Eine bioelektrochemische Sensorplattform zur inline-Messung von Acetat im anaeroben Vergarungsprozess

摘要

Aufgrund des wachsenden Anteils fluktuierender Wind und Solarenergie ergibt sich ein erhohter Bedarf an flexibel bereitgestellter Energie im Stromnetz. Insbesondere die Biogasproduktion muss in Zukunft starker flexibilisiert werden. Dafur bedarf es einer Prozessuberwachung und -regelung mit hinreichender zeitlicher Messauflosung. Kostengunstige Sensoren zur prazisen Uberwachung des Biogasprozesses sind allerdings noch nicht verfugbar. Essigsaure als hochgradig prozessrelevante organische Saure wird derzeit mittels teuren, zeitaufwandigen Methoden wie Gas- oder Flussigchromatographie analysiert. Ausgehend von diesem Forschungsbedarf prasentieren wir eine bioelektrochemische Sensorplattform zur inline-Messung von Acetat. Der Sensor basiert auf einer mikrobiellen Anode die mit einem heterogenen, Geobacter spp. dominierten Biofilm bewachsen ist. Diese Bakterien sind in der Lage eine Anode als terminalen Elektronenakzeptor fur die Oxidation von Acetat zu nutzen. Die Menge der ubertragenen Elektronen wird als Sensorsignal erfasst. In dieser Studie werden Ergebnisse der Biofilmbildung und -evaluierung sowie dem quantitativen Nachweis von Acetat in artifiziellem Abwasser vorgestellt. Natriumacetat in Konzentrationsbereichen von 0 -15 mmol L~(-1) diente als einzige C-Quelle bzw. Analyt. Die Biofilmsignale waren gut reproduzierbar und zeigen einen Messbereich von 0.5 - 5 mmol L~(-1) Acetat, sowie eine Messauflosung zwischen 0,25 und 1 mmol L~(-1) Acetat. Fur eine praktische Anwendung im Biogasbereich ist eine Erhohung des Messbereichs auf ca. 20 mmol L~(-1) Acetat erforderlich. Dies kann unter anderem durch eine Verdunnung von Prozessflussigkeiten sowie einer optimierten Sensorarchitektur erreicht werden. In Zukunft kann ein derartiger Sensor als Teil eines Uberwachungs- und Regelungssystems von Biogasanlagen oder anderen biotechnologischen Anwendungen zum Einsatz kommen.