ECO2nvert - Elektroenzymatische CO2-Reduktion durch rekombinante CODHs aus marinen Habitaten

Enzyme, biologische Katalysatoren, weisen häufig Selektivitäten oder Aktivitäten auf, die von den industriell verwendeten, heterogenen Katalysatoren nicht erreicht werden. Einige Enzyme können aus kultivierten Mikroben extrahiert und in der biochemischen Verfahrenstechnik eingesetzt werden. Ein enormes enzymatisches Potenzial bleibt jedoch ungenutzt, da die mikrobielle Mehrheit derzeit nicht kultivierbar ist. Dieses Projekt zielt darauf ab, auf diese bisher unerschlossene biologische Ressource zuzugreifen und die enzymatische elektrokatalytische Aktivität von CODH-Enzymen (CO-Dehydrogenasen) aus marinen Habitaten zur Reduktion von CO2 (Kohlendioxid) zu CO (Kohlenmonoxid) zu demonstrieren. Dazu sollen die Enzyme auf nanostrukturierten Elektrodenoberflächen immobilisiert werden. Es sollen neuartige Methoden für aktivitäts-basiertes Durchsuchen von metagenomischen Umweltproben mit modernen Technologien zur Optimierung von Elektrodenoberflächen über Designer-Nanoporosität kombiniert werden. Das Projekt umfasst die folgenden Schritte: (a) Entwicklung eines aktivitäts-basierten Screens, um bisher unzugängliche CODHs aus Umweltproben zu identifizieren und zu nutzen; Charakterisierung und Optimierung biochemischer Eigenschaften der neuen CODHs (GEOMAR); (b) Entwicklung von nanoporösen Elektroden mit großen spezifischen Oberflächen und adäquater Oberflächenchemie für Enzymimmobilisierung (FAU); (c) Optimierung der bioelektrochemischen CO2 Reduktion (GEOMAR + FAU). Die Anwendung der CODH Enzyme in elektrochemischen Zellen ermöglicht (i) die Reduktion des anthropogen verursachten Abgases CO2, (ii) die gleichzeitige Produktion von Ausgangsstoffen, die für chemische Syntheseprozesse benötigt werden sowie (iii) die simultane Speicherung in chemischer Form von elektrischer Energie. Diese einzigartige Kombination von vorteilhaften Funktionen stellt ein Sprungbrett zu einer erneuerbaren Ökonomie basierend auf biologischen Ressourcen dar.
Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Julien Bachmann (FAU/ Erlangen-Nürnberg) durchgeführt.

Dieses Projekt (ECO2nvert) ist Teil vom Programm:  BioProMare finanziert vom BMBF (2020-2023).