus bioorganisch-keramischen Hybridmaterialien (Biocere) stellt hier die Basis fur eine kontinuierliche Wasserstofferzeugung dar. Neben einer Immobilisierung in keramischer Matrix durch Gefriergelieren wurden Keramikschaume als Immobilisierungstrager eingesetzt. Das Gefriergelierverfahren erlaubt die Herstellung dimensionsstabiler Materialien variabler Zusammensetzung und steuerbarer Porositat bei gleichzeitiger Immobilisierung der Mikroorganismen in der entstehenden anorganischen Matrix. Durch gerichtetes Eiskristallwachstum wird eine kanalartige Struktur im Biocer gebildet. Die Verfestigung dieser attraktiven Porenstruktur durch den gefrierinduzierten Sol-Gel-Ubergang, die biokompatiblen Herstellbedingungen, die chemische Bestandigkeit und die Moglichkeit des Trocknens stellen die Ausgangsbedingungen fur einen entscheidenden technischen Fortschritt dar. Die erzeugten Kanalstrukturen ermoglichen im Betrieb eine kontinuierliche Abfuhr des in der Struktur erzeugten Gases. Wahrend freie Zellen nach erneuter Nahrstoffzugabe deutlich weniger Wasserstoff erzeugen, zeigen die immobilisierten immer wieder gleich hohe Werte. Die gewunschte Stabilisierung des Stoffwechsels der Zellen wird erreicht. Batch-Versuche zeigen, dass stark wechselnde Nahrstoffkonzentrationen sowie Nahrstoffmangel wahrend des Betriebs tolerabel sind. Durch Einleitung von Sporenbildung im Biocer lasst sich der Betrieb des Reaktors beenden. Die getesteten Biocere konnten nach einer Lagerung von einem Monat problemlos erneut aktiviert werden, bei gleich bleibender Aktivitat. Damit ist eine elementare Voraussetzung fur den realen technischen Betrieb gegeben: Abschaltbarkeit, Reaktivierbarkeit, beliebige Lagerfahigkeit.