NL1034123C2 - Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture. - Google Patents

Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture. Download PDF

Info

Publication number
NL1034123C2
NL1034123C2 NL1034123A NL1034123A NL1034123C2 NL 1034123 C2 NL1034123 C2 NL 1034123C2 NL 1034123 A NL1034123 A NL 1034123A NL 1034123 A NL1034123 A NL 1034123A NL 1034123 C2 NL1034123 C2 NL 1034123C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
hydrogen
cathode
microbial culture
anode
compartments
Prior art date
Application number
NL1034123A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Cees Jan Nico Buisman
Hubertus Victor Marie Hamelers
Rene Alexander Rozendal
Adriaan Willem Jeremiasse
Original Assignee
Stichting Wetsus Ct Of Excelle
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stichting Wetsus Ct Of Excelle filed Critical Stichting Wetsus Ct Of Excelle
Priority to NL1034123A priority Critical patent/NL1034123C2/en
Priority to EP08778996A priority patent/EP2176405A1/en
Priority to CN200880104114A priority patent/CN101784661A/en
Priority to PCT/NL2008/000172 priority patent/WO2009008709A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1034123C2 publication Critical patent/NL1034123C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/36Adaptation or attenuation of cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/06Plates; Walls; Drawers; Multilayer plates
    • C12M25/08Plates; Walls; Drawers; Multilayer plates electrically charged
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/14Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P3/00Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

Werkwijze voor het verkrijgen van een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur, microbiële cultuur verkregen met deze werkwijze en gebruik van deze microbiële cultuur.Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture.

5 De onderhavige uitvinding heeft volgens een eerste aspect betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen van een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur.The present invention relates in a first aspect to a method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture.

Volgens verdere aspecten heeft de uitvinding betrekking op de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur en het gebruik van deze microbiële cultuur 10 voor de productie van waterstof.According to further aspects, the invention relates to the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture and the use of this microbial culture for the production of hydrogen.

Verdere aspecten van de uitvinding hebben betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een bifiinctionele bioelektrode waarin de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur wordt toegepast en de bifiinctionele bioelektrode die wordt verkregen met deze werkwijze.Further aspects of the invention relate to a method for manufacturing a bi-functional bioelectrode in which the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture is used and the bi-functional bioelectrode obtained with this method.

15 Overige aspecten van de uitvinding hebben betrekking op een inrichting voor de productie van waterstof waarin de elektrochemisch actieve, waterstof producerende microbiële cultuur wordt toegepast.Other aspects of the invention relate to a device for the production of hydrogen in which the electrochemically active, hydrogen-producing microbial culture is used.

Waterstof producerende kathodes worden typisch gebruikt in water elektrolyse processen. Bij water elektrolyse wordt water onder invloed van een aangebracht 20 potentiaalverschil tussen anode en kathode gesplitst in waterstof en zuurstof volgens de reactie: H2O^H2 + 0.5O2 (1) 25 Bij water elektrolyse vinden de volgende elektrode reacties plaats:Hydrogen producing cathodes are typically used in water electrolysis processes. In water electrolysis, water is split into hydrogen and oxygen under the influence of an applied potential difference between anode and cathode according to the reaction: H2O2 H2 + 0.5O2 (1) In water electrolysis the following electrode reactions take place:

Een zuurstof producerende oxidatie-reactie aan de anode: H20 -» 0.5 02 + 2 H+ + 2 e' (2a) of 2 OH' 0.5 02 + H20 + 2 e (2b) 30 Een waterstof producerende reductie-reactie aan de kathode: 034123 2 2 H+ + 2 e'-> H2 (3a) of 2 H20 + 2 e' -» H2 +2 OH' (3b)An oxygen-producing oxidation reaction at the anode: H 2 O - »0.5 02 + 2 H + + 2 e '(2a) or 2 OH' 0.5 02 + H 2 O + 2 e (2b) 30 A hydrogen-producing reduction reaction at the cathode: 034123 2 2 H + + 2 e '-> H 2 (3a) or 2 H 2 O + 2 e' - »H 2 + 2 OH '(3b)

Recentelijk hebben waterstof producerende kathodes ook hun toepassing 5 gevonden in een nieuw soort elektrolyse proces, te weten biogekatalyseerde elektrolyse van opgelost bio-oxideerbaar materiaal (bijv. in afvalwater). Bij biogekatalyseerde elektrolyse wordt bio-oxideerbaar materiaal onder invloed van een potentiaalverschil tussen anode en kathode gesplitst in koolstofdioxide en waterstof. Dit kan schematische worden weergegeven als: 10 [CH20] + H20 -> 2 H2 + C02 (4)Recently, hydrogen-producing cathodes have also found their application in a new type of electrolysis process, namely, bi-catalyzed electrolysis of dissolved bio-oxidisable material (e.g., in waste water). With biocatalyzed electrolysis, bio-oxidizable material is split into carbon dioxide and hydrogen under the influence of a potential difference between anode and cathode. This can be represented schematically as: [CH 2 O] + H 2 O -> 2 H 2 + CO 2 (4)

Dit proces is beschreven in de internationale octrooiaanvrage WO 2005/005981 en in de publicatie “Principle and perspectives of hydrogen production through 15 biocatalyzed electrolysis” (International Journal of Hydrogen Energy 2006, 31, 1632-1640) op naam van Rozendal., R.A. et al.This process is described in the international patent application WO 2005/005981 and in the publication "Principles and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis" (International Journal of Hydrogen Energy 2006, 31, 1632-1640) in the name of Rozendal., R.A. et al.

De term biogekatalyseerde elektrolyse is afgeleid uit het feit dat de oxidatie van bio-oxideerbaar materiaal aan de anode wordt gekatalyseerd door elektrochemisch actieve micro-organismen. De waterstof producerende reductie-reactie aan de kathode 20 daarentegen wordt in zijn standaard uitvoering net zoals bij water elektrolyse chemisch gekatalyseerd (bijv. met platina). Bij biogekatalyseerde elektrolyse van opgelost bio-oxideerbaar materiaal (bijv. in afvalwater) vinden de volgende elektrode reacties plaats:The term bio-catalyzed electrolysis is derived from the fact that the oxidation of bio-oxidizable material at the anode is catalyzed by electrochemically active microorganisms. The hydrogen-producing reduction reaction at the cathode 20, on the other hand, is chemically catalyzed (e.g. with platinum) in its standard design, just like with water electrolysis. The following electrode reactions take place with biocatalyzed electrolysis of dissolved bio-oxidisable material (eg in waste water):

De oxidatie van bio-oxideerbaar materiaal aan de anode, schematische weergegeven door: 25 [CHzO] + H20 C02 + 4 H+ + 4 e' (5)The oxidation of bio-oxidisable material at the anode, schematically represented by: [CH 2 O] + H 2 O 2 CO 2 + 4 H + + 4 e '(5)

Een waterstof producerende reductie-reactie aan de kathode: 30 4 H+ + 4 e' 2 H2 (6a) of 4 H20 + 4 e' -> 2 H2 + 4 OH' (6b) 3A hydrogen-producing reduction reaction at the cathode: 4 H + + 4 e '2 H 2 (6a) or 4 H 2 O + 4 e' -> 2 H 2 + 4 OH '(6b) 3

Omdat waterstof producerende elektrolyse processen plaatsvinden onder invloed van een potentiaalverschil tussen anode en kathode, wordt energie verbruikt. Deze energie kan worden ingebracht door een vermogensbron. In principe geldt dat hoe hoger 5 het voor elektrolyse benodigde voltage, hoe hoger het verbruik van elektrische energie per hoeveelheid geproduceerde waterstof. Energieverliezen in het elektrolyse proces verhogen h et b enodigde v oltage end aarmee d us d e b enodigde h oeveelheid e lektrische energie per hoeveelheid geproduceerde waterstof. Ook bij de elektrode reacties kunnen dergelijke energieverliezen optreden. Energieverlies aan een kathode wordt ook wel 10 kathode overpotentiaal genoemd en wordt uitgedrukt in Volts (V).Because hydrogen-producing electrolysis processes take place under the influence of a potential difference between anode and cathode, energy is used. This energy can be supplied by a power source. In principle, the higher the voltage required for electrolysis, the higher the consumption of electrical energy per amount of hydrogen produced. Energy losses in the electrolysis process increase the required amount of electricity and the required amount of electrical energy per amount of hydrogen produced. Such energy losses can also occur with the electrode reactions. Loss of energy at a cathode is also called 10 cathode over-potential and is expressed in Volts (V).

Over het algemeen hebben overpotentialen de eigenschap dat ze toenemen (d.w.z. energieverlies wordt groter) bij een toenemende stroomdichtheid (d.w.z. toenemende reactiesnelheid). Dit is ook het geval voor kathode overpotentialen. De relatie tussen de kathode potentiaal en stroomsdichtheid kan worden weergegeven in een zogenaamde E-j 15 curve of polarisatiecurve, die de kathode potentiaal weergeeft als functie van de stroomdichtheid (j).In general, overpotentials have the property of increasing (i.e., energy loss becomes greater) with increasing current density (i.e., increasing reaction rate). This is also the case for cathode over potentials. The relationship between the cathode potential and current density can be represented in a so-called E-j curve or polarization curve, which represents the cathode potential as a function of the current density (j).

Een kathode is over het algemeen samengesteld uit twee elementen, te weten een ladingsverdeler van een elektrisch geleidend materiaal en een katalysator om de kathodereactie te versnellen. Koolstof is een veelgebruikte ladingsverdeler, aangezien het 20 een lage kostprijs, een hoge elektrische geleiding en een hoge chemische resistentie heeft. Echter, met alleen een ladingsverdeler zonder katalysator is de elektrochemische productie van waterstof aan een kathode kinetisch gezien zeer langzaam. Hierdoor kunnen grote overpotentialen (d.w.z. grote energieverliezen) al ontstaan bij relatief lage stroomdichtheden. Als katalysator voor elektrochemische waterstof productie aan een 25 kathode wordt vaak gebruik gemaakt van platina.A cathode is generally composed of two elements, namely a charge distributor of an electrically conductive material and a catalyst to accelerate the cathode reaction. Carbon is a widely used charge distributor, since it has a low cost, a high electrical conductivity and a high chemical resistance. However, with only a charge distributor without catalyst, the electrochemical production of hydrogen at a cathode is kinetically very slow. As a result, large over-potentials (i.e. large energy losses) can already arise at relatively low current densities. Platinum is often used as a catalyst for electrochemical hydrogen production at a cathode.

Voor water elektrolyse processen is platina inderdaad een zeer effectieve kathode katalysator, die de overpotentiaal tot een minimum kan beperken bij zeer hoge stroomdichtheden (bijv. 0.025 V overpotentiaal bij 1.08 A/cm2 zoals beschreven in het boek Electrochemical oxygen technology geschreven door Kinoshita, K.; John Wiley & 30 Sons, Inc.: New York, 1992).For water electrolysis processes, platinum is indeed a very effective cathode catalyst that can minimize over-potential at very high current densities (e.g., 0.025 V over-potential at 1.08 A / cm 2 as described in the book Electrochemical oxygen technology written by Kinoshita, K. John Wiley & 30 Sons, Inc .: New York, 1992).

44

Helaas blijkt platina om meerdere redenen een veel minder geschikte kathodekatalysator te zijn voor biogekatalyseerde elektrolyse. Ten eerste is platina een zeer duur materiaal. Daar komt bij dat de stroomdichtheden van biogekatalyseerde elektrolyse typisch 3 tot 5 ordes van grootte lager zijn dan die bij water elektrolyse 5 (d.w.z. ordegrootte -0.00001-0.001 A/cm2). Hierdoor is de hoeveelheid geproduceerd waterstof per hoeveelheid platina bij biogekatalyseerde elektrolyse veel lager dan bij water elektrolyse. Dit maakt de toepassing van platina bij biogekatalyseerde elektrolyse veel te duur om tot een commercieel interessant proces te kunnen komen.Unfortunately, platinum appears for many reasons to be a much less suitable cathode catalyst for biocatalyzed electrolysis. First, platinum is a very expensive material. In addition, the current densities of bio-catalyzed electrolysis are typically 3 to 5 orders of magnitude lower than that of water electrolysis 5 (i.e., order of magnitude -0.00001-0.001 A / cm 2). As a result, the amount of hydrogen produced per amount of platinum with biocatalyzed electrolysis is much lower than with water electrolysis. This makes the use of platinum in bi-catalyzed electrolysis far too expensive to be able to achieve a commercially interesting process.

Verder is gebleken dat platina bij biogekatalyseerde elektrolyse lang niet zo 10 effectief werkt als bij water elektrolyse, zoals beschreven in de publicatie “Principle and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis” (International Journal of Hydrogen Energy 2006, 31, 1632-1640) op naam van Rozendal., R.A. et al. Bij een stroomdichtheid van slechts 0.00005 A/cm2 was de kathode overpotentiaal al meer dan 0.28 V. De relatief milde condities die typische voorkomen bij 15 biogekatalyseerde elektrolyse processen kunnen een mogelijke reden zijn voor deze lage effectiviteit van de platina katalyse bij biogekatalyseerde elektrolyse. Met relatief milde condities worden o.a. bedoeld, de lage temperatuur (bijv. kamertemperatuur), de lage druk (bijv. atmosferische druk), en de milde pH (bijv. pH 7).Furthermore, it has been found that platinum is not nearly as effective in biocatalyzed electrolysis as in water electrolysis, as described in the publication "Principles and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis" (International Journal of Hydrogen Energy 2006, 31, 1632-1640) on name of Rozendal., RA et al. At a current density of only 0.00005 A / cm 2, the cathode was already over-potential over 0.28 V. The relatively mild conditions that typically occur in biocatalyzed electrolysis processes may be a possible reason for this low effectiveness of platinum catalysis in biocatalyzed electrolysis . Relatively mild conditions include, inter alia, the low temperature (e.g., room temperature), the low pressure (e.g., atmospheric pressure), and the mild pH (e.g., pH 7).

De hoge kostprijs van platina in combinatie met de relatief lage stroomdichtheden 20 bij biogekatalyseerde elektrolyse en de relatief lage effectiviteit van platina katalyse onder de typische condities van biogekatalyseerde elektrolyse processen maken het interessant om op zoek de gaan naar alternatieve manieren om elektrochemische productie van waterstof aan een kathode te katalyseren.The high cost price of platinum in combination with the relatively low current densities in bio-catalyzed electrolysis and the relatively low effectiveness of platinum catalysis under the typical conditions of bio-catalyzed electrolysis processes make it interesting to look for alternative ways to electrochemically produce hydrogen to a cathode.

25 Stand van de techniekPrior art

Er is in het verleden reeds eerder aandacht besteed aan de problemen van het gebruik van platina als kathode katalysator in de context van (bio)brandstofcellen en elektrolyse cellen. In deze context is onder andere gekeken naar biologische katalysatoren. Onder (bio)brandstofcel wordt verstaan “een elektrochemisch ‘apparaat’ 30 dat continu chemische energie omzet in elektrische energie (en enige warmte) zolang brandstof en oxidator worden toegevoerd” (Hoogers, G, “Fuel Cell Technology 5In the past attention has already been paid to the problems of using platinum as a cathode catalyst in the context of (bio) fuel cells and electrolysis cells. In this context, biological catalysts have been examined, among other things. A (bio) fuel cell is understood to mean "an electrochemical" device "30 that continuously converts chemical energy into electrical energy (and some heat) as long as fuel and oxidizer are supplied" (Hoogers, G, "Fuel Cell Technology 5

Handbook”, CRC Press 2003). In een elektrolyse cel gebeurt het omgekeerde: elektrische energie wordt geïnvesteerd om gewenste chemische reacties te laten verlopen (Bard, A.J., Faulkner, L.R., “Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications”, Wiley 2001), oftewel elektrische energie wordt omgezet in chemische energie (en enige 5 warmte). Voorbeelden van elektrolyse processen zijn water elektrolyse en biogekatalyseerde elektrolyse.Handbook, CRC Press 2003). In an electrolysis cell the opposite happens: electrical energy is invested to make desired chemical reactions proceed (Bard, AJ, Faulkner, AE, "Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications", Wiley 2001), or electrical energy is converted into chemical energy ( and some 5 heat). Examples of electrolysis processes are water electrolysis and bio-catalyzed electrolysis.

In de internationale octrooiaanvraag W02004/015806 wordt een roestvrijstalen elektrode beschreven waarvan het oppervlak bedekt is met een biofïlm (in W02004/015806 gedefinieerd a Is “een film bestaande uit micro-organismen afkomstig 10 van biologisch water zoals zeewater, rivierwater etc., die zich spontaan hebben afgezet op een oppervlak”), die bedoeld is om de reactie aan de elektrode van een brandstofcel te katalyseren. De biofilm wordt gevormd door de elektrode in een medium onder te dompelen dat de groei van biofilms bevordert en tegelijkertijd een polarisatiepotentiaal aan te brengen op de elektrode (waarde tussen -0.5 en 0.0 V t.o.v. een standaard kalomel 15 elektrode). De met biofilm bedekte elektrode van een brandstofcel kan zowel een kathode als een anode zijn. In geval van een kathode katalyseert de biofilm zuurstofreductie. In geval van een anode katalyseert de biofilm een anodische brandstofcel reactie. Echter, de octrooiaanvraag richt zich niet op mogelijke biofilm toepassingen voor katalyse van elektrochemische waterstof productie aan een kathode in een elektrolyse cel, noch 20 beschrijft deze aanvraag hoe een elektrochemisch actieve microbiële cultuur die geschikt is voor elektrochemische waterstof productie verkregen zou kunnen worden.International patent application WO2004 / 015806 describes a stainless steel electrode whose surface is covered with a biofilm (defined in WO2004 / 015806 a) is “a film consisting of microorganisms originating from biological water such as seawater, river water, etc., which spontaneously deposited on a surface ") intended to catalyze the reaction at the electrode of a fuel cell. The biofilm is formed by immersing the electrode in a medium that promotes the growth of biofilms and at the same time applying a polarization potential to the electrode (value between -0.5 and 0.0 V compared to a standard calomel electrode). The biofilm-covered electrode of a fuel cell can be either a cathode or an anode. In the case of a cathode, the biofilm catalyzes oxygen reduction. In the case of an anode, the biofilm catalyzes an anodic fuel cell reaction. However, the patent application does not focus on possible biofilm applications for catalysis of electrochemical hydrogen production at a cathode in an electrolysis cell, nor does this application describe how an electrochemically active microbial culture suitable for electrochemical hydrogen production could be obtained.

Het gebruik van een biofilm op een kathode wordt ook beschreven in de octrooiaanvraag JP11057782 en door Sakakibara & Kuroda (Biotechnology and Bioengineering, vol. 42, pag. 535-537, 1993). Echter, deze referenties beschrijven de 25 abiotische productie van waterstof aan de kathode, dat vervolgens door de biofilm gebruikt wordt om nitraat te reduceren tot stikstof en water. In dit geval is dus geen sprake van een microbiële cultuur die de productie van waterstof aan de kathode katalyseert, maar van een biofilm die elektrochemisch gevormd waterstof consumeert.The use of a biofilm on a cathode is also described in patent application JP11057782 and by Sakakibara & Kuroda (Biotechnology and Bioengineering, vol. 42, pp. 535-537, 1993). However, these references describe the abiotic production of hydrogen at the cathode, which is then used by the biofilm to reduce nitrate to nitrogen and water. In this case, therefore, there is no question of a microbial culture that catalyzes the production of hydrogen at the cathode, but of a biofilm that consumes electrochemically formed hydrogen.

Tatsumi et al. (Analytical Chemistry, vol. 71, pag. 1753-1759, 1999), Tsujimura 30 et al. (Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 3, pag. 1331-1335, 2001) Lojou et al. (Electroanalysis, vol. 14, pag. 913-922, 2002) beschrijven het gebruik van elektroden met 6 geïmmobiliseerde Desulfovibrio vulgaris Hildenborough (DvH) cellen voor de productie en/of oxidatie van waterstof. De cellen werden geïmmobiliseerd door een suspensie met betreffende cellen op te sluiten tussen een membraan en een elektrisch geleidend drager materiaal. Voor hun katalytische werking op de elektrode vereisen deze DvH cellen 5 echter extern toegevoerde redox mediatoren.Tatsumi et al. (Analytical Chemistry, vol. 71, pp. 1753-1759, 1999), Tsujimura 30 et al. (Phys. Chem. Chem. Phys., Vol. 3, pp. 1331-1335, 2001) Lojou et al. al. (Electroanalysis, vol. 14, pages 913-922, 2002) describe the use of electrodes with 6 immobilized Desulfovibrio vulgaris Hildenborough (DvH) cells for the production and / or oxidation of hydrogen. The cells were immobilized by confining a suspension with affected cells between a membrane and an electrically conductive support material. However, for their catalytic action on the electrode, these DvH cells require externally supplied redox mediators.

Naast biofilm toepassingen zijn er ook systemen beschreven in de literatuur en in octrooiaanvragen waarbij geïsoleerde enzymen (en niet hele micro-organismen) als biokatalysator werden toegepast. Guiral-Brugna et al. (Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 510, pag. 136-143, 2001) en Morozov et al. (International Journal of 10 Hydrogen Energy, vol. 27, pag. 1501-1505, 2002) beschrijven mediator-loze waterstofproductie aan elektroden gemaakt van koolstof materiaal met geïmmobiliseerde hydrogenases. Morozov et al. (Russian Journal of Electrochemistry, vol. 38, pag. 97-102, 2002) lieten bovendien zien dat van één van dergelijke elektroden, 50% van de oorspronkelijke activiteit was behouden na een conservering van een half jaar in buffer 15 oplossing bij 4°C. In de octrooiaanvraag W02004/114494 wordt een brandstofcel beschreven die gebruik maakt van geïmmobiliseerde hydrogenases aan de anode voor het katalyseren van waterstof oxidatie en geïmmobiliseerde oxidases aan de kathode voor het katalyseren van zuurstof reductie. De immobilisatie kan worden bewerkstelligd middels sorptie uit een waterige oplossing of middels chemische binding. In US 2006/0159981 20 wordt een biologische brandstofcel beschreven die bestaat uit een anode met een bevestigd anode enzym en een kathode met een bevestigd kathode enzym. Het enzym op de anode katalyseert de oxidatie van een niet nader omschreven reductor en het enzym op de kathode katalyseert de reductie van een niet nader omschreven oxidator.In addition to biofilm applications, there are also systems described in the literature and in patent applications where isolated enzymes (and not whole microorganisms) were used as biocatalysts. Guiral-Brugna et al. (Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 510, pp. 136-143, 2001) and Morozov et al. (International Journal of 10 Hydrogen Energy, vol. 27, pp. 1501-1505, 2002) mediator-less hydrogen production on electrodes made of carbon material with immobilized hydrogenases. Moreover, Morozov et al. (Russian Journal of Electrochemistry, vol. 38, pp. 97-102, 2002) showed that of one of such electrodes, 50% of the original activity was retained after a half-year preservation in buffer 15 solution at 4 ° C. Patent application WO2004 / 114494 describes a fuel cell that uses immobilized hydrogenases at the anode to catalyze hydrogen oxidation and immobilized oxidases at the cathode for catalysing oxygen reduction. The immobilisation can be achieved by sorption from an aqueous solution or by chemical bonding. US 2006/0159981 20 describes a biological fuel cell consisting of an anode with an attached anode enzyme and a cathode with an attached cathode enzyme. The enzyme on the anode catalyses the oxidation of an undefined reducer and the enzyme on the cathode catalyses the reduction of an undefined oxidizer.

Uit het voorgaande blijkt dat, in het geval dat geïsoleerde hydrogenases werden 25 gebruikt als katalysator voor de elektrochemische waterstof productie aan een kathode er geen mediatoren nodig waren om een katalytisch effect te bewerkstelligen. Het gebruik van geïsoleerde hydrogenases heeft echter als nadeel dat deze geïsoleerde hydrogenases enkel na een bewerkelijke zuivering kunnen worden verkregen. Voorts missen geïsoleerde hydrogenases de vereiste stabiliteit voor langdurige toepassing en hebben ze 30 geen zelf-regenererend vermogen. Wanneer hele micro-organismen als katalysator voor de elektrochemische waterstof productie aan een kathode werden gebruikt waren tot nu 7 toe altijd extern toegevoegde mediatoren (bijvoorbeeld methyl viologen of cytochroom C3) nodig om een katalytisch effect te bewerkstelligen. Het gebruik van mediatoren heeft als nadeel dat dit kostbare verbindingen zijn met in een aantal gevallen een hoge toxiciteit.From the foregoing, it appears that, in the case that isolated hydrogenases were used as a catalyst for electrochemical hydrogen production at a cathode, no mediators were needed to effect a catalytic effect. The use of isolated hydrogenases, however, has the disadvantage that these isolated hydrogenases can only be obtained after a laborious purification. Furthermore, isolated hydrogenases lack the required stability for long-term use and have no self-regenerating capacity. When whole microorganisms were used as catalysts for electrochemical hydrogen production at a cathode, up to now 7 externally added mediators (for example methyl viologists or cytochrome C3) were always required to achieve a catalytic effect. The use of mediators has the disadvantage that these are expensive compounds with high toxicity in a number of cases.

55

Omschrijving van de uitvindingDescription of the invention

De onderhavige uitvinding beoogt een alternatief te bieden voor de kathodesystemen voor de elektrochemische waterstof productie die tot dusver beschreven zijn. De vinding verschaft hiervoor volgens een eerste aspect een werkwijze voor het 10 verkrijgen van een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur. De werkwijze omvat de stappen van: (i) het verschaffen van een bioelektrode omvattende een elektrochemisch actieve microbiële cultuur op een elektrische geleider, welke microbiële cultuur in staat is tot waterstof oxidatie; 15 (ii) het plaatsen van de bioelektrode in een medium, het voedingsmedium dat geschikt is om de fysiologie van de microbiële cultuur te ondersteunen; (iii) het op de bioelektrode aanbrengen van een potentiaal die lager is dan de evenwichtpotentiaal van het HVH2 redoxkoppel in het voedingsmedium;It is an object of the present invention to provide an alternative to the electrochemical hydrogen production cathode systems described so far. In accordance with a first aspect, the invention provides a method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture. The method comprises the steps of: (i) providing a bioelectrode comprising an electrochemically active microbial culture on an electrical conductor, which microbial culture is capable of hydrogen oxidation; (Ii) placing the bioelectrode in a medium, the nutrient medium suitable to support the physiology of the microbial culture; (iii) applying to the bioelectrode a potential that is lower than the equilibrium potential of the HVH2 redox couple in the nutrient medium;

De bioelektrode welke in de werkwijze wordt verschaft omvat een 20 elektrochemisch actieve microbiële cultuur op een elektrische geleider. Deze microbiële cultuur is in staat is tot waterstof oxidatie. Met de term elektrochemisch actieve microbiële cultuur wordt in het kader van de onderhavige uitvinding bedoeld een cultuur van micro-organismen die een elektrode direct, dat wil zeggen zonder gebmik va extern toegevoerde redox mediatoren, kunnen gebruiken als elektronendonor (kathodofiele 25 organismen) dan wel als elektronenacceptor (anodofiele organismen). Het bestaan van dergelijke anodofiele organismen is bekend in het vakgbied uit onder andere “Principle and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis” (International Journal of Hydrogen Energy 2006, 31, 1632-1640) op naam van Rozendal., R. A. et al. en in “Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached 30 to electrodes” Applied and Environmental Microbiology 2003, 69, 1548-1555 op naam van Bond, D. R. en Lovley, D. R.).The bioelectrode provided in the method comprises an electrochemically active microbial culture on an electrical conductor. This microbial culture is capable of hydrogen oxidation. In the context of the present invention, the term electrochemically active microbial culture is understood to mean a culture of microorganisms that can use an electrode directly, i.e. without the use of externally supplied redox mediators, as an electron donor (cathodophilic organisms) or as an electron acceptor (anodophilic organisms). The existence of such anodophilic organisms is known in the art from, among others, "Principles and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis" (International Journal of Hydrogen Energy 2006, 31, 1632-1640) in the name of Rozendal., RA et al. And in “Electricity production by Geobacter sulfoaducens attached 30 to electrodes” Applied and Environmental Microbiology 2003, 69, 1548-1555 in the name of Bond, DR and Lovley, DR).

88

De microbiële cultuur is aanwezig op een elektrische geleider, dat wil zeggen een materiaal d at e en elektrische s troom k an g eleiden. A ls e lektrische g eleider i s k oolstof, bijvoorbeeld in de vorm van koolstofvilt of koolstofpapier of grafietvilt of grafïetpapier bijzonder geschikt. De deskundige kan echter geschikte andere materialen selecteren.The microbial culture is present on an electrical conductor, that is to say a material that can conduct electrical current. As an electrical conductor is particularly suitable, for example in the form of carbon felt or carbon paper or graphite felt or graphite paper. However, the skilled person can select suitable other materials.

5 Naar een elektrische geleider wordt in deze beschrijving en de conclusies tevens verwezen met de term ladingsverdeler.An electrical conductor is also referred to in this description and the claims with the term charge distributor.

De elektrochemisch actieve microbiële cultuur die aanwezig is op de bioelektrode is in staat tot waterstof oxidatie. Waterstof oxidatie is een proces waarbij H2 wordt omgezet naar protonen en elektronen volgens de omgekeerde reactie van bovenstaande 10 reactievergelijking (3a en/of 3b). De deskundige zal begrijpen dat de reacties volgens reactievergelijking 3a en 3b overeenkomstige reacties zijn, en dat reactie 3a wordt verkregen door links en rechts 2 OH' weg te strepen uit reactie 3b. De organismen van een elektrochemisch actieve microbiële cultuur die in staat is tot waterstof oxidatie zijn hierbij in staat om de gevormde elektronen direct, dat wil zeggen zonder een extern 15 toegevoerde redox mediator, af te geven aan een anode als elektronen acceptor.The electrochemically active microbial culture present on the bioelectrode is capable of hydrogen oxidation. Hydrogen oxidation is a process in which H 2 is converted to protons and electrons according to the reverse reaction of the above reaction equation (3a and / or 3b). The person skilled in the art will understand that the reactions according to reaction equation 3a and 3b are similar reactions, and that reaction 3a is obtained by stripping left and right 2 OH 'from reaction 3b. The organisms of an electrochemically active microbial culture capable of hydrogen oxidation are capable of directly delivering the electrons formed, i.e. without an externally supplied redox mediator, to an anode as an electron acceptor.

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt de bioelektrode geplaatst in een medium, het voedingsmedium, dat geschikt is om de fysiologie van tenminste een deel van de organismen in de microbiële cultuur te ondersteunen. Ondersteuning van de fysiologie wil hierbij zeggen dat de organismen metaboolactief kunnen zijn. In het kader 20 van de huidige uitvinding is met name metabole activiteit van de organismen in de microbiële cultuur met betrekking tot waterstof vorming via bijvoorbeeld één of meer van de bovenstaande reacties 3a en 3b van belang. Media die geschikt zijn als voedingsmedium zijn bekend voor de deskundige. Een dergelijk geschikt medium is bijvoorbeeld Postgate's medium. Andere geschikte media staan beschreven in 25 voorbeelden 1 en 2.In the method according to the invention, the bioelectrode is placed in a medium, the nutrient medium, which is suitable to support the physiology of at least a part of the organisms in the microbial culture. Supporting physiology means that the organisms can be metabolically active. In the context of the present invention, in particular, metabolic activity of the organisms in the microbial culture with respect to hydrogen formation via, for example, one or more of the above reactions 3a and 3b is important. Media suitable as a nutrient medium are known to those skilled in the art. Such a suitable medium is, for example, Postgate's medium. Other suitable media are described in examples 1 and 2.

Voor waterstofproductie is het verder van belang dat het voedingsmedium een lage zuurstof spanning heeft. Het medium is derhalve bij voorkeur microaerofïel, en met meer voorkeur in hoofdzaak anaëroob.For hydrogen production, it is further important that the nutrient medium has a low oxygen voltage. The medium is therefore preferably microaerophilic, and more preferably substantially anaerobic.

Over het algemeen is een waterige oplossing van sporenelementen die verder een 30 koolstof bron, bij voorkeur kooldioxide, omvat met een pH van 2-10, zoals pH 3-9, bij voorkeur pH 5-7 geschikt.In general, an aqueous solution of trace elements which further comprises a carbon source, preferably carbon dioxide, with a pH of 2-10, such as pH 3-9, preferably pH 5-7.

99

Om groei van methanogene organismen, die watersof consumeren, te beperken heeft het de voorkeur om een lage pH van beneden pH 5,0, zoals beneden pH 4,0, te gebruiken. Bekend is dat methanoge organismen worden geremd door een dergelijke lage pH waarde. Daarnaast kan groei van methanogene bacteriën worden geremd door de 5 concentratie kooldioxide te minimaliseren nadat de microbiele cultuur voldoende is gegroeid. Een Pco2 van beneden 0,0003 atmosfeer, zoals beneden 0,0002 of beneden 0,0001 atmosfeer kan hiervoor worden gebruikt.To limit the growth of methanogenic organisms that consume water, it is preferable to use a low pH below pH 5.0, such as below pH 4.0. Methanoic organisms are known to be inhibited by such a low pH value. In addition, growth of methanogenic bacteria can be inhibited by minimizing the concentration of carbon dioxide after the microbial culture has grown sufficiently. A Pco2 of below 0.0003 atmosphere, such as below 0.0002 or below 0.0001 atmosphere can be used for this.

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt een potentiaal aangebracht op de bioelektrode die lager is dan de evenwichtpotentiaal in het voedingsmedium van het 10 H+/H2 redoxkoppel. De evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel in het voedingsmedium kan door de vakman bepaald worden op theoretische basis (op basis van kennis van de samenstelling van het voedingsmedium en de overige reactiecondities). Verder kan de evenwichtspotentiaal in een aantal gevallen bepaald worden door het bepalen van het open-circuit voltage van een cel. Het aanbrengen van de potentiaal kan 15 met behulp van een potentiostaat of een andere geschikte elektrische vermogensbron.In the method according to the invention, a potential is applied to the bioelectrode which is lower than the equilibrium potential in the feed medium of the 10 H + / H 2 redox couple. The equilibrium potential of the H + / H2 redox couple in the nutrient medium can be determined by those skilled in the art on a theoretical basis (based on knowledge of the composition of the nutrient medium and the other reaction conditions). Further, in a number of cases, the equilibrium potential can be determined by determining the open circuit voltage of a cell. The application of the potential can be done with the aid of a potentiostat or another suitable electrical power source.

Voor elektrochemisch actieve micro-organismen die aangepast zijn aan waterstof oxidatie, waarbij elektronen worden afgegeven aan de als anode functionerende ladingsverdeler van de elektrode betekent de overschakeling naar een potentiaal die lager is dan de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel in het voedingsmedium een 20 omkering van hun elektro-chemische reactie. Doordat deze potentiaal onder de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 koppel ligt zullen de cellen gedwongen zijn om de reactie in de richting van proton reductie te katalyseren. Aldus zullen ze op elektro-actieve wijze waterstof produceren.For electrochemically active microorganisms adapted to hydrogen oxidation, where electrons are delivered to the electrode's charge divider, the switch to a potential that is lower than the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple in the nutrient medium reversal of their electro-chemical reaction. Because this potential is below the equilibrium potential of the H + / H2 couple, the cells will be forced to catalyze the reaction in the direction of proton reduction. Thus, they will produce hydrogen in an electro-active manner.

De in stap (iii) van de werkwijze aangebrachte potentiaal is bijvoorbeeld 25 tenminste 5, 10, 15, 20, 25, 40, 50, 60 mV lager dan de e venwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel in het voedingsmedium, zoals meer dan 70, 80, 90, 100, 120, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 of meer dan 1000 mV lager dan de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel in het voedingsmedium.The potential applied in step (iii) of the method is, for example, at least 5, 10, 15, 20, 25, 40, 50, 60 mV lower than the equilibrium potential of the H + / H 2 redox couple in the nutrient medium, such as more than 70, 80, 90, 100, 120, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 or more than 1000 mV lower than the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple in the nutrient medium.

30 Hierbij zijn voor bepaalde toepassingen geringe verschillen van de opgelegde potentiaal ten opzichte van de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel 10 voordelig, daar hiermee organismen worden geselecteerd die met een geringe energie investering H2 kunnen produceren.For certain applications, small differences of the imposed potential with respect to the equilibrium potential of the H + / H 2 redox torque are advantageous here, since this selects organisms that can produce H 2 with a low energy investment.

De opgelegde potentiaal kan worden aangebracht met behulp van een vermogensbron. Als vermogensbron is bijvoorbeeld een potentiostaat bijzonder geschikt.The imposed potential can be applied using a power source. A potentiostat, for example, is particularly suitable as a power source.

5 Een dergelijke potentiostaat kan gekoppeld worden aan een referentie elektrode, bijvoorbeeld een standaard waterstofelektrode, een kalomelelektrode of een Ag/AgCl elektrode, om de potentiaal van de bioelektrode nauwkeurig te regelen ten opzichte van de evenwichtpotentiaal van het H+/H2 koppel in het voedingsmedium. Het gebruik van een potentiostaat is echter niet noodzakelijk en elke andere elektrische vermogensbron, 10 waarvan de deskundige begrijpt dat deze geschikt is om een potentiaal aan te brengen op de bioelektrode kan worden gebruikt.Such a potentiostat can be coupled to a reference electrode, for example a standard hydrogen electrode, a calomel electrode or an Ag / AgCl electrode, to accurately control the potential of the bioelectrode with respect to the equilibrium potential of the H + / H2 couple in the feed medium. However, the use of a potentiostat is not necessary and any other electrical power source, which the person skilled in the art understands to be suitable for applying a potential to the bioelectrode, can be used.

Op alternatieve wijze kan de potentiaal geregeld worden onder de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel, door deze evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel te verschuiven, zoals te verlagen, bijvoorbeeld door het verlagen van 15 de pH van het voedingsmedium en/of het verlagen van de waterstof spanning of door andere veranderingen in de reactie condities zoals de temperatuur, zoals bekend is voor de deskundige. De evenwichtspotentiaal van het H+/H2 koppel is bijvoorbeeld 0,0 V bij pH 0,0 onder standaard condities (T= 25 °C en Ph, = 1 atm) Bij pH 7,0 is deze evenwichtspotentiaal onder dezelfde standaard condities -0,42 V. Hieruit is een 20 potentiaal stijging van ±60 mV per pH eenheid af te leiden. Een pH verlaging van het voedingsmedium kan aldus ook gebruikt worden om een aanwezige potentiaal op een kathode een waarde te laten krijgen, die onder de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel in het voedingsmedium ligt.Alternatively, the potential can be controlled below the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple, by shifting this equilibrium potential from the H + / H2 redox couple, such as lowering, for example, lowering the pH of the nutrient medium and / or lowering of the hydrogen tension or by other changes in the reaction conditions such as the temperature, as is known to those skilled in the art. The equilibrium potential of the H + / H2 couple is, for example, 0.0 V at pH 0.0 under standard conditions (T = 25 ° C and Ph, = 1 atm). At pH 7.0, this equilibrium potential is -0, under the same standard conditions. 42 V. From this a potential increase of ± 60 mV per pH unit can be deduced. A pH reduction of the nutrient medium can thus also be used to have a potential present on a cathode get a value that is below the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple in the nutrient medium.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de bioelektrode 25 verkregen door een bioanode, omvattende een elektrochemisch actieve microbiële cultuur op een ladingsverdeler, welke microbiële cultuur in staat is tot oxidatie van een biologisch oxideerbare koolstofverbinding te plaatsen in een voedingsmedium, dat in staat is de fysiologie van tenminste een deel van de microbiële cultuur te ondersteunen, bij een potentiaal die hoger is dan de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel in 30 het voedingsmedium. Dit geschiedt onder condities van limitatie van de biologisch oxideerbare kooIstofVerbinding in de aanwezigheid van waterstof. De aangebrachte 11 potentiaal kan bijvoorbeeld tot 1000 mV, tot 800 mV, zoals tot 500 mV hoger zijn dan de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel in het voedingsmedium. Bij voorkeur is de aangebrachte potentiaal tot 200 mV hoger, zoals tot 150 mV, 100 mV, of 50 mV hoger.According to a preferred embodiment of the method, the bioelectrode is obtained by a bioanode comprising an electrochemically active microbial culture on a charge distributor, which microbial culture is able to place oxidation of a biologically oxidizable carbon compound in a nutrient medium capable of physiology of at least a portion of the microbial culture, at a potential higher than the equilibrium potential of the H + / H 2 redox couple in the nutrient medium. This is done under conditions of limitation of the biologically oxidizable carbon Compound in the presence of hydrogen. The applied potential can, for example, be up to 1000 mV, up to 800 mV, such as up to 500 mV higher than the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple in the feed medium. Preferably, the applied potential is up to 200 mV higher, such as up to 150 mV, 100 mV, or 50 mV higher.

5 Geschikte biologisch oxideerbare koolstof verbindingen kunnen door de deskundige worden geselecteerd. Voorbeelden van geschikte biologisch oxideerbare koolstof verbindingen zijn bijvoorbeeld kortketenige (Ci-Có) organische zuren, zoals melkzuur, azijnzuur en gedissocieerde vormen hiervan, kortketenige (Ci-Có) alcoholen, zoals ethanol en propanol of koolhydraten zoals glucose, fructose, lactose of sacharose.Suitable biologically oxidizable carbon compounds can be selected by the skilled person. Examples of suitable biologically oxidizable carbon compounds are, for example, short-chain (C 1 -C 6) organic acids, such as lactic acid, acetic acid and dissociated forms thereof, short-chain (C 1 -C 6) alcohols, such as ethanol and propanol or carbohydrates such as glucose, fructose, lactose or sucrose.

10 Door deze stap wordt op de bioanode een elektrochemisch actieve microbiële cultuur geselecteerd die in staat is tot waterstof oxidatie bijvoorbeeld via een reactie die omgekeerd verloopt aan de reactie weergegeven in bovenstaande reactievergelijking 3a of 3b. De uitvinders van de huidige uitvinding hebben gevonden dat een dergelijke elektrochemisch actieve microbiële cultuur, die in staat is tot waterstof oxidatie, 15 elektrochemisch waterstof kunnen produceren bij een potentiaal lager dan de evenwichtspotentiaal van het HVH2 redox koppel in het voedingsmedium waarin zij zich bevinden.By this step, an electrochemically active microbial culture is selected on the bioanode that is capable of hydrogen oxidation, for example via a reaction that runs in reverse to the reaction shown in above reaction equation 3a or 3b. The inventors of the present invention have found that such an electrochemically active microbial culture capable of hydrogen oxidation can produce electrochemical hydrogen at a potential lower than the equilibrium potential of the HVH2 redox couple in the nutrient medium in which they are located.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze is een biologisch niet-oxideerbare koolstofbron, zoals een kooldioxide bron aanwezig onder 20 condities van limitatie van de biologisch oxideerbare koolstofverbinding . De aanwezigheid van een koolstofbron maakt microbiële groei mogelijk. Een kooldioxide bron is bijvoorbeeld kooldioxide of een oplossing die H2CO3 en/of HCO3' en/of CO32’ bevat.According to a further preferred embodiment of the method, a biologically non-oxidizable carbon source, such as a carbon dioxide source, is present under conditions of limitation of the biologically oxidizable carbon compound. The presence of a carbon source makes microbial growth possible. A carbon dioxide source is, for example, carbon dioxide or a solution containing H2CO3 and / or HCO3 'and / or CO32'.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het overenten van de kathodofiele, 25 waterstof producerende microbiële cultuur op een ladingsverdeler. Door het overenten van de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur kan deze cultuur op eenvoudige wijze verveelvoudigd worden en/of kan een veelvoud elektrodes met de kathodofiele microbiële cultuur worden verkregen. Het overenten kan geschieden op elke geschikte wijze die voor de deskundige bekend is voor het overenten van micro-30 organismen.A further preferred embodiment comprises grafting the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture onto a charge distributor. By inoculating the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, this culture can be multiplied in a simple manner and / or a plurality of electrodes can be obtained with the cathodophilic microbial culture. The inoculation can be carried out in any suitable manner known to the person skilled in the art for inoculating microorganisms.

1212

Een verder aspect van de uitvinding heeft betrekking op een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur. Een dergelijke microbiële cultuur die zonder gebruik van externe redox mediatoren in staat is om op elektro-chemische wijze waterstof te produceren is niet eerder beschreven. De microbiële cultuur bevat micro-organismen 5 die in staat zijn om waterstof te produceren door middel van protonreductie en/of waterreductie, zoals beschreven in bijvoorbeeld reactievergelijkingen 3a en 3b. De microbiële cultuur kan een monocultuur zijn of een gemengde cultuur. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de microbiële cultuur verkrijgbaar met de werkwijze volgens de uitvinding voor het verkrijgen van de genoemde microbiële cultuur.A further aspect of the invention relates to a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture. Such a microbial culture capable of producing hydrogen in an electrochemical manner without the use of external redox mediators has not been described previously. The microbial culture contains microorganisms that are capable of producing hydrogen by means of proton reduction and / or water reduction, as described in, for example, reaction equations 3a and 3b. The microbial culture can be a monoculture or a mixed culture. According to a preferred embodiment, the microbial culture is obtainable with the method according to the invention for obtaining said microbial culture.

10 Verdere aspecten van de uitvinding hebben betrekking op het gebruik van een microbiële cultuur volgens de uitvinding voor de productie van waterstof. Zoals boven beschreven is de microbiële cultuur geschikt voor de productie van waterstof.Further aspects of the invention relate to the use of a microbial culture according to the invention for the production of hydrogen. As described above, the microbial culture is suitable for the production of hydrogen.

Weer verdere aspecten van de onderhavige uitvinding hebben betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een bioelektrode welke bijvoorbeeld geschikt is als 15 biokathode, bijvoorbeeld voor gebruik in biogekatalyseerde elektrolyse van water. De werkwijze omvat het verschaffen van een lichaam van een elektrisch geleidend materiaal en het aanbrengen van een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur op het oppervlak van het elektrisch geleidend materiaal.Still further aspects of the present invention relate to a method for manufacturing a bioelectrode which is suitable, for example, as a biocathode, for example for use in biocatalyzed electrolysis of water. The method comprises providing a body of an electrically conductive material and applying a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture to the surface of the electrically conductive material.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is dit een werkwijze waarbij: 20 (i) het verschafte lichaam van het elektrisch geleidend materiaal twee gescheiden oppervlakken omvat; (ii) op een eerste oppervlak, het kathode-oppervlak, de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur wordt aangebracht; (iii) op een tweede oppervlak, het anode-oppervlak, een katalysator voor een 25 elektrochemische oxidatiereactie wordt aangebracht.According to a preferred embodiment, this is a method wherein: (i) the provided body of the electrically conductive material comprises two separate surfaces; (ii) on a first surface, the cathode surface, the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture is applied; (iii) a catalyst for an electrochemical oxidation reaction is provided on a second surface, the anode surface.

Aldus wordt in deze werkwijze gebruik gemaakt van de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur volgens de uitvinding.Thus in this method use is made of the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture according to the invention.

In de werkwijze wordt een lichaam van een elektrisch geleidend materiaal of wel een ladingsverdeler verschaft. In het kader van deze uitvinding wordt met de term 30 ladingsverdeler bedoeld een materiaal dat elektrische lading kan geleiden. Geschikte 13 ladingsverdelers zijn bijvoorbeeld koolstof, bijvoorkeur koolstofpapier, een koolstofplaat, grafietpapier, een grafietplaat of een elektrisch geleidend metaal zoals koper of titaan.In the method, a body of an electrically conductive material or a charge distributor is provided. In the context of this invention, the term charge distributor means a material that can conduct electrical charge. Suitable charge dividers are, for example, carbon, preferably carbon paper, a carbon plate, graphite paper, a graphite plate or an electrically conductive metal such as copper or titanium.

In de werkwijze wordt het op het oppervlak van het lichaam van de elektrische geleider een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur volgende de 5 uitvinding aangebracht. Het aanbrengen kan op elke wijze waarvan de deskundige begrijpt dat deze geschikt is voor het aanbrengen van een microbiële cultuur.In the method, a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture according to the invention is applied to the surface of the body of the electrical conductor. The application can be made in any manner that the skilled person understands to be suitable for applying a microbial culture.

Het lichaam omvat volgens een voorkeursuitvoeringsvorm twee gescheiden oppervlakken. Hiermee wordt bedoeld dat de twee oppervlakken gescheiden moeten kunnen worden van elkaar dusdanig dat één oppervlak dienst kan doen als kathode en het 10 ander dienst kan doen als anode. Dit kan bij voorbeeld door het lichaam te selecteren als een in hoofdzaak twee dimensionaal lichaam zoals een plaatvormig lichaam, bij voorkeur een vlakke plaat.According to a preferred embodiment, the body comprises two separate surfaces. This means that it must be possible to separate the two surfaces from each other such that one surface can serve as a cathode and the other can serve as an anode. This is possible, for example, by selecting the body as a substantially two-dimensional body such as a plate-shaped body, preferably a flat plate.

In deze voorkeursuitvoeringsvorm wordt op het eerste oppervlak, het kathode oppervlak een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur volgende de 15 uitvinding aangebracht. Op een tweede oppervlak, het anode oppervlak, wordt een katalysator voor een elektrochemische oxidatie reactie, bijvoorbeeld een anaërobe oxidatie reactie, aangebracht. De katalysator kan elke geschikte katalysator zijn en het aanbrengen kan op elke wijze waarvan de deskundige begrijpt dat deze geschikt is voor het aanbrengen van het gebruikte type katalysator. De katalysator kan bijvoorbeeld 20 worden geselecteerd uit de groep van platina en/of een elektrochemisch actieve microbiële cultuur die in staat is tot elektrochemische oxidatie, bijvoorbeeld een anaërobe oxidatie, van een biologisch oxideerbaar substraat, zoals een biologisch oxideerbare koolstofverbinding. Laatst genoemde microbiële cultuur kan organismen omvatten uit de groep van Geobacter sulferreducens, Shewanella putrefaciens, Geobacer metallireducens 25 en Rhodoferax ferrireducens of andere organismen uit de genera waartoe deze genoemde species behoren of een consortium van deze organismen.In this preferred embodiment, a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture according to the invention is applied to the first surface, the cathode surface. A catalyst for an electrochemical oxidation reaction, for example an anaerobic oxidation reaction, is provided on a second surface, the anode surface. The catalyst can be any suitable catalyst and the application can be in any manner that is understood by those skilled in the art to be suitable for applying the type of catalyst used. The catalyst can for example be selected from the group of platinum and / or an electrochemically active microbial culture capable of electrochemical oxidation, for example an anaerobic oxidation, of a biologically oxidizable substrate, such as a biologically oxidizable carbon compound. The latter microbial culture may comprise organisms from the group of Geobacter sulferreducens, Shewanella putrefaciens, Geobacer metallireducens, and Rhodoferax ferricreducens or other organisms from the genera to which said species belong or a consortium of these organisms.

De bifiinctionele bioelektrode die wordt verkregen met de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze omvat een lichaam van een ladingsverdeler, welk lichaam twee gescheiden oppervlakken omvat, met op het eerste oppervlak, het 30 kathode oppervlak, een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur en op het 14 tweede oppervlak, het anode oppervlak, een katalysator voor een elektrochemische oxidatie reactie.The bi-functional bioelectrode obtained with the above-described preferred embodiment of the method comprises a body of a charge distributor, which body comprises two separate surfaces, with on the first surface, the cathode surface, a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture and on the second surface, the anode surface, a catalyst for an electrochemical oxidation reaction.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op de bioelektrode, in het bijzonder een bifunctionele bioelektrode, die wordt verkregen met deze werkwijze. De 5 kenmerken van deze bioelektrode en de bifunctionele bioelektrode alsmede die van de in de conclusies genoemde voorkeursuitvoeringsvormen zullen voor de vakman duidelijk zijn uit de beschrijving betreffende de werkwijze voor de vervaardiging van deze bifunctionele bioelektrode.The present invention also relates to the bioelectrode, in particular a bifunctional bioelectrode, obtained with this method. The characteristics of this bioelectrode and the bifunctional bioelectrode as well as those of the preferred embodiments mentioned in the claims will be clear to those skilled in the art from the description of the method for manufacturing this bifunctional bioelectrode.

Volgens een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op een inrichting. Deze 10 inrichting is geschikt voor gebruik als elektrolyse inrichting. De inrichting omvat een aantal compartimenten, met in elk der compartimenten een op afstand van elkaar geplaatste anode en een kathode. Op de anode is er een katalysator voor de elektrochemische oxidatie van een oxideerbaar substraat en op de kathode een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur. Verder is er tussen de anode en 15 kathode een iongeleidende scheiding aanwezig is, die het aantal compartimenten deelt in een kathodedeelcompartiment aan de zijde van de kathode en een anodedeelcompartiment aan de zijde van de anode. In de kathode deelcompartimenten is een voedingsmedium aanwezig, dat geschikt is voor het ondersteunen van de fysiologie van de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur. De inrichting omvat 20 verder middelen voor het toevoeren aan de anodedeelcompartimenten van een substraatmedium omvattende het oxideerbaar substraat en middelen voor het afvoeren van waterstof uit de kathodedeelcompartimenten. Voorts is er een elektrische verbinding tussen een aantal anodes en een aantal kathodes.According to a further aspect the invention relates to a device. This device is suitable for use as an electrolysis device. The device comprises a number of compartments, with an anode and a cathode spaced apart in each of the compartments. On the anode there is a catalyst for the electrochemical oxidation of an oxidizable substrate and on the cathode a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture. Furthermore, there is an ion-conducting separation between the anode and cathode, which divides the number of compartments into a cathode sub-compartment on the side of the cathode and an anode sub-compartment on the side of the anode. A nutrient medium is present in the cathode sub-compartments, which is suitable for supporting the physiology of the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture. The device further comprises means for supplying to the anode subcompartments a substrate medium comprising the oxidizable substrate and means for discharging hydrogen from the cathode subcompartments. Furthermore, there is an electrical connection between a number of anodes and a number of cathodes.

De iongeleidende scheiding kan een kation of anion geleidend materiaal zijn, 25 zoals een kation selectief membraan, een anion selectief membraan of een bipolaire membraan. Ook (micro)poreuze membranen zoals microfïltratie, ultrafiltratie of nanofiltratie membranen zijn geschikt. Dergelijke materialen zijn bekend voor de deskundige.The ion-conducting separation can be a cation or anion-conducting material, such as a cation-selective membrane, an anion-selective membrane, or a bipolar membrane. (Micro) porous membranes such as microfiltration, ultrafiltration or nanofiltration membranes are also suitable. Such materials are known to the skilled person.

Een inrichting voor elektrolyse van het bovengenoemde type is op zich bekend in 30 het vakgebied. De elektrolyse inrichting volgens de uitvinding onderscheidt zich echter van die welke bekend zijn in de stand der techniek door de aanwezigheid van een 15 kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur op de kathode. In het kader van deze beschrijving betekent de term een aantal één of meer.An electrolysis device of the above-mentioned type is known per se in the art. The electrolysis device according to the invention, however, differs from those known in the art by the presence of a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture on the cathode. In the context of this description, the term a number means one or more.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de elektrolyse inrichting is het aantal compartimenten een veelvoud compartimenten. Het veelvoud compartimenten is 5 onderverdeeld in een eerste en een tweede eindstandig compartiment en een aantal daar tussen gelegen tussencompartimenten. Hierbij is het aantal anodes en kathodes alternerend aanwezig in de inrichting. Verder is in deze uitvoeringsvorm de elektrische verbinding tussen het aantal anodes en het aantal kathodes ingericht als een elektrische verbinding tussen de anode en kathode van aangrenzende tussencompartimenten, een 10 elektrische verbinding tussen de kathode van het eerste eindstandigcompartiment en de anode van het aan het eerste eindstandigcompartiment grenzende tussencompartiment, een elektrisch verbinding tussen de anode van het tweede eindstandigcompartiment en de kathode van het aan het tweede eindstandigcompartiment grenzende tussencompartiment en een elektrisch verbinding tussen de anode en kathode van de eindstandige 15 compartimenten. Deze elektrische verbindingen zijn dusdanig, dat elke anode elektrisch verbonden is met één kathode.According to a preferred embodiment of the electrolysis device, the number of compartments is a plurality of compartments. The plurality of compartments is subdivided into a first and a second terminal compartment and a number of intermediate compartments between them. The number of anodes and cathodes is alternately present in the device. Furthermore, in this embodiment, the electrical connection between the number of anodes and the number of cathodes is arranged as an electrical connection between the anode and cathode of adjacent intermediate compartments, an electrical connection between the cathode of the first terminal compartment and the anode of the first terminal compartment adjacent intermediate compartment, an electrical connection between the anode of the second terminal compartment and the cathode of the intermediate compartment adjacent to the second terminal compartment and an electrical connection between the anode and cathode of the terminal compartments. These electrical connections are such that each anode is electrically connected to one cathode.

De elektrolyse inrichting volgens deze uitvoeringsvorm kan worden vorm geven als een stack van elektrolyse cellen.The electrolysis device according to this embodiment can be shaped as a stack of electrolysis cells.

De elektrische verbinding tussen een aantal anodes en kathodes omvat volgens 20 een verdere voorkeursuitvoeringsvorm een vermogensbron voor het instellen van de potentiaal van de kathode. Indien een vermogensbron aanwezig is zal deze voor een stack op genomen zijn in de elektrisch verbinding tussen de anode en kathode van de eindstandige compartimenten.According to a further preferred embodiment, the electrical connection between a number of anodes and cathodes comprises a power source for adjusting the potential of the cathode. If a power source is present, it will be included for a stack in the electrical connection between the anode and cathode of the terminal compartments.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvormen van de elektrolyse inrichting 25 omvat de katalysator voor de elektrochemische oxidatie van een oxideerbaar substraat op de anodes een katalysator uit de groep omvattende platina en/of een micro-organisme geselecteerd uit de groep van Geobacter sulferreducens, Shewanella putrefaciens, Geobacer metallireducens en Rhodoferax ferrireducens andere organismen uit de genoemde genera of een consortium van een of meer organismen hieruit. Van deze 30 organismen is bekend dat ze anodofiel kunnen werken.According to another preferred embodiment of the electrolysis device, the catalyst for the electrochemical oxidation of an oxidizable substrate on the anodes comprises a catalyst from the group comprising platinum and / or a microorganism selected from the group of Geobacter sulferreducens, Shewanella putrefaciens, Geobacer metallireducens and Rhodoferax ferric reducts other organisms from said genera or a consortium of one or more organisms therefrom. These organisms are known to be anodophilic.

1616

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvormen van de elektrolyse inrichting zijn de anodes en kathodes van de tussencompartimenten ingericht als bifunctionele elektrodes volgens de uitvinding. Door de lage interne weerstand van de bifunctionele elektrode is de interne weerstand van de elektrolyse richting tevens verlaagd ten opzichte 5 van een elektrolyse inrichting uit de stand der techniek met een vergelijkbaar elektrode oppervlak.According to a further preferred embodiment of the electrolysis device, the anodes and cathodes of the intermediate compartments are arranged as bifunctional electrodes according to the invention. Due to the low internal resistance of the bifunctional electrode, the internal resistance of the electrolysis direction is also reduced compared to an electrolysis device from the prior art with a comparable electrode surface.

Volgens een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het produceren van waterstof. De werkwijze omvat: (i) het verschaffen van een inrichting voor elektrolyse volgens de uitvinding; 10 (ii) het aan de anodedeelcompartimenten toevoeren van een substraatmedium omvattende een oxideerbaar substraat; (iii) het aanbrengen van een potentiaal op het aantal kathodes welke potentiaal ligt onder de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel in het voedingsmedium; 15 (iv) het afvoeren van het waterstof geproduceerd aan de kathode.In a further aspect, the invention relates to a method for producing hydrogen. The method comprises: (i) providing an electrolysis device according to the invention; (Ii) supplying a substrate medium comprising an oxidizable substrate to the anode sub-compartments; (iii) applying a potential to the plurality of cathodes which potential is below the equilibrium potential of the H + / H 2 redox couple in the nutrient medium; (Iv) draining the hydrogen produced at the cathode.

Het aan de anodedeelcompartimenten toevoeren van het substraat medium kan op elke geschikte wijze zoals (continue) verpomping. Het oxideerbaar substraat kan elk geschikt substraat zijn zoals bekend voor de deskundige. Het substraatmedium kan bijvoorbeeld een afvalwaterstroom zijn met een hooggehalte aan organische 20 verbindingen.Supplying the substrate medium to the anode subcompartments can be done in any suitable manner such as (continuous) pumping. The oxidizable substrate can be any suitable substrate as known to the skilled person. The substrate medium can for instance be a waste water stream with a high content of organic compounds.

Het aanbrengen van de potentiaal op het aantal kathodes welke potentiaal ligt onder de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel kan met behulp van een eventuele vermogensbron waarmee een anode en kathode zijn verbonden in de elektrolyse inrichting volgens de uitvinding. Op alternatieve wijze kan zoals boven 25 beschreven de potentiaal geregeld worden onder de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel, door deze evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel te verschuiven, zoals te verlagen, bijvoorbeeld door het verlagen van de pH van het voedingsmedium en/of het verlagen van de waterstof spanning.The application of the potential to the number of cathodes which potential is below the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple can be made with the aid of any power source to which an anode and cathode are connected in the electrolysis device according to the invention. Alternatively, as described above, the potential can be controlled below the equilibrium potential of the H + / H2 redox couple, by shifting this equilibrium potential of the H + / H2 redox couple, such as lowering, for example, by lowering the pH of the nutrient medium and / or or reducing the hydrogen voltage.

De op de kathode opgelegde potentiaal is bij voorkeur dusdanig, dat een gewenste 30 hoeveelheid H2 wordt geproduceerd per tijdseenheid. Deze gewenste hoeveelheid H2 kan vooraf worden vastgesteld. Een ander mogelijk criterium voor de productie van H2 is de 17 geïnvesteerde energie in de vorm van de opgelegde potentiaal. Een hogere energie investering kan de kostprijs van het geproduceerd H2 doen stijgen. De deskundige zal in staat zijn om de opgelegde potentiaal te optimaliseren met betrekking tot kostprijs van de waterstof.The potential imposed on the cathode is preferably such that a desired amount of H2 is produced per unit of time. This desired amount of H2 can be determined in advance. Another possible criterion for the production of H2 is the 17 invested energy in the form of the imposed potential. A higher energy investment can increase the cost of the H2 produced. The person skilled in the art will be able to optimize the potential imposed with respect to the cost price of the hydrogen.

5 Het waterstof, dat aan de kathode deelcompartimenten wordt geproduceerd kan op elke geschikte wijze worden afgevoerd voor direct gebruik en/of opslag.The hydrogen produced at the cathode sub-compartments can be discharged in any suitable manner for direct use and / or storage.

FiguurbeschriivingFigure description

De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de navolgende 10 voorbeelden en de bijgesloten figuren, die niet-limiterende uitvoeringsvoorbeelden geven van de uitvinding.The invention is now further elucidated with reference to the following examples and the enclosed figures, which give non-limitative exemplary embodiments of the invention.

Figuur IA-1C toont een overzicht van een uitvoeringsvorm van de werkwijze voor het verkrijgen van de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur;1A-1C shows an overview of an embodiment of the method for obtaining the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture;

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm van een elektrolyse inrichting volgens de 15 uitvinding;Figure 2 shows an embodiment of an electrolysis device according to the invention;

Figuur 3 toont een detail van de biokathode van de elektrolyse inrichting van figuur 2;Figure 3 shows a detail of the biocathode of the electrolysis device of Figure 2;

Figuur 4 toont een doorsnede door een bifunctionele elektrode volgens de uitvinding; 20 Figuur 5 toont een detail van de doorsnede door de bifunctionele elektrode van figuur 4;Figure 4 shows a section through a bifunctional electrode according to the invention; Figure 5 shows a detail of the section through the bifunctional electrode of Figure 4;

Figuur 6 toont een andere uitvoeringsvorm van een elektrolyse inrichting volgens de uitvinding, die gebruik maakt van de bifunctionele elektrode;Figure 6 shows another embodiment of an electrolysis device according to the invention, which uses the bifunctional electrode;

Figuur 7 toont een polarisatiecurve van de stroomdichtheid als functie van de 25 kathodepotentiaal, zoals verkregen met behulp van de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur en twee referentie experimenten;Figure 7 shows a polarization curve of the current density as a function of the cathode potential, as obtained using the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture and two reference experiments;

Figuur 8 toont het volume waterstof als functie van de tijd voor een proef, waarin de kathodofiele microbiële cultuur is gebruikt, en een referentie experiment;Figure 8 shows the volume of hydrogen as a function of time for a test in which the cathodophilic microbial culture is used, and a reference experiment;

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt in een uitvoeringsvorm gebruik 30 gemaakt van een elektrochemische cel 1 zoals wordt weergegeven in figuur IA, IB, 1C. Een dergelijke cel bestaat bijvoorbeeld uit twee compartimenten 2, 3 gescheiden door een 18 iongeleidende scheiding 4 (bijvoorbeeld Nafion® 117). Een c ompartiment 3 bevat een koolstofstaaf elektrode 5. Deze elektrode dient als de bio-elektrode (werk elektrode) en is verbonden met een als vermogensbron functionerende potentiostaat 6. Het andere compartiment 2 bevat een met de vermogensbron verbonden platina elektrode 7 die dient 5 als tegen elektrode. In het bio-elektrode compartiment kan tevens een referentie elektrode worden geplaatst (niet weergegeven in figuur IA, IB, 1C). Beide compartimenten 2, 3 worden gevuld met een geschikt medium (bijvoorbeeld een medium bestaande uit 0.74 g/L KC1, 1.36 g/L KH2P04) 0.28 g/L NH4CI, 0.84 g/L NaHC03', 0.1 g/L CaCI2-2H20, 1 g/L MgSC>4'7H20 and 1 mL/L sporen elementen).In the method according to the invention use is made in an embodiment of an electrochemical cell 1 as shown in Figs. 1A, 1B, 1C. Such a cell consists, for example, of two compartments 2, 3 separated by an 18 ion-conducting separation 4 (for example Nafion® 117). A compartment 3 contains a carbon rod electrode 5. This electrode serves as the bio-electrode (working electrode) and is connected to a power source potentiostat 6. The other compartment 2 contains a platinum electrode 7 connected to the power source and serving as a against electrode. A reference electrode can also be placed in the bio-electrode compartment (not shown in Figs. 1A, 1B, 1C). Both compartments 2, 3 are filled with a suitable medium (for example a medium consisting of 0.74 g / L KCl, 1.36 g / L KH2 PO4) 0.28 g / L NH4 Cl, 0.84 g / L NaHCO3, 0.1 g / L CaCl2-2H20, 1 g / L MgSC> 4 · 7H 2 O and 1 mL / L trace elements).

10 Het bio-elektrode compartiment 3 van de elektrochemische cel 1 wordt geënt met elektrochemisch actieve micro-organismen afkomstig uit het anode compartiment van een biogekatalyseerde elektrolyse cel. Vervolgens wordt deze cultuur in de weergegeven uitvoeringsvorm gevoed met acetaat en waterstof en gecontroleerd bij een potentiaal van +0.1 V (vs. standaard waterstof elektrode; NHE) en pH 7. Elektrochemisch actieve 15 micro-organismen vormen onder deze condities een biofilm 8 op de bio-elektrode en leveren een anodische stroom. Vervolgens wordt de pH verlaagd naar bijvoorbeeld pH 6 en de potentiaal naar -0.1 V (vs. NHE) en na aanpassing van de biofilm 8 bij deze condities wordt de bio-elektrode gevoed met waterstof en medium waarin enkel bicarbonaat als koolstofbron is opgelost om waterstof oxiderende micro-organismen 8a te 20 selecteren (Figuur 1B). Nadat onder deze condities een constante stroom wordt gegenereerd, wordt de potentiaal van de bio-elektrode verlaagd naar -0.65 V (vs. NHE, bij pH 6) zodat de anodische stroom verandert in een kathodische stroom (Figuur 1C). De biofilm 8a zal na deze potentiaalverlaging waterstof produceren. Aldus is een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur 8a verkregen.The bioelectrode compartment 3 of the electrochemical cell 1 is inoculated with electrochemically active microorganisms from the anode compartment of a bio-catalyzed electrolysis cell. Subsequently, in the embodiment shown, this culture is fed with acetate and hydrogen and checked at a potential of +0.1 V (vs. standard hydrogen electrode; NHE) and pH 7. Electrochemically active microorganisms form a biofilm 8 on the bio-electrode and provide an anodic current. Subsequently, the pH is lowered to, for example, pH 6 and the potential to -0.1 V (vs. NHE) and after adaptation of the biofilm 8 under these conditions, the bio-electrode is fed with hydrogen and medium in which only bicarbonate as a carbon source is dissolved to hydrogen select oxidizing microorganisms 8a (Figure 1B). After a constant current is generated under these conditions, the potential of the bioelectrode is lowered to -0.65 V (vs. NHE, at pH 6) so that the anodic current changes to a cathodic current (Figure 1C). The biofilm 8a will produce hydrogen after this potential reduction. Thus, a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture 8a is obtained.

25 Figuur 2 toont een overzicht van een biogekatalyseerde elektrolyse inrichting. De biogekatalyseerde elektrolyse cel bevat vergelijkbare onderdelen als de elektrochemische cel van figuur 1C, te weten twee compartimenten 2, 3, gescheiden door een iongeleidende scheiding 4. Beide compartimenten 2, 3 bevatten in dit geval een bioelektrode. De bioelektrode 5 in compartiment 3 bevat een kathodofiele waterstof producerende 30 microbiële cultuur 8a volgens de uitvinding. De bioelektrode 7 in compartiment 2 (de anode) bevat een anodofiele microbiële cultuur 10, welke in staat is een biologisch 19 oxideerbare koolstofverbinding om te zetten in CO2, H+ en elektronen. De aan de anode 7 geproduceerde elektronen worden via een elektrisch circuit geleid naar de kathode 5. Hier worden de elektronen door de kathodofiele microbiële cultuur 8 gebruikt om protonen te reduceren tot H2. In het elektrisch circuit is een vermogensbron 6 opgenomen voor het 5 leveren van de benodigde energie. De protonen worden gevormd in het anodecompartiment 2, en stromen via de iongeleidende scheiding 4 (bijvoorbeeld een Nafion membraan) naar het kathodecompartiment 3. De biologisch oxideerbare koolstofverbinding OM is afkomstig van afvalwater, dat via een inlaat 11 het anodecompartiment 2 intreedt. Het verwerkte afvalwater verlaat via uitlaat 12 als effluent 10 het anodecompartiment. CO2 en H2 verlaten respectievelijk het anodecompartiment en kathodecompartiment via de uitlaten 13 en 14. Het geproduceerde waterstof kan verder worden afgevoerd voor opslag en/of gebruik.Figure 2 shows an overview of a biocatalyzed electrolysis device. The biocatalyzed electrolysis cell contains similar components to the electrochemical cell of Figure 1C, namely two compartments 2, 3, separated by an ion-conducting separation 4. Both compartments 2, 3 in this case contain a bioelectrode. The bioelectrode 5 in compartment 3 contains a cathodophilic hydrogen-producing microbial culture 8a according to the invention. The bioelectrode 7 in compartment 2 (the anode) contains an anodophilic microbial culture 10, which is capable of converting a biologically oxidizable carbon compound into CO2, H + and electrons. The electrons produced at the anode 7 are conducted via an electrical circuit to the cathode 5. Here, the electrons are used by the cathodophilic microbial culture 8 to reduce protons to H2. A power source 6 is included in the electrical circuit for supplying the required energy. The protons are formed in the anode compartment 2, and flow via the ion-conducting separation 4 (for example a Nafion membrane) to the cathode compartment 3. The biologically oxidizable carbon compound OM originates from wastewater that enters the anode compartment 2 via an inlet 11. The processed waste water leaves the anode compartment via outlet 12 as effluent 10. CO2 and H2 leave the anode compartment and cathode compartment, respectively, via the outlets 13 and 14. The hydrogen produced can be further removed for storage and / or use.

Figuur 3 toont een schematisch overzicht van de protonreductie reactie, die wordt gekatalyseerd door de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur in de 15 biofilm 8a op de kathode 5. Het schematisch overzicht beoogt niet een stoichiometrische weergave van de reactie te presenteren.Figure 3 shows a schematic overview of the proton reduction reaction, which is catalyzed by the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture in the biofilm 8a on the cathode 5. The schematic overview is not intended to present a stoichiometric representation of the reaction.

Figuur 4 toont een bifunctionele elektrode 15 volgens de uitvinding. De bifiinctionele elektrode 15 omvat een elektrische geleider 16, hier een koolstofplaat. Op de koolstofplaat 16 is op één oppervlak een film van een kathodofiele microbiële cultuur 20 8a aangebracht. Op het andere oppervlak van de koolstofplaat 16 is een katalysator voor een oxidatiereactie aangebracht. In dit geval een biofilm van een anodofiele microbiële cultuur.Figure 4 shows a bifunctional electrode 15 according to the invention. The bi-directional electrode 15 comprises an electrical conductor 16, here a carbon plate. A film of a cathodophilic microbial culture 8a is provided on the carbon plate 16 on one surface. An oxidation reaction catalyst is provided on the other surface of the carbon plate 16. In this case a biofilm of an anodophilic microbial culture.

Figuur 5 geeft schematisch de reacties weer, die plaatsvinden aan beide zijden van de bifunctionele elektrode 15. Dit schematisch overzicht beoogt wederom niet een 25 stoichiometrische weergave van de reacties weer te geven. Zichtbaar is dat aan de anodezijde een biologisch oxideerbare koolstofverbinding (OM) wordt omgezet door de anodofiele micro-organismen in elektronen, CO2 en H+. De elektronen stromen door de elektrische geleider 16 naar de kathodezijde, waar zij door de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur 8a worden gebruikt om protonen te reduceren tot H2.Figure 5 schematically shows the reactions that take place on both sides of the bifunctional electrode 15. Again, this schematic overview does not aim to show a stoichiometric representation of the reactions. It is visible that on the anode side a biologically oxidizable carbon compound (OM) is converted by the anodophilic microorganisms into electrons, CO2 and H +. The electrons flow through the electrical conductor 16 to the cathode side, where they are used by the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture 8a to reduce protons to H2.

30 De bifunctionele elektrode kan worden toegepast in een elektrolyse inrichting volgens de uitvinding. Een uitvoeringsvorm van een elektrolyse inrichting is 20 weergegeven in figuur 6. Deze elektrolyse inrichting 17 omvat een veelvoud bifunctionele elektroden 15 volgens de uitvinding. De bifunctionele elektroden 15 zijn geplaatst tussen een eindstandige anode 18 en een eindstandige kathode 19. De bifunctionele elektroden 15 vormen compartimenten tussen de eindstandige anode en 5 eindstandige kathode. Deze compartimenten worden door een iongeleidende scheiding 4 onderverdeeld in een anodedeel compartiment 20 en een kathodedeel compartiment 21. Aan de anodedeel compartimenten wordt een voedingsstroom 22 toegevoerd, die afvalwater bevat. Biologisch oxideerbare koolstofverbindingen in het afvalwater worden door de anodofiele biofilm 10 omgezet tot protonen, CO2 en elektronen. De protonen 10 stromen door de protongeleidende scheiding 4 naar het kathodedeelcompartiment 21.The bifunctional electrode can be used in an electrolysis device according to the invention. An embodiment of an electrolysis device is shown in Figure 6. This electrolysis device 17 comprises a plurality of bifunctional electrodes 15 according to the invention. The bifunctional electrodes 15 are placed between a terminal anode 18 and a terminal cathode 19. The bifunctional electrodes 15 form compartments between the terminal anode and terminal cathode. These compartments are subdivided by an ion-conducting separation 4 into an anode part compartment 20 and a cathode part compartment 21. A feed stream 22 containing waste water is supplied to the anode part compartments. The anodophilic biofilm 10 converts biologically oxidizable carbon compounds in the waste water into protons, CO2 and electrons. The protons 10 flow through the proton-conducting separation 4 to the cathode part compartment 21.

CO2 verlaat het anodedeelcompartiment via een uitlaat 22, bijvoorbeeld tezamen met het effluent van het afvalwater.CO2 leaves the anode part compartment via an outlet 22, for example together with the effluent from the waste water.

De elektronen die aan de anodezijde van een bifunctionele elektrode worden gegenereerd, worden door het elektrisch geleidend materiaal van de bifunctionele 15 elektrode direct geleid naar de kathodezijde van de bifunctionele elektrode. De elektronen die aan de monofunctionele eindstandige anode worden gegenereerd worden via een elektrisch circuit geleid naar de monofunctionele eindstandige kathode. In dit elektrisch circuit is een vermogensbron 6 aangebracht. Aan de kathodezijde van de bifunctionele elektroden 15 worden de elektronen gebruikt door de kathodofiele waterstof 20 producerende microbiële cultuur 8a voor de reductie van protonen. Hierbij wordt waterstof geproduceerd, dat de kathodedeel compartimenten 21 verlaat via een uitlaat 23. De vermogensbron 6 levert voldoende elektrische energie voor de productie van waterstof in het systeem. Door de geringe elektrische weerstand in de bifunctionele elektroden, is de elektrische weerstand in deze inrichting lager dan een inrichting uit de 25 stand der techniek met een vergelijkbaar elektrode oppervlak.The electrons generated on the anode side of a bifunctional electrode are directly led by the electrically conductive material of the bifunctional electrode to the cathode side of the bifunctional electrode. The electrons generated at the monofunctional terminal anode are conducted via an electrical circuit to the monofunctional terminal cathode. A power source 6 is provided in this electrical circuit. On the cathode side of the bifunctional electrodes 15, the electrons are used by the cathodophilic hydrogen-producing microbial culture 8a for the reduction of protons. Hydrogen is thereby produced, which leaves the cathode part compartments 21 via an outlet 23. The power source 6 supplies sufficient electrical energy for the production of hydrogen in the system. Due to the low electrical resistance in the bifunctional electrodes, the electrical resistance in this device is lower than a device of the prior art with a comparable electrode surface.

Voorbeelden Voorbeeld 1Examples Example 1

Een elektrochemische cel werd gemaakt van glas. De cel bestond uit twee 30 compartimenten gescheiden door een kationselectief membraan (Nafion® 117) met een oppervlak van 9.5 cm2. Een compartiment (volume: 1L) bevatte een koolstofstaaf 21 elektrode met een oppervlak van 10 cm2. Deze elektrode diende als de bio-elektrode (werk e lektrode) en w as v erbonden m et e en p otentiostaat 6 ( μAutolablII, E co C hemie B.V., Nederland). Het andere compartiment (volume: 100 mL) bevatte een met de potentiostaat verbonden platina elektrode 7 (1.25 cm ) die verticaal georiënteerd was 5 t.o.v. de bio-elektrode en die diende als tegen elektrode. De afstand van beide elektroden tot het membraan bedroeg 1 cm. In het bio-elektrode compartiment werd tevens een Ag/AgCl, 3 M KC1 referentie elektrode geplaatst. Beide compartimenten werden gevuld met een medium bestaande uit 0.74 g/L KC1, 1.36 g/L ΙΟ^ΡΟ^ 0.28 g/L NH4CI, 0.84 g/L NaHCCb', 0.1 g/L CaCXrlYizQ, 1 g/L MgS(V7H20 and 1 mL/L sporen elementen.An electrochemical cell was made from glass. The cell consisted of two compartments separated by a cation-selective membrane (Nafion® 117) with an area of 9.5 cm 2. A compartment (volume: 1L) contained a carbon rod 21 electrode with an area of 10 cm 2. This electrode served as the bio-electrode (working electrode) and w as connected to a potentiostat 6 (μAutolablII, E co C hemie B.V., the Netherlands). The other compartment (volume: 100 mL) contained a platinum electrode 7 (1.25 cm) connected to the potentiostat, which was oriented vertically 5 relative to the bio-electrode and which served as a counter-electrode. The distance of both electrodes from the membrane was 1 cm. An Ag / AgCl, 3 M KCl reference electrode was also placed in the bio-electrode compartment. Both compartments were filled with a medium consisting of 0.74 g / L KCl, 1.36 g / L ΙΟ ^ ΡΟ ^ 0.28 g / L NH4 Cl, 0.84 g / L NaHCCb ', 0.1 g / L CaCXrlYizQ, 1 g / L MgS (V7H20 and 1 mL / L trace elements.

10 Het bio-elektrode compartiment van de elektrochemische cel werd geënt met elektrochemisch actieve micro-organismen afkomstig uit het anode compartiment van een biogekatalyseerde elektrolyse cel, vervolgens gevoed met acetaat en waterstof en gecontroleerd bij een potentiaal van +0.1 V (vs. standaard waterstof elektrode; NHE) en pH 7. Elektrochemisch actieve micro-organismen vormden onder deze condities een 15 biofilm op de bio-elektrode en leverden anodische stroom. Vervolgens werd de pH verlaagd naar pH 6 en de potentiaal naar -0.1 V (vs. NHE) en na aanpassing van de biofilm bij deze condities werd de bio-elektrode gevoed met waterstof en medium waarin enkel bicarbonaat als koolstofbron was opgelost om waterstof oxiderende micro-organismen te selecteren. Nadat onder deze condities een constante stroom werd 20 gegenereerd, werd de potentiaal van de bio-elektrode verlaagd naar -0.65 V (vs. NHE, bij pH 6) z odat d e a nodische s troom v eranderde i n e en k athodische s troom. In d e d aarop volgende week nam de kathodische stroom toe tot een waarde van 1 A/m2 bio-elektrode oppervlak terwijl de potentiaal constant op -0.65 V (vs. NHE) werd gehouden. De toename van de kathodische stroomdichtheid bij gelijkblijvende condities wees op een 25 aanpassing van de microbiële gemeenschap in de biofilm. De gemeten kathodische stroomdichtheid (1 A/m ) was meer dan twee keer zo hoog als die gemeten met een platina gekatalyseerde elektrode zoals gebruikt in een voorgaande studie (Rozendal et al., International Journal of Hydrogen Energy, vol. 31, pag. 1632-1640, 2006) onder vergelijkbare condities (pH 7 en een kathode potentiaal van -0.71 V). Waterstof werd 30 gedetecteerd in de gasfase van het bio-elektrode compartiment (met behulp van een Shimadzu GC-2010 gaschromatograaf).The bioelectrode compartment of the electrochemical cell was inoculated with electrochemically active microorganisms from the anode compartment of a biocatalyzed electrolysis cell, then fed with acetate and hydrogen and checked at a potential of +0.1 V (vs. standard hydrogen electrode) (NHE) and pH 7. Electrochemically active microorganisms formed a biofilm on the bioelectrode under these conditions and provided anodic current. Subsequently, the pH was lowered to pH 6 and the potential to -0.1 V (vs. NHE) and after adjusting the biofilm under these conditions, the bioelectrode was fed with hydrogen and medium in which only bicarbonate as a carbon source was dissolved to hydrogen oxidizing micro select organisms. After a constant current was generated under these conditions, the potential of the bioelectrode was lowered to -0.65 V (vs. NHE, at pH 6) so that the necessary current changed and cathodic current. In the following week, the cathodic current increased to a value of 1 A / m2 bioelectrode surface while the potential was kept constant at -0.65 V (vs. NHE). The increase in cathodic current density at constant conditions indicated an adjustment of the microbial community in the biofilm. The measured cathodic current density (1 A / m) was more than twice as high as that measured with a platinum catalyzed electrode as used in a previous study (Rozendal et al., International Journal of Hydrogen Energy, vol. 31, page 1632 -1640, 2006) under similar conditions (pH 7 and a cathode potential of -0.71 V). Hydrogen was detected in the gas phase of the bio-electrode compartment (using a Shimadzu GC-2010 gas chromatograph).

2222

Voorbeeld 2Example 2

Het experiment beschreven in voorbeeld 1 werd herhaald in een enigszins gewijzigde opzet. Er werd nu gebruik gemaakt van een cel ontwerp bestaand uit 4 5 plexiglas platen. De 2 binnenste platen vormden de anode en kathode compartimenten, terwijl de 2 buitenste platen dienden als verwarmingsmantel en versteviging. De binnenste platen bevatten kanalen (kanaaldiepte: 1 cm) voor vloeistof transport (volume: 0.25 L) en een headspace voor gas accumulatie (volume 0.029 L). Tussen de binnenste platen waren 2 grafiet vilten elektroden (effectief oppervlak: 250 cm2), gescheiden door 10 een kationselectief membraan (Fumasep® FKE, 20 x 30 cm) geplaatst. De beide elektroden werden verbonden met een potentiostaat (Wenking Potentiostat/Galvanostat KP5V3A, Bank IC, Duitsland) De bio-elektrode was de werk elektrode. De Ag/AgCl, 3 M KC1 referentie elektroden (QM710X, ProSense BV, Nederland) werden verbonden met Haber-Luggin capillairen. De Haber-Luggin capillairen werden op korte afstand van 15 de elektroden geplaatst om het ohmse spanningsverlies tussen de referentie elektrode en werk of tegen elektrode te minimaliseren. Het bio-elektrode compartiment werd gevuld met m edium z oals o mschreven i n v oorbeeld 1. Het t egen e lektrode c ompartiment w as gevuld met een oplossing van hexacyanoferraat(III) wanneer de bio-elektrode anodisch werd bedreven en met een oplossing van hexacyanoferraat(II) wanneer de bio-elektrode 20 kathodisch werd bedreven.The experiment described in Example 1 was repeated in a slightly modified design. A cell design consisting of 4 plexiglass plates was now used. The 2 inner plates formed the anode and cathode compartments, while the 2 outer plates served as a heating jacket and reinforcement. The inner plates contain channels (channel depth: 1 cm) for liquid transport (volume: 0.25 L) and a headspace for gas accumulation (volume 0.029 L). Placed between the inner plates were 2 graphite felt electrodes (effective area: 250 cm 2), separated by a cation-selective membrane (Fumasep® FKE, 20 x 30 cm). Both electrodes were connected to a potentiostat (Wenking Potentiostat / Galvanostat KP5V3A, Bank IC, Germany). The bio-electrode was the working electrode. The Ag / AgCl, 3 M KCl reference electrodes (QM710X, ProSense BV, the Netherlands) were connected to Haber-Luggin capillaries. The Haber-Luggin capillaries were placed at a short distance from the electrodes to minimize the ohmic voltage drop between the reference electrode and work or against electrode. The bioelectrode compartment was filled with media as described in Example 1. The counter c ompartment was filled with a solution of hexacyanoferrate (III) when the bioelectrode was operated anodically and with a solution of hexacyanoferrate (II) when the bioelectrode 20 was operated cathodically.

Het bio-elektrode compartiment van de elektrochemische cel werd geënt met elektrochemisch actieve micro-organismen afkomstig uit het anode compartiment van een biogekatalyseerde elektrolyse cel, vervolgens gevoed met acetaat en waterstof en gecontroleerd bij een potentiaal van +0.1 V (vs. standaard waterstof elektrode; NHE) en 25 pH 7. Elektrochemisch actieve micro-organismen vormden onder deze condities een biofilm op de bio-elektrode en leverden anodische stroom. Vervolgens werd de bio-elektrode gevoed met waterstof en medium waarin natrium bicarbonaat als enige koolstofbron was opgelost om waterstof oxiderende micro-organismen te selecteren. Nadat een constante stroom werd gegenereerd bij een potentiaal van -0.2 V (vs NHE), 30 werd de potentiaal van de bio-elektrode verlaagd naar -0.7 V (vs. NHE; pH 7) zodat de anodische stroom veranderde in een kathodische stroom. De kathodische stroom nam in 23 de daarop volgende tijd toe tot een waarde van 1.1 A/m2 bio-elektrode oppervlak terwijl de potentiaal constant op -0.7 V (vs. NHE) werd gehouden. De toename van de kathodische stroom bij gelijkblijvende condities wees op een aanpassing van de microbiële gemeenschap in de biofilm. De zo gevormde biokathode werd vervolgens 5 gevoed met medium dat geprepareerd was zonder koolstofbron.The bioelectrode compartment of the electrochemical cell was inoculated with electrochemically active microorganisms from the anode compartment of a biocatalyzed electrolysis cell, then fed with acetate and hydrogen and checked at a potential of +0.1 V (vs. standard hydrogen electrode; NHE) and pH 7. Electrochemically active micro-organisms formed a biofilm on the bio-electrode under these conditions and provided anodic current. The bioelectrode was then fed with hydrogen and medium in which sodium bicarbonate was dissolved as the sole carbon source to select hydrogen-oxidizing microorganisms. After a constant current was generated at a potential of -0.2 V (vs NHE), the potential of the bioelectrode was lowered to -0.7 V (vs. NHE; pH 7) so that the anodic current changed to a cathodic current. The cathodic current increased in 23 the following time to a value of 1.1 A / m2 bio-electrode area while the potential was kept constant at -0.7 V (vs. NHE). The increase in cathodic current under constant conditions indicated an adjustment of the microbial community in the biofilm. The biocathode thus formed was then fed with medium prepared without a carbon source.

Bij een kathode potentiaal van -0.7 V (vs NHE, bij pH 7) bleek, zoals is weergegeven in figuur 7, dat de kathodische stroomdichtheid van de biokathode (gesloten cirkels) 4 maal zo groot was als de kathodische stroom van een controle kathode (open cirkels) die niet geinoculeerd was met elektrochemisch actieve micro-organismen. De 10 gemeten kathodische stroom (1.1 A/m2) van de biokathode is vergelijkbaar met de stroom gemeten in voorbeeld 1. De kathodische stroomdichtheid van een gemiddelde platina gekatalyseerde elektrode uit een voorgaande studie (Rozendal et al., International Journal of Hydrogen Energy, vol. 31, pag. 1632-1640, 2006) onder vergelijkbare condities (pH 7 en een kathode potentiaal van -0.71 V) is in figuur 7 weergegeven als X. Analyse van het 15 geproduceerde gas (met behulp van een Shimadzu GC-2010 gaschromatograaf) toonde aan dat waterstof werd geproduceerd met een gemeten efficiency van 50% (op basis van elektronen naar H2). De hoeveelheid geproduceerde waterstof is weergegeven in figuur 8. Deze hoeveelheid waterstof was voor de biokathode (gesloten cirkels) ongeveer 10 keer zo hoog als die aan de controle kathode (open cirkels). In een experiment waarin de 20 biokathode werd gevoed met koolmonoxide daalde de kathodische stroom van de biokathode. Koolmonoxide staat bekend als een remmer van hydrogenases, de enzymen die waterstof productie in waterstof producerende micro-organismen katalyseren. De daling van de kathodische stroom is een indicatie dat elektrochemisch actieve micro-organismen de waterstof productie aan de biokathode katalyseren. Na verwijdering van 25 koolstofmonoxide van de biokathode middels het flushen met stikstof herstelde de kathodische stroom zich tot 1.1 A/m2. De controle kathode werd geënt met elektrochemisch actieve micro-organismen door het effluent van de biokathode te koppelen aan het influent van de controle kathode. Na 8 dagen werd de controle kathode ontkoppeld van de biokathode en gevoed met het eerder omschreven 10 mM bicarbonaat 30 medium. In de daaropvolgende 10 dagen nam de stroom aan de ‘controle’ kathode toe van -0.3 A/m2 tot -1.0 A/m2. Dit wijst op groei van elektrochemisch actieve micro- 24 organismen aan de ‘controle’ kathode. Tevens wees elektronen microscopie uit dat op de biokathode en de nabeënte ‘controle’ kathode een microbiële film aanwezig was. Hiermee is dus aangetoond dat een biokathode voor waterstof productie ook verkregen kan worden door het enten van de elektrochemisch active micro-organisms afkomstig van 5 een reeds opererende biokathode voor waterstof productie.At a cathode potential of -0.7 V (vs NHE, at pH 7), as shown in Figure 7, it was found that the cathodic current density of the biocathode (closed circles) was 4 times as large as the cathodic current of a control cathode ( open circles) that was not inoculated with electrochemically active microorganisms. The measured cathodic current (1.1 A / m2) of the biocathode is comparable to the current measured in example 1. The cathodic current density of an average platinum catalyzed electrode from a previous study (Rozendal et al., International Journal of Hydrogen Energy, vol 31, pages 1632-1640, 2006) under comparable conditions (pH 7 and a cathode potential of -0.71 V) is shown in Figure 7 as X. Analysis of the gas produced (using a Shimadzu GC-2010 gas chromatograph ) showed that hydrogen was produced with a measured efficiency of 50% (based on electrons to H2). The amount of hydrogen produced is shown in Figure 8. This amount of hydrogen for the biocathode (closed circles) was approximately 10 times as high as that at the control cathode (open circles). In an experiment in which the biocathode was fed with carbon monoxide, the cathodic current of the biocathode decreased. Carbon monoxide is known as an inhibitor of hydrogenases, the enzymes that catalyze hydrogen production in hydrogen-producing microorganisms. The decrease in the cathodic current is an indication that electrochemically active microorganisms catalyze hydrogen production at the biocathode. After removal of carbon monoxide from the biocathode by flushing with nitrogen, the cathodic current recovered to 1.1 A / m2. The control cathode was inoculated with electrochemically active microorganisms by coupling the effluent from the biocathode to the influent from the control cathode. After 8 days, the control cathode was disconnected from the biocathode and fed with the previously described 10 mM bicarbonate medium. In the following 10 days, the current at the "control" cathode increased from -0.3 A / m2 to -1.0 A / m2. This indicates growth of electrochemically active microorganisms at the "control" cathode. Electron microscopy also revealed that a microbial film was present on the biocathode and the neighboring "control" cathode. Thus, it has been demonstrated that a biocathode for hydrogen production can also be obtained by inoculating the electrochemically active microorganisms from an already operating biocathode for hydrogen production.

10341231034123

Claims (20)

1. werkwijze voor het verkrijgen van een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur omvattende: 5 (i) het verschaffen van een bioelektrode omvattende een elektrochemisch actieve microbiële cultuur op een elektrische geleider, welke microbiële cultuur in staat is tot waterstof oxidatie; (ii) het plaatsen van de bioelektrode in een medium, het voedingsmedium, dat geschikt is om de fysiologie van tenminste een deel van de organismen in 10 de microbiële cultuur te ondersteunen; (iii) het op de bioelektrode aanbrengen van een potentiaal die lager is dan de evenwichtpotentiaal van het H+/H2 redoxkoppel in het voedingsmedium.A method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture comprising: (i) providing a bioelectrode comprising an electrochemically active microbial culture on an electrical conductor, which microbial culture is capable of hydrogen oxidation; (ii) placing the bioelectrode in a medium, the nutrient medium, which is suitable to support the physiology of at least a portion of the organisms in the microbial culture; (iii) applying to the bioelectrode a potential that is lower than the equilibrium potential of the H + / H 2 redox couple in the nutrient medium. 2. werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de bioelektrode wordt verkregen door: 15 a) het verschaffen van een bioanode, omvattende een anodofiele elektrochemisch actieve microbiële cultuur op een elektrische geleider, welke microbiële cultuur in staat is tot waterstof oxidatie, geplaatst in een voedingsmedium dat geschikt is voor de ondersteuning van de fysiologie van tenminste een deel van de microbiële cultuur; 20 b) het in de aanwezigheid van waterstof onder condities van limitatie van een biologisch oxideerbare koolstofverbinding aanbrengen van een potentiaal op de bioanode hoger dan de evenwichtspotentiaal van het H+/H2 redox koppel in het voedingsmedium.2. A method according to claim 1, wherein the bioelectrode is obtained by: a) providing a bioanode comprising an anodophilic electrochemically active microbial culture on an electrical conductor, which microbial culture is capable of hydrogen oxidation, placed in a nutrient medium which is capable of supporting the physiology of at least a portion of the microbial culture; B) applying a potential to the bioanode in the presence of hydrogen under conditions of limitation of a biologically oxidizable carbon compound higher than the equilibrium potential of the H + / H 2 redox couple in the nutrient medium. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij een biologisch niet-oxideerbare koolstofbron, zoals een kooldioxide bron aanwezig is onder condities van limitatie van de biologisch oxideerbare koolstofverbinding.The method of claim 2, wherein a biologically non-oxidizable carbon source, such as a carbon dioxide source, is present under conditions of limitation of the biologically oxidizable carbon compound. 4. Een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur. 30 10341234. A cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture. 30 1034123 5. Een microbiële cultuur volgens conclusie 4, welke verkrijgbaar is met de werkwijze volgens een der conclusies 1-3.A microbial culture according to claim 4, which is available with the method according to any one of claims 1-3. 6. Gebruik van een microbiële cultuur volgens een der conclusies 4-5, als 5 elektrochemische katalysator voor de productie van waterstof.6. Use of a microbial culture according to any of claims 4-5, as an electrochemical catalyst for the production of hydrogen. 7. werkwijze voor het vervaardigen van een bioelektrode, omvattende het verschaffen van een lichaam van een elektrisch geleidend materiaal en het aanbrengen van een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur op het oppervlak van het 10 elektrisch geleidend materiaal.7. A method for manufacturing a bioelectrode, comprising providing a body of an electrically conductive material and applying a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture to the surface of the electrically conductive material. 8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij: (iv) het verschafte lichaam van het elektrisch geleidend materiaal twee 15 gescheiden oppervlakken omvat; (v) op een eerste oppervlak, het kathode-oppervlak, de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur wordt aangebracht; (vi) op een tweede oppervlak, het anode-oppervlak, een katalysator voor een elektrochemische oxidatiereactie wordt aangebracht. 208. Method according to claim 7, wherein: (iv) the provided body of the electrically conductive material comprises two separate surfaces; (v) a first surface, the cathode surface, the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture is applied; (vi) a second surface, the anode surface, is provided with a catalyst for an electrochemical oxidation reaction. 20 9. Werkwijze volgens een der conclusies 7-8, waarbij het lichaam in hoofdzaak tweedimensionaal is, zoals bij voorkeur een plaatvormig lichaam.A method according to any of claims 7-8, wherein the body is substantially two-dimensional, such as preferably a plate-shaped body. 10. Werkwijze volgens een der conclusies 7-9, waarbij de katalysator voor de 25 anaërobe oxidatiereactie wordt geselecteerd uit de groep omvattende platina en/of een elektrochemisch actieve microbiële cultuur die in staat is tot oxidatie van een biologisch oxideerbare koolstofVerbinding.10. A method according to any one of claims 7-9, wherein the catalyst for the anaerobic oxidation reaction is selected from the group comprising platinum and / or an electrochemically active microbial culture capable of oxidizing a biologically oxidizable carbon Compound. 11. Een bifunctionele bioelektrode omvattende een lichaam van een elektrisch 30 geleidend materiaal, welk lichaam twee gescheiden oppervlakken omvat, met op het eerste oppervlak, het kathode-oppervlak, een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur en op het tweede oppervlak, het anode oppervlak, een katalysator voor een elektrochemische oxidatie reactie.11. A bifunctional bioelectrode comprising a body of an electrically conductive material, which body comprises two separate surfaces, with on the first surface, the cathode surface, a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture and on the second surface, the anode surface, a catalyst for an electrochemical oxidation reaction. 12. Een bifiinctionele bioelektrode volgens conclusie 11, waarbij het lichaam in 5 hoofdzaak tweedimensionaal is, zoals bij voorkeur een plaatvormig lichaam, met meer voorkeur een vlakke plaat.12. A bi-functional bioelectrode according to claim 11, wherein the body is substantially two-dimensional, such as preferably a plate-shaped body, more preferably a flat plate. 13. Een bifunctionele bioelektrode volgens een der conclusies 11-12, waarbij de katalysator voor de anaërobe oxidatie reactie geselecteerd is uit de groep omvattende 10 platina en/of een elektrochemisch actieve microbiële cultuur die in staat is tot oxidatie van een biologisch oxideerbare koolstofverbinding.13. A bifunctional bioelectrode according to any one of claims 11-12, wherein the anaerobic oxidation reaction catalyst is selected from the group comprising platinum and / or an electrochemically active microbial culture capable of oxidizing a biologically oxidizable carbon compound. 14. Inrichting omvattende een aantal compartimenten, met in elk der compartimenten een op afstand van elkaar geplaatste anode en een kathode met op de 15 anode een katalysator voor de elektrochemische oxidatie van een oxideerbaar substraat en op de kathode een kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur, waarbij verder tussen de anode en kathode een iongeleidende scheiding aanwezig is, die het aantal compartimenten deelt in een kathodedeelcompartiment aan de zijde van de kathode en een anodedeelcompartiment aan de zijde van de anode, met in het 20 kothodedeelcompartiment een voedingsmedium voor de ondersteuning van de fysiologie van de kathodofiele, waterstof producerende microbiële cultuur en waarbij de inrichting verder middelen omvat voor het toevoeren van een substraatmedium omvattende het oxideerbaar substraat aan de anodedeelcompartimenten en middelen voor het afvoeren van waterstof uit de kathodedeelcompartimenten en voorts er een elektrische verbinding 25 is tussen een aantal anodes en een aantal kathodes.14. Device comprising a number of compartments, with in each of these compartments a spaced apart anode and a cathode with on the anode a catalyst for the electrochemical oxidation of an oxidizable substrate and on the cathode a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, wherein furthermore an ion-conducting separation is present between the anode and cathode, which divides the number of compartments in a cathode sub compartment on the side of the cathode and an anode sub compartment on the side of the anode, with a nutrient medium for supporting the physiology in the kothode sub compartment of the cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture and wherein the device further comprises means for supplying a substrate medium comprising the oxidizable substrate to the anode sub-compartments and means for discharging hydrogen from the cathode sub-compartments and furthermore there is an electrical connection between a number of anodes and a number of cathodes. 15. Inrichting volgens conclusie 14, waarbij de elektrische verbinding tussen een anode en een kathode een vermogensbron omvat.The device of claim 14, wherein the electrical connection between an anode and a cathode comprises a power source. 16. Inrichting volgens conclusie 14 waarbij het aantal compartimenten een veelvoud compartimenten is onderverdeeld in een eerste en een tweede eindstandig compartiment en een aantal daar tussen gelegen tussencompartimenten, waarbij in de inrichting de anodes en kathodes alternerend aanwezig zijn, en waarbij de elektrische verbinding tussen het aantal anodes en het aantal kathodes is ingericht als een elektrische verbinding tussen de anode en kathode van aangrenzende tussencompartimenten, een 5 elektrisch verbinding tussen de kathode van het eerste eindstandigcompartiment en de anode van het aan het eerste eindstandigcompartiment grenzende tussencompartiment, een elektrisch verbinding tussen de anode van het tweede eindstandigcompartiment en de kathode van het aan het tweede eindstandigcompartiment grenzende tussencompartiment en een elektrisch verbinding tussen de anode en kathode van de eindstandige 10 compartimenten, dusdanig dat elke anode elektrisch verbonden is met één kathode.Device as claimed in claim 14, wherein the number of compartments is a plurality of compartments subdivided into a first and a second terminal compartment and a number of intermediate compartments between them, wherein the anodes and cathodes are alternately present in the device, and wherein the electrical connection between the the number of anodes and the number of cathodes is arranged as an electrical connection between the anode and cathode of adjacent intermediate compartments, an electrical connection between the cathode of the first terminal compartment and the anode of the intermediate compartment adjoining the first terminal compartment, an electrical connection between the anode of the second terminal compartment and the cathode of the intermediate compartment adjacent to the second terminal compartment and an electrical connection between the anode and cathode of the terminal compartments, such that each anode is electrically connected to one cathode. 17. Inrichting volgens conclusie 16, waarbij de elektrische verbinding tussen de anode en kathode van de eindstandige compartimenten een vermogensbron omvat.The device of claim 16, wherein the electrical connection between the anode and cathode of the terminal compartments comprises a power source. 18. Inrichting volgens een der conclusies 14-17, waarbij de katalysator voor de elektrochemische oxidatie van een oxideerbaar substraat op de anodes een katalysator omvat uit de groep omvattende platina en/of een micro-organisme geselecteerd uit de groep van Geobacter sulferreducens, Shewanella putrefaciens, Geobacer metallireducens en Rhodoferax ferrireducens, andere organismen uit de genoemde genera of een 20 consortium van een of meer organismen hieruit.Device according to any of claims 14-17, wherein the catalyst for the electrochemical oxidation of an oxidizable substrate on the anodes comprises a catalyst from the group comprising platinum and / or a microorganism selected from the group of Geobacter sulferreducens, Shewanella putrefaciens , Geobacer metallireducens and Rhodoferax ferric reducts, other organisms from the aforementioned genera or a consortium of one or more organisms therefrom. 19. Inrichting volgens een der conclusies 16-18, waarbij de anodes en kathodes van de tussencompartimenten zijn ingericht als bifunctionele elektrodes volgens conclusies 11-13. 25Device as claimed in any of the claims 16-18, wherein the anodes and cathodes of the intermediate compartments are arranged as bifunctional electrodes according to claims 11-13. 25 20. Werkwijze voor het produceren van waterstof omvattende: (i) het verschaffen van een inrichting volgens een der conclusies 14-19; (ii) het aan de anodedeelcompartimenten toevoeren van een substraatmedium 30 omvattende een oxideerbaar substraat; (iii) het aanbrengen van een potentiaal op het aantal kathodes die lager is dan de evenwichtpotentiaal van het H+/H2 redox koppel in het voedingsmedium; (iv) het afvoeren van het waterstof geproduceerd aan de kathode. 1 0 3 4 1 2 3A method for producing hydrogen comprising: (i) providing a device according to any of claims 14-19; (ii) supplying a substrate medium 30 comprising an oxidizable substrate to the anode sub-compartments; (iii) applying a potential to the number of cathodes that is lower than the equilibrium potential of the H + / H 2 redox couple in the nutrient medium; (iv) discharging the hydrogen produced at the cathode. 1 0 3 4 1 2 3
NL1034123A 2007-07-12 2007-07-12 Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture. NL1034123C2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1034123A NL1034123C2 (en) 2007-07-12 2007-07-12 Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture.
EP08778996A EP2176405A1 (en) 2007-07-12 2008-07-08 Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing.microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture
CN200880104114A CN101784661A (en) 2007-07-12 2008-07-08 Obtain method that close negative electrode produces the hydrogen microorganisms cultures, microorganisms cultures and uses thereof
PCT/NL2008/000172 WO2009008709A1 (en) 2007-07-12 2008-07-08 Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing.microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1034123 2007-07-12
NL1034123A NL1034123C2 (en) 2007-07-12 2007-07-12 Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1034123C2 true NL1034123C2 (en) 2009-01-13

Family

ID=39102947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1034123A NL1034123C2 (en) 2007-07-12 2007-07-12 Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture.

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2176405A1 (en)
CN (1) CN101784661A (en)
NL (1) NL1034123C2 (en)
WO (1) WO2009008709A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0719009D0 (en) * 2007-09-28 2007-11-07 Plus Energy Ltd H Hydrogen production from a photosynthetically driven electrochemical device
CN102170667B (en) 2010-02-25 2013-02-27 中兴通讯股份有限公司 A method, a system and a base station device used for base station switching
CA2880297A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-20 Musc Foundation For Research Development Microbial electrosynthetic cells
CN102925492A (en) * 2012-11-09 2013-02-13 中国科学院成都生物研究所 Method for restoring carbon dioxide to produce methane and acetic acid by utilizing biological electrochemical system
WO2014146671A1 (en) * 2013-03-22 2014-09-25 Danmarks Tekniske Universitet A bio-electrochemical system for removing inhibitors of anaerobic digestion processes from anaerobic reactors
FR3026413B1 (en) * 2014-09-30 2023-05-12 Institut National De Recherche En Sciences Et Tech Pour Lenvironnement Et Lagriculture Irstea METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE ACTIVITY OF A BIOELECTROCHEMICAL SYSTEM COMPRISING BOTH A BIOANODE AND A BIOCATHODE
DE102016109606A1 (en) 2016-05-25 2017-11-30 Clausthaler Umwelttechnikinstitut Gmbh, (Cutec-Institut) Processes and devices for bioelectric power production from organic components of a wastewater
CN112830566B (en) * 2020-06-11 2023-03-28 潍坊智善新能源科技有限公司 Method for degrading nitrosodimethylamine by microbial electrocatalysis

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005005981A2 (en) * 2003-07-10 2005-01-20 Stichting Wetsus Centre For Sustainable Water Technology Bio-electrochemical process for producing hydrogen
WO2007039661A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-12 Consejo Superior De Investigaciones Científicas Biological electrode with the hydrogenase enzyme, method of obtaining same and applications thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005005981A2 (en) * 2003-07-10 2005-01-20 Stichting Wetsus Centre For Sustainable Water Technology Bio-electrochemical process for producing hydrogen
WO2007039661A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-12 Consejo Superior De Investigaciones Científicas Biological electrode with the hydrogenase enzyme, method of obtaining same and applications thereof

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LOGAN BRUCE E ET AL: "Microbial fuel cells: Methodology and technology", ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY, vol. 40, no. 17, September 2006 (2006-09-01), pages 5181 - 5192, XP007904192, ISSN: 0013-936X *
LOJOU E ET AL: "Hydrogenase activity control at Desulfovibrio vulgaris cell-coated carbon electrodes: Biochemical and chemical factors influencing the mediated bioelectrocatalysis", ELECTROANALYSIS, vol. 14, no. 13, July 2002 (2002-07-01), pages 913 - 922, XP007904195, ISSN: 1040-0397 *
ROZENDAL ET AL: "Principle and perspectives of hydrogen production through biocatalyzed electrolysis", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., BARKING, GB, vol. 31, no. 12, September 2006 (2006-09-01), pages 1632 - 1640, XP005606758, ISSN: 0360-3199 *
ROZENDAL RENE A ET AL: "Hydrogen production with a microbial biocathode", ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY, vol. 42, no. 2, January 2008 (2008-01-01), pages 629 - 634, XP007904197, ISSN: 0013-936X *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009008709A1 (en) 2009-01-15
EP2176405A1 (en) 2010-04-21
CN101784661A (en) 2010-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Munoz-Cupa et al. An overview of microbial fuel cell usage in wastewater treatment, resource recovery and energy production
Butti et al. Microbial electrochemical technologies with the perspective of harnessing bioenergy: maneuvering towards upscaling
Nawaz et al. Microbial fuel cells: Insight into simultaneous wastewater treatment and bioelectricity generation
Karthikeyan et al. Bioelectrohydrogenesis and inhibition of methanogenic activity in microbial electrolysis cells-A review
NL1034123C2 (en) Method for obtaining a cathodophilic, hydrogen-producing microbial culture, microbial culture obtained with this method and use of this microbial culture.
Jung et al. Important factors influencing microbial fuel cell performance
US7491453B2 (en) Bio-electrochemically assisted microbial reactor that generates hydrogen gas and methods of generating hydrogen gas
Freguia et al. Sequential anode–cathode configuration improves cathodic oxygen reduction and effluent quality of microbial fuel cells
Mohan et al. Bioelectricity generation from chemical wastewater treatment in mediatorless (anode) microbial fuel cell (MFC) using selectively enriched hydrogen producing mixed culture under acidophilic microenvironment
Hamelers et al. New applications and performance of bioelectrochemical systems
Lim et al. Bioanode as a limiting factor to biocathode performance in microbial electrolysis cells
Rabaey et al. Tubular microbial fuel cells for efficient electricity generation
Zhou et al. Recent advances in microbial fuel cells (MFCs) and microbial electrolysis cells (MECs) for wastewater treatment, bioenergy and bioproducts
Singh et al. Microbial fuel cells: A green technology for power generation
Sharma et al. A critical revisit of the key parameters used to describe microbial electrochemical systems
Cheng et al. Anodophilic biofilm catalyzes cathodic oxygen reduction
Clauwaert et al. Methanogenesis in membraneless microbial electrolysis cells
Hari et al. Set anode potentials affect the electron fluxes and microbial community structure in propionate-fed microbial electrolysis cells
Wrana et al. Hydrogen gas production in a microbial electrolysis cell by electrohydrogenesis
Prasad et al. Microbial fuel cell constructed with a micro-organism isolated from sugar industry effluent
Kiran et al. Microbial electroactive biofilms
Roy et al. Microbial electrochemical system: Principles and application
Zhang et al. Startup performance and anodic biofilm distribution in continuous-flow microbial fuel cells with serpentine flow fields: effects of external resistance
Silveira et al. Development, characterization and application of a low-cost single chamber microbial fuel cell based on hydraulic couplers
Sugnaux et al. Cathode deposits favor methane generation in microbial electrolysis cell

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20130201