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Die biologische Verwertung von cellulose-/ hemicellulose- und lignocellulosereichen organischen Substraten zur Erzeugung von Energieträgern gewinnt zunehmend an Bedeutung. Im Gegensatz zu Biokraftstoffen der ersten Generation, bei denen nur ein kleiner Teil des pflanzlichen Materials eingesetzt worden ist (Öl, Zucker, Stärke), wird bei Biokraftstoffen der zweiten Generation fast die vollständige Pflanze einschließlich der schwer zugänglichen Cellulose verwendet. In Biogasanlagen führt diese Zielstellung jedoch häufig zu Problemen. Lignocellulose-reiches Material ist für viele Mikroorganismen schwer oder gar nicht abbaubar. Um die schwer abbaubaren Pflanzenteile wie Cellulose, Hemicellulose oder Lignin den Mikroorganismen in einer Biogasanlage besser zugänglich zu machen, können Biogassubstrate vorbehandelt werden.
Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Charakterisierung einer mikrobiellen Brennstoffzelle (MBZ). Die MBZ unterscheidet sich von einer herkömmlichen Brennstoffzelle darin, dass die an der Anode erzeugten Elektronen nicht vom molekularen Wasserstoff, sondern direkt von der im Anodenkompartiment wachsenden Biomasse aus organischen Verbindungen stammen. Die Funktionsweise einer solchen Zelle ist in Abbildung 3.4-1 dargestellt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Brennstoffzelle können in einer MBZ auch Abwasserteilströme z. B. aus der Lebensmittelindustrie als Substrat eingesetzt werden. Der große Vorteil der MBZ besteht somit darin, dass Abwässer biologisch abgebaut und gleichzeitig elektrischer Strom erzeugt werden kann.
In contrast to a conventional fuel cell the electrons in a microbial fuel cell (MFC) originate from the metabolic conversion of organic substrates by special bacteria instead of using molecular hydrogen. Recent research in our group has shown that the maximum electrical power density in a MFC correlates with the biomass concentration in batch MFC experiments. In continuous MFC systems additionally the dilution rate D could have an effect on the specific power density. Therefore two steady state conditions are adjusted and the resulting specific power densities, and the biomass and substrate concentrations were measured. These results were implemented in a mathematical description of the continuous MFC-process and the visualization of the model is presented.