Bioremediation bezeichnet den Einsatz lebender Mikroorganismen, Pflanzen oder deren Enzyme zur Umwandlung, Immobilisierung oder Elimination von Schadstoffen aus Boden, Wasser, Abluft oder technischen Systemen. Im Unterschied zu rein physikalisch-chemischen Verfahren zielt Bioremediation auf einen (bio-)katalytischen Abbau oder eine dauerhafte Bindung der Kontaminanten ab und nutzt hierzu natürliche oder gezielt optimierte Stoffwechselwege.

Zentrale Mechanismen sind Biodegradation (vollständiger Abbau zu CO₂, H₂O, Biomasse und anorganischen Ionen), Biotransformation (chemische Umwandlung, z.B. Reduktion von Cr(VI) zu Cr(III)), Bioakkumulation und Biosorption (Anlagerung an Zelloberflächen oder Biofilme). Für organische Kontaminanten wie aromatische Kohlenwasserstoffe dominieren oxidative und cometabolische Stoffwechselwege, während bei Metallen und Metalloiden häufig Redoxreaktionen und Ausfällungen (z.B. Sulfidbildung) relevant sind.

In der stoff- und verfahrenstechnischen Praxis wird zwischen in situ-Verfahren (z.B. biotische Bodenluftabsaugung, Nährstoff- und Elektronendonorzugabe) und ex situ-Verfahren (Bioreaktoren, Kompostierung, Biofiltration von Abluftströmen) unterschieden. Biofiltrationssysteme sind ein wichtiges Teilgebiet, in dem Biofilme auf porösen Trägermaterialien gasförmige Schadstoffe abbauen.

Für die Auslegung sind Parameter wie Schadstoffspezies und -konzentration, Bioverfügbarkeit, Elektronenakzeptoren, pH-Wert, Temperatur, Feuchte, Porenstruktur und Stofftransport wesentlich. Herausforderungen liegen in begrenzter Kinetik, Heterogenität natürlicher Systeme, möglicher Bildung toxischer Metabolite und der Langzeitstabilität mikrobieller Gemeinschaften. Dennoch stellt Bioremediation aufgrund ihres geringen Energie- und Chemikalieneinsatzes und der Möglichkeit standortangepasster Lösungen eine zentrale Säule nachhaltiger Sanierungs- und Reinigungstechnologien dar.