Joining the forces of reactor microbiomes and electrochemistry: production of drop-in fuels from complex biomass and electrical energy.

An integrated biobased economy urges an alliance of the two realms of "chemical production" and "electric power". The concept of electrobiorefineries provides a blueprint for such an alliance. Joining the forces of microbial and electrochemical conversions in electrobiorefineries allows interfacing the production, storage, and exploitation of electricity as well as biobased chemicals. Electrobiorefineries are a technological evolution of biorefineries by the addition of (bio)electrochemical transformations. This interfacing of microbial and electrochemical conversions will result in synergies affecting the entire process line, like enlarging the product portfolio, increasing the productivity, or exploiting new feedstock. A special emphasis is given to the utilization of oxidative and reductive electroorganic reactions of microbially produced intermediates that may serve as privileged building blocks.

Electroorganic synthesis performed in water (as a green solvent) bears potential for the selective production of chemicals from renewable power. Yet, the limited solubility of organic molecules hampers their aqueous electrolysis. For the proposed platform chemical n-octanoic acid/n-octanoate, both summarized as C 8 , it is shown that the aqueous electrolysis of C 8 can be performed successfully, provided that certain requirements are fulfilled. It is evidenced that the often-overlooked local pH shift in the proximity of the electrode can lead to the formation of large C 8 agglomerates (e. g. vesicles, bilayers), which deteriorate the electrolysis by minimizing the electrolytic conductivity. It is stressed that pH-buffering electrolytes have to be preferred to pH-neutral supporting electrolytes for C 8 electrolysis to achieve improved spaceÀtime yields. Cyclic voltammetry, particle-size analysis through dynamic light scattering, and light microscopy characterize the nature of these agglomerates.

Eine integrierte biobasierte Ökonomie verlangt nach einer Allianz zwischen der chemischen Industrie und der elektrischen Energiewirtschaft. Das Konzept der Elektrobioraffinerien bietet eine Blaupause für eine solche Allianzvereinbarung. Die Verbindung von mikrobiellen und elektrochemischen Stoffumwandlungen in Elektrobioraffinerien ermöglicht eine gekoppelte Produktion, Speicherung und Nutzung von Elektrizität sowie biobasierten Chemikalien. Elektrobioraffinerien stellen eine technologische Weiterentwicklung von Bioraffinerien durch die Ergänzung um (bio)elektrochemische Transformationen dar. Diese Verbindung von mikrobiellen und elektrochemischen Stoffumwandlungen hat Synergien zur Folge, die sich auf die gesamte Prozesskette auswirken können, beispielsweise durch eine Erweiterung des Produktportfolios, die Steigerung der Produktivität oder die Erschließung neuer Ausgangsstoffe. Besonderes Augenmerk liegt auf der Anwendung von oxidativen und reduktiven elektroorganischen Reaktionen auf mikrobiell produzierte Intermediate, die als bevorzugte Synthesebausteine fungieren können.