Ziel dieser Doktorarbeit soll es sein einen biotechnologischen Prozess zur Wasserstoffherstellung auf neue Substrate zu übertragen. Zucker (Fructose, Glucose, Xylose), aber auch Alkohole (Ethanol) und organische Säuren (Zb. Essigsäure, Bernsteinsäure und andere) sind für die Fermentation geeignet und es soll beispielhaft gezeigt werden wie durch eine neue Form der Fermentation Wasserstoff aus diesen Nebenstoffströmen in einem Technikumsmaßstab hergestellt werden kann. Diese neue Form der Fermentation nennt sich mikroaerobe Dunkelfermentation, oder auch Dunkelphotosynthese. Sie wird bisher bei Purpurbakterien nur im Labormaßstab beschrieben und soll in diesem Vorhaben erstmals in den Bioreaktor übertragen, optimiert und skaliert werden. Vorteil der Dunkelphotosynthese ist es, dass Wasserstoff nicht nur durch Dunkelfermentation, sondern theoretisch auch per Photofermentation gebildet wird, was die theoretische Maximalausbeute erhöhen kann.
Im ersten Förderjahr galt es die drei zu untersuchenden Stämme auf ihr Potenzial zur Verwertung verschiedener Substrate zu bewerten. Hierfür wurden die Substrate Fructose, Glucose, Ethanol, Essigsäure, Bernsteinsäure und Milchsäure hinsichtlich ihres aeroben Wachstums auf diesen Substraten sowie der mikroaeroben Wasserstoffproduktion im mL Maßstab untersucht und ein optimaler Konzentrationsbereich zur Fermentierung definiert. Weiterhin konnte anhand eines Fructose-Ethanol Substrats als Beispiel bereits eine Übertragung in den 1 L Maßstab erfolgen. Durch die Etablierung einer Reaktorsteuerung konnte weiterhin der mikroaerobe Zustand präzise kontrolliert werden und die Auswirkung von verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen auf das Verhalten der Bakterien hinsichtlich Wachstum, Substrataufnahme, Wasserstoffbildung sowie der Bildung von Coprodukten und Metaboliten evaluiert werden. Perspektive der aktuellen Forschung ist die Übertragung auf die optimale Substratkombination und Stamm aus dem Substratscreening, sowie der Modellierung und Optimierung der Wasserstoffproduktion im kleinskaligen Maßstab. Hierbei werden verschiedene mikrobiologische aber auch verfahrenstechnische Ansätze verfolgt um die Bildung von konkurrierenden Nebenprodukten zu verhindern und die Substratnutzung auf die Wasserstoffherstellung zu konzentrieren.