Bio-elektrochemische systemen (BES) zoals Microbiële Brandstofcellen (MFC) en Microbiële Elektrolysecellen (MEC) bieden een breed scala aan voordelen voor zowel de behandeling van afvalwater als de productie van chemische stoffen. De effectiviteit van deze systemen is sterk afhankelijk van de afstemming van verschillende technische parameters, zoals volumetrische kracht- en stroomdichtheid, coulombische efficiëntie (CE) en energie-efficiëntie (EE). Het begrijpen van deze factoren en hun interactie is essentieel voor het verbeteren van de prestaties van BES, vooral bij industriële schaalvergroting en toepassing in milieutechnologieën.

Bij de ontwikkeling van BES voor chemische productie, zoals waterstofproductie, is de stroomdichtheid vaak een belangrijkere parameter dan de volumetrische kracht. Dit komt doordat de stroomdichtheid direct gerelateerd is aan de snelheid van oxidatie van het substraat, wat cruciaal is voor de efficiëntie van chemische synthesereacties, zoals de productie van waterstofgas in MEC’s. Hoe hoger de stroomdichtheid, hoe sneller elektronen van het substraat naar de elektrode stromen, wat leidt tot een hogere productie van het gewenste chemische product. Dit principe geldt bijvoorbeeld voor waterstofproductie, waarbij de maximale productiecapaciteit Qmax (m3 H2/m3 per dag) proportioneel is aan de stroomdichtheid. De onderlinge relatie benadrukt hoe belangrijk het is om de stroomdichtheid te optimaliseren om de productie van chemische stoffen in BES te maximaliseren, vooral bij industriële toepassingen waar hogere stroomdichtheden direct bijdragen aan hogere productievolumes.

In dit verband moet ook de coulombische efficiëntie (CE) in overweging worden genomen. CE meet hoe efficiënt elektronen uit een donor (bijvoorbeeld het substraat) worden omgezet in elektrische stroom via het externe circuit. Dit biedt waardevolle informatie over hoeveel van de energie in het substraat wordt benut voor de elektriciteitsproductie en hoeveel verloren gaat door bijreacties of metabole processen van de micro-organismen. CE kan op verschillende manieren worden berekend, afhankelijk van de werkwijze van het systeem (batchmodus of continue stroming), maar de essentie is dat een hoge CE duidt op een efficiënter systeem dat meer energie uit hetzelfde substraat haalt.

Energie-efficiëntie (EE) is een andere belangrijke maatstaf voor de prestaties van BES. Voor MFC’s wordt EE gedefinieerd als de verhouding tussen de geproduceerde elektrische energie en de verbrandingsenergie van het geconsumeerde substraat. In MEC’s, waar externe spanning wordt toegepast om de elektrochemische reacties te stimuleren, wordt EE berekend op basis van de energie-inhoud van het geproduceerde product, zoals waterstofgas, in verhouding tot de energie-input van zowel het substraat als de externe stroombron. Een hogere EE betekent dat het systeem effectiever is in het omzetten van chemische energie in nuttige elektrische energie of andere chemische producten, wat de duurzaamheid en economische haalbaarheid van bio-elektrochemische technologieën versterkt.

Wanneer we kijken naar de toepassing van BES in afvalwaterbehandeling, zien we dat deze systemen een innovatief alternatief bieden voor traditionele methoden. Ze verminderen de kosten voor beluchting en slibverwerking, terwijl ze tegelijkertijd bijdragen aan de herwinning van hulpbronnen. BES heeft vooral voordelen in de behandeling van afvalwater met een lage sterkte en werkt goed bij lagere temperaturen, wat hen geschikt maakt voor verschillende omgevingen en schaalgrootten. Het combineren van anaerobe digestie (AD) met BES kan de energieproductie verbeteren door AD in te zetten voor de primaire behandeling van sterk afvalwater en BES voor de secundaire behandeling, wat zorgt voor verder gezuiverd effluent en geoptimaliseerde herwinning van hulpbronnen.

Daarnaast hebben BES ook toepassingen in de verwerking van diverse organische substraten. Microbiële brandstofcellen (MFC) die gebruik maken van afval-gesludge in hun anodecompartimenten hebben bijvoorbeeld aangetoond dat ze significante reducties van organische belasting kunnen bewerkstelligen, terwijl ze tegelijkertijd energie produceren, wat bijdraagt aan zowel milieuvriendelijke afvalverwerking als energieproductie.

Naast de technische aspecten van BES, zoals de stroomdichtheid, CE en EE, is het essentieel om te begrijpen dat de effectiviteit van deze systemen niet alleen afhangt van de optimale instelling van deze parameters, maar ook van de keuze van het substraat en de microbiële gemeenschap die het elektrochemisch proces aandrijft. De selectie van geschikte micro-organismen en het ontwerp van het systeem moeten worden afgestemd op de specifieke doelstellingen van de toepassing, zoals de efficiëntie van de chemische productie of de mate van afvalwaterbehandeling.

Hoe wordt CO2 omgezet in waardevolle producten via microbieel electrosynthese?

Microbieel electrosynthese (MES) biedt een veelbelovende aanpak om CO2 om te zetten in waardevolle bioproducten door gebruik te maken van elektrobevorderde microbiële reacties. Bij dit proces functioneren micro-organismen, zoals groene en paarse zwavelbacteriën, die in staat zijn om via extracellulaire elektronenopname (EEU) elektronen uit vaste stoffen of ionen als H2S, H2 en Fe2+ te absorberen. Dit mechanisme stimuleert de fotosynthetische elektronentransportketen en leidt tot een sterke reductie van intracellulaire cofactoren NADH en NADPH, wat op zijn beurt de Calvin-cyclus activeert voor CO2-fixatie in biomassa. Deze cyclus fungeert als het belangrijkste elektronensink en vormt de kern van de CO2-conversie naar organische verbindingen.

MES produceert vooral C1 tot C4 verbindingen, waaronder bioplastics zoals polyhydroxybutyraat (PHB). Deze biopolymeren ontstaan via fermentatieve processen in het cathodische milieu en vertegenwoordigen een milieuvriendelijk alternatief voor op petroleum gebaseerde polymeren. Bacteriën zoals acetogenen en methanogenen spelen een cruciale rol bij de reductie van CO2 tot deze voorloperverbindingen, waarna ze verder kunnen worden omgezet in PHB binnen MES-systemen. Daarnaast produceren micro-organismen een breed scala aan biochemische stoffen, variërend van organische zuren en alcoholen tot geneesmiddelen, waarmee ze een duurzaam alternatief vormen voor fossiele grondstoffen.

De elektronenoverdracht tussen micro-organismen en elektroden verloopt via twee hoofdmechanismen: directe elektronenoverdracht (DET), waarbij elektronen rechtstreeks via membraan-gebonden eiwitten worden overgedragen, en gemedieerde elektronenoverdracht (MET), waarbij kleine organische moleculen als elektronenmigratoren fungeren. Beide mechanismen zijn essentieel voor de efficiënte reductie van CO2 in MES.

De omzetting van CO2 in alcoholen, zoals ethanol, butanol en propanol, verloopt voornamelijk via het Wood–Ljungdahl-pad (acetyl-CoA route). Hierbij reduceren acetogene bacteriën CO2 eerst tot formiaat en vervolgens tot acetyl-CoA, dat daarna door specifieke microben zoals Clostridium ljungdahlii wordt omgezet in ethanol via acetaldehyde. Een alternatieve route, de reductieve glycinesynthese, vereist additionele C1-verbindingen zoals methanol en leidt eveneens tot de vorming van ethanolvoorlopers. Deze biochemische transformaties worden echter geremd door problemen als selectiviteit, lage productconcentraties en het beheersen van metabole routes binnen de microbiële gemeenschap.

Naast alcoholen kunnen korte-keten vetzuren (zoals acetaat, butyraat en caproaat) uit CO2 worden gesynthetiseerd via een vergelijkbare metabole route. Het acetyl-CoA tussenproduct wordt via enzymatische systemen omgezet tot vetzuren door onder andere de werking van fatty acid synthase (FAS). Potentiële producenten zijn opnieuw acetogenen, Clostridium-soorten, en zelfs genetisch gemodificeerde stammen van Escherichia coli en cyanobacteriën. De complexiteit van deze omzetting vereist beheersing van ketenverlenging, productseparatie en downstream verwerking, waarbij acetaat doorgaans het hoofdbioproduct is.

Verder kan MES bijdragen aan de productie van andere waardevolle verbindingen zoals lactaat, vluchtige organische verbindingen (VOCs) en methaan. Lactaat dient als uitgangsstof voor biologisch afbreekbare plastics zoals polylactic acid. Integratie van MES met ketenverlenging en bioconversiesystemen maakt het mogelijk om CO2-gedreven bioproductie uit te breiden naar langere ketens en complexere moleculen zoals bioplastics, biofuels, polysacchariden en eiwitten. Bijvoorbeeld kan methaan, geproduceerd in MES, als grondstof dienen in syngasplatforms voor de synthese van ethyleen, formaldehyde en methanol.

Hoewel de technologische vooruitgang veelbelovend is, blijven er significante uitdagingen bestaan zoals hoge interne weerstand in systemen, selectiviteitsproblemen, lage productconcentraties en complexiteit van metabolische regulatie in microbiële populaties. Het begrijpen en sturen van electronenoverdrachtroutes en metabole processen onder bio-elektrochemische condities vormt een cruciale sleutel voor het opschalen en optimaliseren van MES-technologieën.

Belangrijk is te beseffen dat CO2-bioconversie via MES niet slechts een chemische transformatie is, maar een geïntegreerd biologisch-elektrochemisch proces dat multidisciplinaire kennis vereist van microbiologie, elektrotechniek en proceschemie. Het benutten van deze technologie draagt niet alleen bij aan CO2-reductie, maar opent tevens de deur naar een circulaire economie waarin afvalgasstromen worden omgezet in duurzame grondstoffen en materialen.

Welke factoren bepalen de efficiëntie van microbieel elektrochemische systemen en elektrofermentatie?

De efficiëntie van microbieel elektrochemische systemen (MES) wordt bepaald door een complex samenspel van operationele omstandigheden, ontwerpkenmerken en elektrochemische parameters. Het anodemateriaal speelt een cruciale rol: het moet niet alleen biocompatibel zijn, maar ook een groot specifiek oppervlak bieden, elektrisch goed geleiden, chemisch stabiel zijn in afvalwater en lokaal beschikbaar en economisch haalbaar. Daarnaast mag het materiaal niet corroderen of schadelijk zijn. Dit alles is noodzakelijk om de anode effectief te laten functioneren binnen het systeem. Aan de kathodezijde vormen de lage reductiedynamiek en de traagheid van elektronenacceptatie vaak de beperkende factoren voor de productiegeneratie in MES. Hierdoor ligt een van de grootste uitdagingen in het verbeteren van de kathodale processen.

Het ontwerp van het systeem zelf beïnvloedt de efficiëntie sterk. Denk aan de vorm van de reactor, het materiaal van de elektroden, de afstand tussen anode en kathode, en de verdeling van de afvalwaterstroom. Deze aspecten bepalen samen hoe goed de reactanten en elektronen kunnen worden getransporteerd. Elektroden dienen elektrisch geleidend te zijn, een groot oppervlak te hebben, biocompatibel te zijn, en chemisch stabiel te blijven onder de omstandigheden van het elektrolyt. Ontwerpen zoals single-chamber microbial fuel cells (MFC) waarbij de kathode direct aan de lucht wordt blootgesteld, zijn voorbeelden van innovaties die interne weerstand proberen te verminderen.

De microbiële populatie binnen MES is essentieel en wordt beïnvloed door het gebruikte inoculum, de eigenschappen van de biofilmvorming, het vermogen tot elektronenoverdracht en de snelheid waarmee substraten worden omgezet. Voor optimale prestaties moet het systeem draaien onder ideale omstandigheden die de groei en het metabolisme van micro-organismen bevorderen. Daarbij zijn temperatuur, pH en ionische concentratie in het elektrolyt belangrijke factoren die de redoxreacties en de microbiële activiteit sterk beïnvloeden. Protonentransport over membranen is bijvoorbeeld vaak een beperkende stap, die kan worden gecompenseerd door het toevoegen van buffers zoals NaCl om de geleidbaarheid te verbeteren.

De keuze van het substraat speelt eveneens een fundamentele rol in de opbrengst van het systeem. Diverse organische stoffen kunnen worden gebruikt, van simpele verbindingen zoals glucose, azijnzuur en melkzuur, tot complexere substraten zoals melk, glycol en hybride mengsels. De keuze van het substraat bepaalt niet alleen de efficiëntie van de waterstofproductie, maar ook de economische haalbaarheid. Microalgen vormen een interessant nieuw substraat vanwege hun potentiële biohydrogen productie, alhoewel ze afhankelijk zijn van licht en water en hun rendement varieert met de kweekomstandigheden.

De pH van het elektrolyt blijkt een kritische parameter voor de systeemwerking. Een pH rond 6,5 wordt vaak als optimaal beschouwd voor maximale waterstofproductie, aangezien micro-organismen gevoelig zijn voor pH-schommelingen die hun ademhaling en dus de elektronenstroom kunnen beïnvloeden. Ook de temperatuur is van grote invloed; een matige temperatuur ondersteunt de groei van microben en bevordert zo de biohydrogen synthese. Te lage temperaturen zijn gunstiger voor waterstofproductie dan methanogenese in MEC’s (Microbial Electrolysis Cells).

Hydraulische retentietijd (HRT), organische belastingsgraad, en het zuurstofgehalte in opgelost stadium zijn eveneens bepalende factoren. Kortere HRT's kunnen de waterstofproductie aanzienlijk verhogen door een snellere omzetting. Daarnaast kan het beladen van de elektroden met katalysatoren de waterstofproductie verder stimuleren.

Het ontwerp van de reactor zelf is fundamenteel voor het succes van MES en elektrofermentatie. Recente ontwikkelingen hebben geleid tot eenvoudigere, membraanloze reactorontwerpen om operationele complexiteit en kosten te verminderen. Veelgebruikte reactorconfiguraties zoals het H-vormige dubbelkamerontwerp worden vaak beperkt door hoge ohmse verliezen, energieverbruik en grote ruimtebehoefte. Om deze nadelen te omzeilen worden parallelle plaat dubbelkamerreactoren en membraanloze single-chamber reactors onderzocht, waarbij de afstand tussen de elektroden wordt geminimaliseerd en kosten worden verlaagd.

Naast de technische parameters is het belangrijk te beseffen dat het succes van MES en elektrofermentatie ook afhangt van het vermogen om microbiële gemeenschappen aan te passen aan veranderende omstandigheden. Het biologische optimaliseren van het systeem vereist daarom een zorgvuldige selectie van bacteriële consortia en een continue aanpassing van de populaties aan de reactoromgeving.

De synergie tussen elektrochemische, microbiële en ontwerpvariabelen vormt de sleutel tot het realiseren van efficiënte en duurzame productieprocessen binnen MES en elektrofermentatie. Naast technische optimalisaties is het daarom cruciaal om het systeem integraal te benaderen, waarbij de interacties tussen microbiële dynamiek, elektrolytische omstandigheden en reactorconfiguratie voortdurend worden gemonitord en bijgestuurd.

Hoe kunnen verschillende soorten voedselafval worden omgezet in hernieuwbare energiebronnen door elektro-fermentatie?

Voedselafval is een wereldwijd probleem dat niet alleen negatieve effecten heeft op het milieu, maar ook waardevolle hulpbronnen verspilt. De mogelijkheden voor het hergebruiken van voedselafval door middel van elektro-fermentatie hebben de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Deze technologie maakt het mogelijk om verschillende soorten afval, zoals bakkerij- en snoepafval, brouwerij- en distilleerderijafval, vetten, oliën en vetafval, en stedelijk voedselafval, om te zetten in waardevolle bijproducten zoals bio-energie, ethanol, en biogas. Elektro-fermentatie gebruikt micro-organismen die onder gecontroleerde elektrische omstandigheden suikers en andere verbindingen in afval omzetten in nuttige producten, wat niet alleen bijdraagt aan duurzame energieproductie, maar ook helpt bij het beheer van afvalstromen.

Bakery en snoepafval is een belangrijk type voedselafval dat door elektro-fermentatie efficiënt kan worden omgezet. Deze afvalstromen bevatten veel suikers, die door microben worden gemetaboliseerd om ethanol, waterstofgas of vluchtige vetzuren te produceren. Het gebruik van elektrische stimulatie verhoogt de selectiviteit en efficiëntie van het fermentatieproces, waardoor de vorming van ongewenste bijproducten wordt verminderd. De ethanol die wordt geproduceerd uit dit afval kan dienen als biobrandstof of worden gebruikt in de voedings- en drankenindustrie. Bovendien kan de waterstofgasproductie een hernieuwbare energiebron zijn die voor verschillende doeleinden kan worden benut. Dit proces biedt niet alleen economische voordelen door de productie van hernieuwbare energie, maar draagt ook bij aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, aangezien afvalproducten de rol van fossiele brandstoffen kunnen overnemen.

Het afval dat vrijkomt in brouwerijen en distilleerderijen is eveneens rijk aan waardevolle stoffen. Bestaat uit ingrediënten zoals spent grains, spent yeast en trub, kan dit afval via elektro-fermentatie worden omgezet in bio-energie. Spent grains bevatten veel vezels en eiwitten, wat het geschikt maakt voor verschillende toepassingen zoals dierenvoer, biogasproductie of zelfs bio-ethanol. Spent yeast bevat aminozuren, vitaminen en mineralen die nuttig kunnen zijn als voedingsbron of zelfs als een bio-katalysator die het fermentatieproces verbetert. Trub, hoewel vaak gezien als afval, kan ook worden omgezet in compost of worden gebruikt voor biogasproductie. Het is belangrijk om te begrijpen dat hoewel deze processen veelbelovend zijn, ze niet zonder uitdagingen komen. Het hoge watergehalte in spent grains kan bijvoorbeeld leiden tot snelle bederf zonder de juiste behandeling.

Een andere belangrijke bron van afval is vet, olie en vetafval (FOG), dat voornamelijk afkomstig is van commerciële keukens, restaurants en voedselverwerkingsbedrijven. Deze afvalstromen vormen een bedreiging voor de infrastructuur van rioleringen en de omgeving, omdat ze kunnen leiden tot verstoppingen in het rioolstelsel. FOG-waste bevat voornamelijk triglyceriden, vetzuren en glycerol, en wanneer dit afval zich ophoopt in het riool, kan het ernstige ecologische schade veroorzaken. De toepassing van elektro-fermentatie biedt echter een oplossing door deze afvalstoffen om te zetten in biogas (methaan) of biodiesel. Methaan kan worden gebruikt voor energieproductie en biodiesel kan dienen als een duurzame vervanger voor fossiele brandstoffen. Het gebruik van elektroden verhoogt de activiteit van microben, waardoor de afbraak van FOG wordt versneld en de efficiëntie van het proces wordt verbeterd.

Stedelijk voedselafval, dat afkomstig is van huishoudens, restaurants en instellingen, is een ander type complex afval dat door elektro-fermentatie kan worden benut. Dit afval bevat vaak een mengsel van fruit- en groenteafval, zoals schillen, bladeren en stelen, die rijk zijn aan voedingsstoffen maar vaak ongebruikt worden weggegooid. Hoewel de verwerking van stedelijk voedselafval uitdagend is door de variëteit aan materialen, biedt het grote kansen voor het genereren van hernieuwbare energie en het verminderen van de ecologische voetafdruk van stedelijke gebieden.

Naast de technologie zelf is het ook belangrijk te begrijpen dat de effectiviteit van elektro-fermentatie afhankelijk is van de juiste selectie van micro-organismen en de controle over de fermentatieomstandigheden. De heterogene aard van voedselafval kan complexiteit toevoegen aan het proces, maar met de juiste innovaties in de microbiële processen kunnen deze uitdagingen overwonnen worden. Het gebruik van elektro-fermentatie draagt dus bij aan zowel een duurzamer gebruik van hulpbronnen als een vermindering van de milieu-impact van voedselproductie en -verwerking.

Hoe elektro-fermentatie de productie van waardevolle biochemische producten beïnvloedt

Het gebruik van grafietvilt in plaats van roestvrij staal als elektrodenmateriaal heeft de vorming van butanol bij verschillende aangelegde spanningen verhoogd, wat de voordelen van het gebruik van koolstofgebaseerde materialen bevestigt. Volgens het centrale composietontwerp werd tot 13,31 g/L butanol geproduceerd bij een spanning van 1,32 V. Een vergelijkbare opstelling, waarbij een dubbel-chamber elektro-fermenter (EF) en een Nafion® 117-membraan werden gebruikt voor de productie van propionaat via lactaat-EF, maakte gebruik van een titanium gaas voor de anode en koolstofdoek voor de kathode. Het katholyte in dit systeem was ofwel boterzuur of D-lactaat, of beide. De Ag/AgCl-referentie-elektrode werd geïnoculeerd met anaëroob afval uit een zuivelverwerkingsfabriek. Bij een lactaatconcentratie van 150 mM en een minimum energieverbruik van één kWh g−1 propionaat werd een ideaal propionaat rendement van 0,96 g L−1 d−1 bereikt. Bij een pH van 5 en een lactaatconcentratie van 20 mM leidde een aangelegde spanning van -1 V (vs. Ag/AgCl) tot een verhoging van de propionaatoutput tot 0,44 g L−1 d−1. Dit resultaat kan worden verklaard door de aanwezigheid van Propionibacterium sp. en Tyzzerella sp., die beide propionaat produceren.

Daarnaast zijn er elektro-fermenters gebruikt met kationenwisselmembraan, waaronder CMI7000, in plaats van Nafion®. Dit type scheider werd gebruikt in een dubbel-chamber reactor met een Ag/AgCl-referentie-elektrode (+0,2 V vs. SHE) en grafietvilt voor de werk- en tegen-elektroden. Kunstmatig effluent rijk aan glucose werd in het systeem ingevoerd, waarbij anaëroob slib als inoculant werd gebruikt. In dit onderzoek werd ontdekt dat de synthese van methaan, waterstof en azijnzuur toeneemt bij een grotere negatieve werkspanning, maar de productie van methaan en azijnzuur neemt aanzienlijk af wanneer de ingestelde spanning wordt verhoogd. Door het medium licht te verzuren (pH 6,2), werden de effecten van het veranderen van de aangelegde spanning op de productverdeling verminderd. De methaanproductie onder neutrale omstandigheden varieerde van 4,3 tot 6,7 mL bij een vaste spanning van −1,0 V. Bij een pH-daling naar 6,2 nam de output echter toe. Deze resultaten tonen aan dat de metabolietenverdeling fijn afgesteld kan worden door de aangelegde spanning en pH van het medium te variëren, wat een verbeterde controle over het hele proces mogelijk maakt.

Microbiale brandstofcellen (MFC’s) zijn elektrochemische systemen die chemische energie, opgeslagen in een breed scala aan substraten, omzetten in elektrische energie door middel van microbiële metabolisme. Deze technologie kan de energie leveren die nodig is om het elektro-fermentatieproces te voltooien, waardoor onderzoekers in staat zijn om een zelfvoorzienend systeem te creëren voor de conversie van koolstofrijke grondstoffen in waardevolle producten, waaronder methaan, waterstof en/of vluchtige vetzuren. In een studie werd een zelfwerkende, membraanloze, lucht-kathode enkele-chamber elektro-fermenter ontwikkeld die aanzienlijke hoeveelheden bio-elektriciteit, bio-waterstof en bio-ethanol produceerde uit voedselafval. Na negen dagen van werking genereerde het systeem 162,4 mW m−2, 21,9 mL h−1 en 4,85% w/v bio-ethanol. De resultaten suggereerden dat de fermentatie van gemengde acetaat en boterzuur de bron van waterstofproductie zou kunnen zijn, maar de aanwezigheid van andere metabolieten zoals formiaat of lactaat zou andere metabole routes kunnen triggeren die de waterstofproductie beperken.

Bij de ontwikkeling van hybride systemen is er ook interesse in de combinatie van MEC-technologie (microbiële elektrolysecel) en anaërobe fermentatie. In dit scenario wordt een submersibele MEC gebruikt om elektriciteit en waterstof te produceren, terwijl het systeem is gekoppeld aan een anaërobe vergister. Platinum-gecoate titanium gaas-anoden en grafietvilt-kathodes, gescheiden door een kationenwisselmembraan, worden gebruikt om waterstof te produceren bij een snelheid die varieert van 5 tot 487 mL/dag. Dit biedt een mogelijk alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen voor waterstofproductie, wat momenteel bij pyrolyse wordt gedaan. In dit opzicht biedt elektro-fermentatie de mogelijkheid om het pyrolyseproces duurzamer te maken door de productie van waterstof uit hernieuwbare bronnen, in plaats van uit fossiele brandstoffen.

In de toekomst kan elektro-fermentatie niet alleen dienen voor de productie van waterstof, maar ook voor het hergebruiken van afvalstromen, zoals de bio-olie waterige fase (BOAP) die ontstaat bij pyrolyse. Dit biedt een duurzame oplossing voor het omzetten van deze afvalstromen in waardevolle producten zoals waterstof of andere chemische verbindingen.

Het gebruik van elektro-fermentatie voor de productie van biochemische producten zoals melkzuur heeft ook veelbelovende resultaten opgeleverd. Melkzuur wordt vaak geproduceerd door melkzuurbacteriën (LAB), maar het behouden van hoge productiesnelheden terwijl de verzuring van het medium wordt gecontroleerd, blijft een uitdaging. Een mogelijke oplossing is het verhogen van de pH van het medium door het toepassen van kathodische elektro-fermentatie. Het testen van elektro-fermentatie op industriële schaal, gecombineerd met synthetische biologie, kan helpen de productiviteit van melkzuur te verbeteren. Er is echter nog veel te onderzoeken voordat het in pure LAB-culturen op grote schaal kan worden toegepast, hoewel de effectiviteit van elektro-fermentatie voor melkzuurproductie in gemengde culturen al aangetoond is.

De voordelen van elektro-fermentatie zijn ook zichtbaar bij de productie van andere organische zuren en alcoholen. Het gebruik van elektrochemisch gereactiveerde kathoden kan bijvoorbeeld de optische activiteit van lactic acid verhogen, wat nuttig is voor het produceren van L-lactaat. Dit type technologie biedt een veelbelovende route voor de grootschalige productie van waardevolle biochemische producten uit hernieuwbare bronnen, zoals voedselafval of andere organische afvalstromen.

Hoe kan realtime monitoring bijdragen aan het verminderen van corrosierisico's in industriële omgevingen?
Hoe Donald Trump de Militaire Geschiedenis en Oorlogen Inschatte: Een Persoonlijk Uitzicht op Conflicten en Strategieën
Hoe het Gedrag van Dynamische Systemen kan Worden Geanalyseerd via Markov Processen en Invariante Verdeleringen
Hoe het Purple Sandpiper zich aanpast aan zijn omgeving en migratiegedrag