Das Problem
Ein Abfallstrom, der vernichtet statt behandelt wird
Die Beschichtungsindustrie erzeugt Reaktionswasser, ein wässriges Nebenprodukt der Polyesterharz-Synthese. Am Standort Kansai Helios Slovenija in Količevo entstehen jährlich rund 3.000 Tonnen. Es enthält Neopentylglykol, Ethylenglykol, unvernetzte Polymerfragmente, Katalysatoren und Spuren von Lösungsmitteln wie Butylacetat, MEK, MiBK, Butylglykol und Xylol.
Heute wird es durch Hochtemperaturverbrennung entsorgt. Dieser Weg ist energieintensiv, vernichtet das Wasser statt es zu behandeln, und setzt CO₂ frei. Die Frage hinter dieser Thesis ist einfach: Kann Biologie die Arbeit stattdessen übernehmen?
Der Ansatz
Evolution unter Druck, im Morbidostaten
Statt den Organismus direkt zu konstruieren, nutzt diese Arbeit die Adaptive Laborevolution (ALE). Ein BSL-1-Stamm von E. coli 498 wird in einem System für kontinuierliche Kultur gehalten, in dem die Reaktionswasser-Konzentration automatisch erhöht wird, sobald die Population gut wächst, und gesenkt wird, wenn das Wachstum stagniert. Über viele Generationen begünstigt die Selektion Zellen, die die toxischen Bestandteile tolerieren und idealerweise als Kohlenstoffquelle nutzen.
Die Plattform ist ein Morbidostat (das Open-Source-Replifactory): ein Sieben-Gefäß-Gerät mit integriertem Rühren, optischer Dichtemessung und drei Peristaltikpumpen für Medium, Reaktionswasser-Dosierung und Abfallabzug. Eine Rückkopplung hält die Kultur unter konstantem, sich selbst anpassendem Stress.
Forschungsfragen
Was die Thesis beantworten soll
Kann E. coli so evolviert werden, dass es in Anpassungsläufen mit kontinuierlicher Kultur steigende Konzentrationen pH-neutralisierten Reaktionswassers toleriert und darin wächst?
Metabolisiert die angepasste Kultur die toxischen Bestandteile aktiv, und ist der Abbau unter striktem Katabolismus (nur RW) oder Co-Metabolismus (RW + Glucose) stärker?
Wie beeinflusst Biofilmbildung die Prozessstabilität, und lässt sie sich nutzen, um das Überleben bei toxischen Schocks zu verbessern?
Führt biologische Behandlung zu einem messbaren Rückgang der akuten Toxizität, quantifiziert als EC₅₀ im Microtox®-Bioassay (Aliivibrio fischeri)?
Methoden auf einen Blick
Wie gemessen wird
Status Anpassung nachgewiesen · Validierung läuft
In den Anpassungsläufen erreichten Wildtyp-Kulturen etwa 50 % Reaktionswasser, während vorangepasste Linien Konzentrationen bis zu 70 % ausgesetzt waren. Diese Werte beschreiben in den Läufen erreichte Konzentrationen, nicht eine finale Validierung stabiler Toleranz. Die Ökotoxizitäts-Validierung läuft noch. Zwei bekannte Limitierungen: Reaktionswasser absorbiert bei OD₆₀₀ und kann bei hohen Konzentrationen falsche Verdünnungsereignisse auslösen; Biofilm kann die Sensorik stören und die Abfallleitung verstopfen.
Warum es wichtig ist
Bezug zu EU-Nachhaltigkeitszielen
Der Ersatz von Verbrennung durch biologische Behandlung ordnet sich mehreren UN-Nachhaltigkeitszielen zu, die von der EU übernommen wurden, sowie der überarbeiteten EU-Kommunalabwasserrichtlinie und dem European Green Deal.