Biokunststoffproduktion auf dem Mars mittels mikrobieller Elektrosynthese (MES)

Dieses Projekt zielt darauf ab, eine Grundlage für Bioproduktionsprozesse auf dem Mars zu entwickeln, die auf den natürlichen Ressourcen des Planeten basieren, um die Nachhaltigkeit zukünftiger Siedlungen zu erhöhen. Darüber hinaus erwarten wir wichtige Erkenntnisse und Impulse für ressourceneffizientere postfossile Technologien und Konzepte hier auf der Erde.

Dieses Promotionsprojekt ist Teil des Exzellenzclusters „The Martian Mindset: A Scarcity-Driven Engineering Paradigm” an der Universität Bremen, der von 2026 bis 2032 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Der Cluster nutzt die extremen Randbedingungen auf dem Mars (ohne fossile Brennstoffe oder umfangreiche Wasserressourcen, umgeben von einer dünnen CO₂-Atmosphäre) als Mindset, um neue Technologien für eine nachhaltige Produktion zu entwickeln.

In diesem Rahmen konzentriert sich das Projekt auf mikrobielle elektrochemische Systeme (MES). Diese nutzen das elektroaktive Bakterium Kyrpidia spormannii um biologisch abbaubare Biokunststoffe (PHA) direkt aus CO₂ und Strom zu produzieren, die aus der Marsatmosphäre und Sonnenenergie gewonnen werden können. Die Forschung untersucht, wie Nährstoffmangelbedingungen, Elektrodenmaterialien und das Design elektrochemischer Zellen die PHA-Produktivität und die Eigenschaften der Polymere beeinflussen. Durch die Optimierung des Gleichgewichts zwischen mikrobiellem Wachstum und Biokunststoffakkumulationsphasen wollen wir die Produktionseffizienz maximieren und gleichzeitig die Eigenschaften der resultierenden Polymere charakterisieren. Es wird ein umfassendes Modell entwickelt, um die Produktivität, Effizienz und Kosten des Systems zu beschreiben und einen Vergleich mit alternativen Synthesewegen zu ermöglichen. Diese Arbeit schafft die wissenschaftlichen Grundlagen für einen neuartigen Ansatz zur nachhaltigen Materialproduktion auf dem Mars und zeigt, wie Strom und atmosphärisches CO₂ ohne organische Rohstoffe in wertvolle Kunststoffmaterialien umgewandelt werden können. Das wird zukünftig auch für die nachhaltige Produktion auf der Erde relevant sein.