Bioelektrochemische Reaktorsysteme sind in der Regel oberflächenbegrenzt. Die Größe der Elektrodenoberfläche pro Reaktorvolumen ist der Schlüssel zur Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute. Gleichzeitig müssen die Elektrodenoberfläche und die elektroaktiven Organismen, die einen Biofilm auf den Elektroden bilden, als ein zusammengesetztes Material betrachtet werden, das im Hinblick auf die Interaktion seiner Komponenten verbessert werden kann. Nicht zuletzt ist es eine Herausforderung, diese oberflächenabhängigen Reaktorsysteme so zu konstruieren, dass Totvolumina vermieden werden und die Architektur des lebenden Ganzzellen-Biokatalysators in Richtung Prozessoptimierung gelenkt wird. Um diese Themen anzugehen, werden wir ein skalierbares bioelektrochemisches Jet-Loop-Reaktorkonzept entwickeln und seine Vielseitigkeit durch den Betrieb als mikrobielle Elektrolyse- und Bioelektrosyntheseplattform zeigen. In der Forschungsrichtung Bioelektrosynthese werden wir ihn mit dem kürzlich isolierten extremophilen Organismus Kyrpidia spormannii betreiben und zielen darauf ab, Biomasse und das Biopolymer Polyhydroxybutyrat aus Kohlendioxid und elektrischer Energie herzustellen. In der Forschungsrichtung mikrobielle Elektrolyse werden wir die Reaktorleistung durch die Herstellung synthetischer leitfähiger Nanodrähte sowie leitfähiger direkter Zell-Zell-Verbindungen erhöhen. Zu diesem Zweck werden wir sowohl Shewanella oneidensis als auch einen derzeit entwickelten Escherichia coli-Stamm als Modellorganismus verwenden und die Plattformchemikalie Acetoin in einer anodengestützten Fermentation herstellen. In beiden Reaktorkonfigurationen werden wir von der additiven Herstellung von 3D-Elektroden sowie deren Funktionalisierung durch leitfähige Polymere profitieren können.