Raman-basierte Methoden zur Biofilm-Charakterisierung für eine effiziente Abwasserreinigung mittels Mikrobieller Brennstoffzellen

Das Projektziel ist die Charakterisierung von Biofilmen mit Raman-basierter Analytik. Diese Biofilme sind für einen effektiven, langfristigen und stabilen Betrieb bei der Abwasserreinigung in mikrobiellen Brennstoffzellen (MBZ) von großer Bedeutung. Die Konzeption eines neuen Zellen- und Anodendesigns, einschließlich der Integration eines Biofoulingsensors direkt an der Membran, schafft die Basis für die Entwicklung und Kontrolle verschiedener Biofilme. Durch die begleitende und anwendungsorientierte Raman-mikrospektroskopische und Kryo-REM-Analyse der Biofilme in Kombination mit anderen Techniken (z.B. MALDI-TOF-Biotyping) bzw. dem Einsatz von Microsensoren (pH, DO, CO2) können umfassende Informationen über die Biofilmstruktur, -funktion und -zusammensetzung gewonnen werden. So lässt sich die Leistungsfähigkeit sowohl im Labor als auch im halbtechnischen Maßstab unter Realbedingungen praxisnah überprüfen. Die Entwicklung eines langfristig stabilen und effizienten Biofilms wird den CSB-Abbau und die Leistungsdichte in MBZs deutlich steigern und so die Konkurrenzfähigkeit erhöhen. Der Einsatz des Biofoulingsensors an der Membran wird die Betriebsdauer der MBZ aufgrund gezielter Reinigungszyklen verlängern. Die Übertragbarkeit der POF-Sensortechnik und der gezielten Biofilmentwicklung/-analytik auf anderen Systemen ermöglicht einen zeitnahen industriellen Einsatz. Durch dieses Projekt wird ein alternatives, innovatives und ökonomisches Verfahren zur Abwasserreinigung geschaffen. Insbesondere für KMUs mit geringen Abwassermengen ist das System aufgrund der Vorteile bei der Reaktorauslegung interessant und kann zukünftig eine energieautarke Alternative zur Abwasserreinigung darstellen. Zudem ist die Anwendung der MBZ auch bei einzelnen Stoffströmen in produzierenden Betrieben in Erwägung zu ziehen.