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MESSAI · KI für mikrobielle elektrochemische Systeme · © 2026

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Forschungsdaten – Titel und Zusammenfassungen von Publikationen, extrahierte Daten und Katalogeinträge – erscheinen in ihrer Originalsprache Englisch.

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Microalgae-bacteria synergy in photosynthetic bio-electrochemical systems supports nitrogen transformation, microbial dynamics and greenhouse gas mitigation

Yoong-Sin Oon, Yoong-Ling Oon, Muhammad Ayaz, Yuren Wang +4

Communications Earth & Environment·2025·3 Zitationen·doi.org/10.1038/s43247-025-02815-y
KI-angereichert· 88 %Quell-PDF
SystemMSC

KI-Zusammenfassung

88 % Konfidenz

This study investigates photosynthetic microbial fuel cells (PMFCs) integrating microalgae and bacteria for wastewater treatment with simultaneous greenhouse gas mitigation. By systematically varying external resistance and cathodic configuration, the authors elucidate how electrochemical conditions regulate nitrogen transformation, carbon dynamics, and microbial community structure. Microalgae-based cathodes achieved net-negative CO₂ flux and 37% lower N₂O emissions than open-circuit systems, with enhanced extracellular electron transfer correlating to elevated pilA and OmcS gene abundance and enrichment of electrogenic genera including Shinella, Geobacter, and Pseudomonas.

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MSC

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Zusammenfassung

Photosynthetic microbial fuel cells present an integrated strategy for wastewater treatment, greenhouse gas mitigation and bioenergy recovery. Here we elucidate the bioelectrochemical mechanisms by which external resistance and cathodic configuration regulate nitrogen transformation, carbon dynamics and microalgae-bacteria interactions. A microalgae-based cathode achieved net-negative carbon dioxide flux and approximately 37% lower nitrous oxide emissions than open-circuit systems, corresponding to reduced global warming potential relative to mixed-microbial and abiotic cathodes. This reflected enhanced carbon dioxide fixation and suppression of methane and nitrous oxide emissions. Nitrous oxide reduction in the anodic region was attributed to denitrifying bacteria expressing nitrous oxide reductase, supported by electrons from organic matter oxidation. Photosynthesis stimulated nitrification at the cathode, while microalgae assimilated nutrients, improving removal. Lower external resistance enhanced extracellular electron transfer, correlated with elevated pilA and OmcS gene abundance and enrichment of electrogenic genera including Shinella, Geobacter and Pseudomonas. These findings reveal integrated electrochemical–microbial mechanisms facilitating sustainable treatment. Bioelectrochemical interactions between microalgae and bacteria can improve extracellular electron transfer, nitrogen transformation and greenhouse gas mitigation during wastewater treatment in a photosynthetic microbial fuel cell.

Schlagwörter

Nitrous oxideMicrobial fuel cellPhotosynthesisEnvironmental chemistryGreenhouse gasCarbon dioxide

Kennungen

DOI
10.1038/s43247-025-02815-y
Zeitschrift
Communications Earth & Environment
Jahr
2025
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