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Biobrennstoffzellen aus Baumpilz-Enzymen und Coli-Bakterien

Biobrennstoffzellen aus Baumpilz-Enzymen und Coli-Bakterien (Foto: iGEM-Team 2013 der Universität Bielefeld)

Biobrennstoffzellen aus Baumpilz-Enzymen und Coli-Bakterien (Foto: iGEM-Team 2013 der Universität Bielefeld)

Wie Baumpilze und Bakterien Strom aus Abfällen und Abwässern erzeugen können, wird unabhängig voneinander von zwei deutschen Forschungsteams untersucht. Eine Gruppe zehn Bielefelder Studenten will eine Biobrennstoffzelle konstruieren, in der das Bakterium Escherichia coli Zucker direkt in Strom verwandelt. Ein Forscherteam der Universität Freiburg will hingegen das Enzym des Baumpilzes Trametes versicolor nutzen, um Biostrom zu erzeugen.

Laccase verlängert Nutzungsdauer der Kathode

An der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau wird der in unseren Breiten vorkommende Baumpilz Trametes versicolor genauer unter die Lupe genommen. Sabine Sané, Doktorandin im Graduiertenkolleg Micro Energy Harvesting am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), untersucht dabei das in einer Flüssigkeit gelöste Pilz-Enzym Laccase, das den Pluspol der Biobrennstoffzelle Zelle (Microbial fuel cell – MFC) umgibt und hilft, Sauerstoff in Wasserstoff umzuwandeln. Das Besondere an dieser Baumpilz-Lösung ist, dass sie im Gegensatz zu anderen Enzymen die Nutzungsdauer der Kathode auf bis zu 120 Tagen erhöht und nicht aufwändig aufbereitet werden muss. So könnten mikrobielle Brennstoffzellen entwickelt werden, die Strom aus z. B. Abwasser gewinnen.

Bakterium Escherichia coli wandelt Zucker in Strom

Zehn Bielefelder Studierende wollen hingegen mit Hilfe des Bakteriums Escherichia coli Zucker direkt in Strom verwandeln und nehmen mit diesem Projekt am diesjährigen "international Genetically Engineered Machine competition" (iGEM) am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston teil. Im Anodenraum dieser Biobrennstoffzelle befinden sich jedoch keine Elektrolyte, sondern Bakterien, die Zucker abbauen und Elektronen produzieren, die an die Anode und über einen externen Kreislauf schließlich an die Kathode abgegeben werden. Der externe Kreislauf ist dabei die mit der Biobrennstoffzelle betriebene Anwendung wie beispielsweise Lampen oder kleine Motoren.

TU Dresden forscht an implantierbaren Brennstoffzellen

Biobrennstoffzellen können jedoch auch in kleinem Maßstab zu medizinischen Zwecken eingesetzt werden. Seit Mitte letzten Jahres forscht hierzu die Chemikerin Dr. Dan Wen aus China innerhalb eines Forschungsstipendiums an der TU Dresden. Als Brennstoff dient dabei der Sauerstoff und Blutzucker in Körpergeweben, der als Antrieb einer implantierbaren Biobrennstoffzelle dienen soll. Um diesen Prozess stabiler und langfristig nutbar zu gestalten, forschen Dr. Wen und ihre Dresdner Kollegen an einem hoch porösen Material aus Platin-Nanoteilchen (Aerogel), das in Kombination mit Enzymen anstelle von Bakterien eingesetzt werden sollen und ähnlich der Baumpilz-Enzyme der Universität Freiburg wirken.

Weitere Forschung an Biobrennstoffzellen notwendig

Biobrennstoffzellen basieren auf lebenden Mikroorganismen, die im Rahmen ihres Stoffwechsels organische Substanzen verarbeiten und unmittelbar zur Stromgewinnung nutzen. Während des Stoffwechsels in der Biobrennstoffzelle entstehen Elektronen, die von Mikroorganismen auf eine Elektrode übertragen werden und so als Biokatalysator fungieren. Biobrennstoffzellen können helfen, Strom aus Abwässern und Abfällen oder anderen organischen Substanzen zu gewinnen. Eine ökonomisch sinnvolle Anwendung der Biobrennstoffzelle ist momentan jedoch noch nicht möglich. Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten der biologischen Stromgewinnung sind Forschungsaktivitäten zur Erhöhung der Stromdichte durch Biobrennstoffzelle von besonderer Bedeutung.

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"Biobrennstoffzellen aus Baumpilz-Enzymen und Coli-Bakterien" wurde am 19.07.2013 verfasst