Messai × Helmholtz-UFZ

Live-Briefing zur Kooperation

Die Datenschicht für mechanistische Bioelektrochemie.

Parameter, Priors (A-priori-Verteilungen) und Modell-Setups auf Korpusebene – abgestimmt auf Dr. Benjamin Korths Arbeiten zu Thermodynamik, Kinetik und Energieeffizienz elektroaktiver Mikroorganismen.

Erstellt für Dr. Benjamin KorthDept. Microbial BiotechnologyPriors-Artefakt · 2026-07-21Anwendungsfall Stickstoffkreislauf →

01 · Modell-Setups, die Ihnen vertraut sein dürften

Öffnen Sie jede Konfiguration im Labor

Jede bringt ihre maßgebliche Physik mit – die gekoppelten partiellen Differentialgleichungen und die Kinetik sind das Modell. Klicken Sie auf eine Karte, um ihre Details im Live-Katalog zu öffnen.

Mikrobielle Elektrosynthese

Carbon Fixer

Eine rückwärts betriebene MFC: Elektronen + CO₂ → Acetat/Butyrat. Sporomusa ovata auf einer Kathode bei −0,4…−1,2 V vs. SHE.

Maßgebliche Physik

Butler–Volmer + HER · CO₂/HCO₃⁻/CO₃²⁻-Gleichgewichte + Stofftransport · Wood–Ljungdahl-Flussbilanz · Monod mit mehreren Produkten

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Zweikammer-MEC

Hydrogen Engine

Exoelektrogene an der Anode oxidieren Acetat; eine Vorspannung von ~0,4–0,8 V treibt die H₂-Entwicklung an der Kathode. Energieausbeute 150–400 % bezogen auf den Energieeintrag.

Maßgebliche Physik

Butler–Volmer mit Biofilm-Leitung (Marcus–Hush) · Monod-Wachstum · Volmer–Heyrovsky–Tafel-HER · Nernst–Planck über die CEM

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Ressourcenrückgewinnung / MDC

Circular Miner

Bioelektrodialyse mit drei Kammern: kathodische Reduktion + Ionenrückgewinnung + Entsalzung. Nettoenergie −0,5…+0,3 kWh·m⁻³.

Maßgebliche Physik

Nernst–Planck-Mehrionentransport · Donnan-Gleichgewichte an Membranen · Butler–Volmer an Elektroden · Ladungsbilanz des Stacks

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Kontinuierliches mikrofluidisches BES

Laminar Shield

Membranlose laminare Parallelströmung bei niedriger Re; Acetatzufuhr bei kurzer Verweilzeit – ein sauberes Testsystem für die Kinetik der kontinuierlichen Acetataufnahme.

Maßgebliche Physik

Navier–Stokes (niedrige Re) · Konvektion–Diffusion–Reaktion · Butler–Volmer-Randbedingungen · Monod-Biofilm · δ≈√(D·L/U)

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02 · Metaanalyse, aufgeteilt nach Systemklasse

Gepoolte bayessche Priors als Forest-Plots

Gepoolte Posteriors (A-posteriori-Verteilungen) und Posteriors je Systemklasse mit 95-%-Glaubwürdigkeitsintervallen – die Aufteilung nach Klassen (MES / MEC / MFC) ist die eigentliche Aussage. Ein bernsteinfarbenes ⚠ markiert ein Stratum, dessen MCMC-Fit nicht konvergiert ist: gekennzeichnet, nie verborgen. Öffnen Sie jede Karte im Live-Explorer.

Coulomb-Effizienz

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Der Forest-Plot vergleicht MES vs. MEC vs. MFC – die Aufteilung nach Klassen ist die eigentliche Aussage.

Stratum
0,0800,4470,813
n

Flächenbezogene Stromdichte

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Prior auf Log-Skala; die endlastige Streuung spiegelt echte Varianz über den Korpus wider.

Stratum
0,0120,50121,3
n

Angelegtes Potenzial

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Verteilung des Energieeintrags für MEC – der energetische Hebel.

Stratum
-0,1570,4641,1
n

Reinigungsleistung über kathodische und gemischte Systeme hinweg.

Stratum
0,5600,7390,919
n

03 · Priors für den direkten Einsatz in Ihren Modellen

Posteriors als Sampling-Spezifikationen herunterladen

Der Export liefert jeden Fit als direkt samplebare Verteilung (Lognormalverteilung auf Basis des natürlichen Logarithmus für endlastige Größen, Normalverteilung für lineare) mit n, Einheiten, Herkunft und Vorbehalten – direkt in PyMC / Stan / scipy.

ParameterKlassenZentralwert95-%-IntervallKennzeichen
coulombic_efficiencygepoolt14639,1 %Mittelwert33,8 % – 44,2 %Diagnostik fehlgeschlagenpathological Student-t tail (ν=0.71 < 1, no finite mean)
MEC1161 %Mittelwert49,6 % – 72,3 %brauchbarmoderate support (n_papers=11)
MES1768,4 %Mittelwert54,1 % – 81,3 %Diagnostik fehlgeschlagenLOO unreliable (high Pareto-k) — influential outliers dominate the fit
MFC7222 %Mittelwert19,3 % – 24,6 %unbrauchbarwithin-study variance not identified (σ_within≈2.9e-11); partial pooling would let any user data crush the prior
current_density_arealgepooltlog2000,32 A/m^2Median0,285 A/m^2 – 0,652 A/m^2vertrauenswürdig
MEClog113,3 A/m^2Median1,26 A/m^2 – 5,86 A/m^2brauchbarmoderate support (n_papers=11)
MESlog171,27 A/m^2Median0,999 A/m^2 – 21,3 A/m^2brauchbarmoderate support (n_papers=17)
MFClog1080,249 A/m^2Median0,149 A/m^2 – 0,441 A/m^2brauchbarconvergence not confirmed
cod_removalgepoolt27372,4 %Mittelwert69,6 % – 75,1 %vertrauenswürdig
MEC1971,1 %Mittelwert59,4 % – 80,5 %Diagnostik fehlgeschlagenLOO unreliable (high Pareto-k) — influential outliers dominate the fit
MES1782,9 %Mittelwert80,9 % – 84,8 %unbrauchbarwithin-study variance not identified (σ_within≈3.0e-14); partial pooling would let any user data crush the prior
MFC16073 %Mittelwert69,9 % – 76,3 %brauchbarconvergence not confirmed
applied_potentialgepoolt640,358 VMittelwert0,184 V – 0,536 VDiagnostik fehlgeschlagenLOO unreliable (high Pareto-k) — influential outliers dominate the fit
MEC160,838 VMittelwert0,586 V – 1,08 VDiagnostik fehlgeschlagenLOO unreliable (high Pareto-k) — influential outliers dominate the fit
MFC11-0,127 VMittelwert-0,157 V – -0,0554 Vunbrauchbarwithin-study variance not identified (σ_within≈5.1e-8); partial pooling would let any user data crush the prior

Zentralwert = geometrischer Median (Log-Fits) bzw. Posterior-Mittelwert (linear). spärlich = n<10; Näherung = MCMC nicht vollständig konvergiert.

04 · Acetatkinetik in kontinuierlichen BES

Das Bild der Acetataufnahme, das Ihre Modelle formalisieren

Kontinuierlich betriebene Geobacter-Biofilme nehmen Acetat nach Monod-Kinetik auf, q = q_max·S/(K_S+S). Der Korpus fittet die unten gezeigten beobachtbaren Größen – nicht aber K_S oder q_max selbst. Genau an dieser Lücke schließen Ihre Daten aus kontinuierlichen BES den Kreis.

Monod-Sättigung – illustrativ
Acetatkonzentration S →K_S = ?q_max

Plateau verankert am Korpus-Prior der flächenbezogenen Stromdichte (Median 0,32 A/m^2). K_S bleibt unbekannt – der Korpus fittet diesen Wert nicht.

Kinetische GrößenZentralwert95-%-IntervallKennzeichen
Substratkonzentrationlog81500 mg/L248 mg/L – 781 mg/L
Acetatkonzentrationlog38550 mg/L440 mg/L – 796 mg/LNäherung
Flächenbezogene Stromdichtelog2000,32 A/m^20,285 A/m^2 – 0,652 A/m^2
Austauschstromdichte (j₀)log60,0827 A/m^20,00827 A/m^2 – 0,993 A/m^2spärlich
Spezifische Wachstumsrate (µ)50,125 1/h-0,0364 1/h – 0,302 1/hspärlichNäherung
Biofilmdickelog170,0000200 m0,00000427 m – 0,0000714 m
Durchflussratelog840,6 L/h0,359 L/h – 0,645 L/hNäherung

Was der Korpus noch nicht fittet – hier könnten Ihre Daten aus kontinuierlichen BES den Grundstein legen

  • K_S – Halbsättigungskonstante: der Acetat-Affinitätsterm der Monod-Aufnahme q = q_max·S/(K_S+S) – korpusweit nicht extrahiert
  • q_max – Maximale spezifische Aufnahmerate: das Sättigungsplateau der Acetataufnahme – korpusweit nicht extrahiert

05 · Feinabstimmung mit Ihren eigenen Daten

Machen Sie aus dem Korpus-Prior Ihren Posterior

Fügen Sie Ihre eigenen Messwerte ein und wählen Sie ein Basis-Stratum. MESSAI berechnet ein Partial-Pooling-Update in geschlossener Form – Korpus-Prior ⊕ Ihre Daten → Ihr Posterior – im selben Format als Sampling-Spezifikation, das Sie oben herunterladen. Es weist das Shrinkage-Gewicht w aus (wie viel vom Korpus übernommen wird) und verweigert das Pooling auf einen nicht konvergierten Fit grundsätzlich. Außer den eingefügten Zahlen verlassen keine Daten Ihren Browser.

Parameter
Basis-Stratum
Ihre Messwerte (Flächenbezogene Stromdichte, Originaleinheiten)
Korpusgewicht κ1,00

Wo die Daten weich sind – vorab offengelegt

  • Die Extraktion ist verrauscht – die Streuung über den Korpus ist groß (Variationskoeffizient der Leistungsdichte ≈ 10³ %); jeder Wert wird mit n, Einheiten und Spannweite ausgeliefert.
  • Die Abdeckung ist unvollständig – ein erheblicher Teil der indexierten Publikationen ist noch nicht mit extrahierten Werten verknüpft, daher spiegeln die Verteilungen die extrahierte Teilmenge wider.
  • Spärliche oder nicht konvergierte Fits werden gekennzeichnet, nie verborgen.

Die Priors stammen aus dem hierarchischen v2-Artefakt je Klasse (PyMC NUTS, Student-t). Modell-Setups und Metaanalyse verlinken auf die Live-Oberflächen von Labor und Metaanalyse. Erstellt als Kooperations-Briefing für Dr. Benjamin Korth, Helmholtz Centre for Environmental Research — UFZ.