ECOMO – Elektrobiokatalytische Kaskade zur Reduktion von CO₂ zu CO gekoppelt mit der fermentativen Produktion hochwertiger Diamin-Monomere

ECOMO vereint Bioelektrokatalyse, biohybride Materialwissenschaften, organische Synthese, technische Mikrobiologie und Verfahrenstechnik für die CO‑Gas-Fermentation zu Acetat und die anschließende fermentative Herstellung von Diaminen.

Der Zugang zu Plattformchemikalien aus CO₂- und Stickstoffquellen als Ausgangsstoffe über nachhaltige Prozesse erfordert radikale Innovationen. Angetrieben durch den globalen Bedarf bestehender und wachsender Märkte, werden kombinierte Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien und des Treibhausgases CO₂, sowie die Nutzung natürlicher Katalysatoren wie Enzyme und mikrobielle Zellen durch Biotransformationsschritte voraussichtlich eine bahnbrechende Wirkung haben. Solche Katalysatoren können durch umwelt- und energiefreundliche Prozesse bei Umgebungsbedingungen mit hoher Atomeffizienz arbeiten.

In diesem Zusammenhang vereint ECOMO Bioelektrokatalyse, biohybride Materialwissenschaften, organische Synthese, technische Mikrobiologie und Verfahrenstechnik für die CO‑Gas-Fermentation zu Acetat und die anschließende Herstellung von Diaminen. Die Fermentationsschritte werden durch speziell entwickelte Mikrobenstämme durchgeführt, die CO oder Acetat sowohl als Kohlenstoffquelle als auch als Energieträger nutzen. Als zentrale Neuheit wird das CO in situ, d. h. außerhalb der Elektrode in der Bulk-Lösung, aus CO₂ durch einen vermittelten Elektronentransfer zu frei beweglichen Mikrodisks erzeugt, in denen die CO‑Dehydrogenase immobilisiert ist. Dies ermöglicht zum ersten Mal eine vollständige Kompatibilität zwischen elektrochemischen und biokatalytischen Prozessen. Ziel der Synthese ist es, hochwertige Diamin‑Monomere indirekt aus CO₂ als Bausteine für etablierte Klassen von Polymermaterialien zu gewinnen.

Wir danken der Europäischen Union sowie dem Projektträger »European Innovation Council« für die Förderung des Projekts »ECOMO« im Programm »HORIZON‑EIC‑2022‑PATHFINDERCHALLENGES‑01‑01 – Carbon dioxide and nitrogen management and valorisation«, Förderkennzeichen: 101115403.