Mehr Effizienz für mikrobielle Brennstoffzellen Bakterien unter Strom geben mehr Sprit

Es sind nicht die Bakterien abgebildet, die für das Experiment verwendet worden sind.

29.06.2017

Forscher aus Singapur fanden heraus: Die Leistung von mikrobiellen Brennstoffzellen steigt erheblich, wenn die stromerzeugenden Bakterienzellen mit einem leitfähigen Polymer beschichtet werden.

Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts verbanden Wissenschaftler zum ersten Mal Bakterienzellen mit Elektroden und erhielten Strom. Dies funktioniert, weil der Stoffwechsel der Bakterien bei fehlendem Sauerstoff in einen Modus wechselt, in dem er die chemische Energie anstelle in die Produktion von Kohlendioxid und Wasser in die von Protonen und Elektronen steckt. Diese Elektronen kann man in einer elektrochemischen Zelle zur Stromgewinnung verwenden.

So rücken Bakterien ihre Elektronen heraus

Solche mikrobiellen Brennstoffzellen werden derzeit im Bereich nachhaltiger Energieproduktion und insbesondere bei der Wasseraufbereitung intensiv erforscht. Ihr Schwachpunkt ist die Energiedichte. Ein großer Teil des elektrochemischen Potenzials der Bakterien liegt brach, weil die Bakterienzellen ihre produzierten Elektronen nicht an die Elektrode weiterleiten können.

Um die Bakterien leitfähig zu machen, erforschen Qichun Zhang von der Nanyang Technological University in Singapur und seine Kollegen die Möglichkeit, diese in eine Hülle von leitfähigen Polymeren einzuschließen. Allerdings müssen die beschichteten Bakterien dabei natürlich lebensfähig bleiben.

Die richtige Beschichtung für 23-fache Leitfähigkeit

Geeignet als Beschichtungsmaterial erschien den Wissenschaftlern das Polymer Polypyrrol. „Wir nahmen an, dass durch die Modifikation der Bakterienzellen mit Polypyrrol die elektrische Leitfähigkeit der Bakterienzellen steigen müsste, ohne dass die Vitalität leidet", erklärten die Autoren. Als oxidativen Starter, um Pyrrol-Monomere auf der Bakterienoberfläche zu polymerisieren, verwendeten sie Eisenionen.

Für die Versuche wählten sie das Proteobakterium Shewanella oneidensis, das Metalle gut toleriert und sowohl aerob als auch anaerob leben kann. Nach der Beschichtung waren die Bakterien tatsächlich weiter lebendig und aktiv, sodass sie mit einer Kohlenstoffanode auf die Entwicklung von Biostrom hin getestet werden konnten. Dabei stieg die Leitfähigkeit um das 23-fache, die Stromerzeugung wuchs um das Fünffache, und die maximale Energiedichte der Anode war 14-mal höher als bei der unbeschichteten Variante. Bei Fütterung mit Laktat als Nährstoff beobachteten die Autoren einen beträchtlichen Strom, im Gegensatz zu den unbeschichteten Bakterien, die gar keinen Strom lieferten.

Mit dieser Strategie der Gruppe um Zhang könnte man das Leitfähigkeitsproblem von mikrobiellen Anoden lösen. Die Beschichtung von lebenden Bakterien könnte, so die Autoren der Studie, der Erforschung von mikrobiellen Brennstoffzellen eine neue Dimension verleihen.

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  • Polymerbeschichtung für Bakterien erhöht deren Leistungsfähigkeit.

    Polymerbeschichtung für Bakterien erhöht deren Leistungsfähigkeit.

    Bild: Wiley-CH

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