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Bakterien gegen Risse

Forscher der Hochschule München haben die Kultivierung einer Bakterienart untersucht, die durch Biomineralisation unter anderem Betonbauten instand halten können. Durch geeignete Nährstoffe gelang ihnen eine erhebliche Steigerung der Produktion der Mikroorganismen bei geringfügig höheren Kosten.

Bakterien_Risse_Beton
In parallelen Testreihen bestimmten die Wissenschaftler die Nährstoffanforderungen der Bakterien (Abb.: Johanna Weber)

Die Bakterienart Sporosarcina pasteurii ist in der Lage, durch ihren Stoffwechsel Kalk auf Oberflächen abzulagern. Dieses Phänomen kann auf verschiedene Weise genutzt werden: zum Beispiel für die Rissheilung im Beton, zur Staubkontrolle im Tagebau oder zur Fixierung von Schwermetallen in Böden, sodass diese nicht in das Grundwasser gelangen können. Im Forschungsprojekt „MicrobialCrete“ hat sich ein Team um Professor Dr. Robert Huber und Doktorand Frédéric Lapierre von der Hochschule München unter anderem auf die Erforschung des Nähstoffbedarfs der stäbchenförmigen Bakterien konzentriert, um so ihre Kultivierung zu optimieren und sie effizienter einsetzen zu können.

Sporosarcina pasteurii wird in der Forschung bereits eingesetzt, und es gibt auch erste praktische Anwendungen in der Biozementierung. Der Mikroorganismus kommt natürlicherweise in Böden auf der ganzen Welt vor und ist für den Menschen ungefährlich. Für die genannten Anwendungen ist der Einsatz von Bakterien im Vergleich zu etablierten Methoden umweltfreundlicher, denn er basiert überwiegend auf nachhaltigen Rohstoffen.

Spezielle Nährstoffe führen zu wesentlich mehr Bakterienbiomasse
Trotz der weltweiten Verbreitung des Bakteriums ist es immer noch ein Exot in der Bioverfahrenstechnik. Bisher gab es zu wenige Erkenntnisse über eine effiziente und kostengünstige Kultivierung. Den Wissenschaftlern um Frédéric Lapierre ist nun erstmalig die genaue Bestimmung der Nährstoffanforderungen der Bakterien gelungen. Sie verwendeten dafür eine Hochdurchsatz-Kultivierungsplattform mit Online Monitoring.

In der dazugehörigen Studie haben sie die Steigerung der Produktion der Mikroorganismen um das Fünffache im Vergleich zu publizierten Bioprozessen dokumentiert. Was die Nährmedien angeht, ist das dabei eingesetzte Verfahren nur vier Prozent teurer. „Wir haben gängige Nährmedien zur Zucht der Bakterien mit speziellen Nährstoffen ergänzt, um diesen Fortschritt zu erzielen“, so Lapierre. „Durch die gesunkenen Herstellungskosten wollen wir einen wichtigen Beitrag zur Industrialisierung der Biozementierung schaffen, um nachhaltige Anwendungen in der Bauindustrie und der Umwelttechnik zu etablieren.“ Die komplette Studie finden Sie auf der Seite des Verlags Nature Research.