ESCAPE 2.0: Establishing a scalable bioprocess reactor platform for cathodic obligate anaerobic electrobiosynthesis
ESCAPE 2.0:建立用于阴极专性厌氧电生物合成的可扩展生物工艺反应器平台
基本信息
- 批准号:445388719
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Priority Programmes
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
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- 关键词:
项目摘要
Microbial electrosynthesis (MES) allows utilizing electric power, hence electrons, as reactants for the microbial production of chemicals. With their potential for autotrophic bioprocesses, especially strict anaerobic microorganisms for cathodic MES (also known as electroautotrophs) have attracted significant research interest in the last decade. To date, the focus still is on the investigation of the microbial catalyst and possible bioproduction routes and products. However, for MES no common bioprocess infrastructure is established and a wide variety of reactors that allow no comparison is used. In most lab scale systems, physiological stressors, e.g. from oxygen evolving at the anode, lead to detrimental effects and hence a lower MES performance. Therefore, a functional and scalable bioprocess infrastructure is urgently needed for paving the way of MES to industrial implementation. Consequently, the goal of the project ESCAPE 2.0 (Establishing a scalable bioprocess reactor platform for cathodic obligate anaerobic electrobiosynthesis – project phase 2.0) is to work with the knowledge gained during the first funding phase on the physiological stress of the electroautotroph Clostridium ljungdahlii and develop a versatile and scalable electrobioreactor for high performance MES. For conducting this research, partners HKI and UFZ build on their shared excellent foundation on microbial electrochemistry and technology. Thereby, ESCAPE 2.0 is divided into two joint work packages and three individual work packages for each partner. The backbone forms the continuous mirroring of reactor-specific and reaction-specific performance parameters and indicators to allow establishing an electrobioreactor platform that provides a wide process window for MES by electroautotrophs. C. ljungdahlii – as a model acetogen and a promising anaerobic bioproduction platform – will serve as a example electroautotroph. A deep physiological stress characterization of the catalyst will be performed followed by the development of specific biosensors, as well as an expansion in C. ljungdahlii product profile via rational-designed molecular and process engineering. Components (e.g. electrode reactions) as well as architecture (e.g. chicanes or gas-recycling) of electrobioreactors will be designed and engineered in a combined modelling- and experimental-based approach. The electrobioreactors will be benchmarked using the model electroautotroph including full carbon and electron balances. Finally, ESCAPE 2.0 will lead to electrobioreactors at 1-L or even up to 3-L scale that allow the operation and deep physiological characterization of strictly anaerobic MES at different modes of operation (e.g. batch or flow-mode). The final electrobioreactors will also be tested with other electrotrophs and will be made available for other partners from the SPP consortium.
微生物电合成(MES)允许利用电力,因此电子,作为用于化学品的微生物生产的反应物。凭借其在自养生物过程中的潜力,特别是阴极MES的严格厌氧微生物(也称为电自养菌)在过去十年中引起了人们的极大研究兴趣。迄今为止,研究的重点仍然是微生物催化剂和可能的生物生产路线和产品。然而,对于MES,没有建立共同的生物过程基础设施,并且使用了各种各样的反应器,无法进行比较。在大多数实验室规模的系统中,生理应激源,例如来自阳极处释放的氧气,导致有害影响,并因此导致较低的MES性能。因此,迫切需要一个功能和可扩展的生物过程基础设施,为MES的工业实施铺平道路。 因此,项目ESCAPE 2.0(为阴极专性厌氧电生物合成建立可扩展的生物过程反应器平台-项目阶段2.0)的目标是利用第一个资助阶段获得的关于电自养型杨氏梭菌生理应激的知识,并为高性能MES开发通用和可扩展的电生物反应器。为了进行这项研究,合作伙伴HKI和UFZ在微生物电化学和技术方面建立了共同的良好基础。因此,ESCAPE 2.0分为两个联合工作包和三个单独的工作包,每个合作伙伴。主干形成反应器特异性和反应特异性性能参数和指标的连续镜像,以允许建立电生物反应器平台,其通过电自养生物为MES提供宽的工艺窗口。C. ljungdahlii -作为产乙酸菌的模型和有前途的厌氧生物生产平台-将作为电自养生物的实例。将进行催化剂的深度生理应激表征,然后开发特定的生物传感器,以及在C中的扩展。ljungdahlii产品概况通过合理设计的分子和工艺工程。电生物反应器的组件(例如电极反应)以及架构(例如芝加哥或气体回收)将采用基于建模和实验的组合方法进行设计和工程。电生物反应器将使用包括全碳和电子平衡的模型电自养生物进行基准测试。最后,ESCAPE 2.0将导致1-L甚至高达3-L规模的电生物反应器,允许在不同的操作模式(例如,分批或流动模式)下对严格厌氧MES进行操作和深度生理表征。最终的电生物反应器也将与其他电养生物一起进行测试,并将提供给SPP财团的其他合作伙伴。
项目成果
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