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Bakterienbeschichtete Elektroden: Cyanobakterielle-Elektroden produzieren Strom

Forschern aus Haifa und Bochum ist es gelungen, Elektroden mit lebenden Zellen herzustellen, selbstregenerierend sind und denen die bei der Energieproduktion erzeugten Elektronen erstmals erfolgreich entnommen werden konnten, sodass die Stromproduktion über längere Zeiträume möglich wird.

Elektroden Bildquelle: © RUB/ Kramer

An der Ruhr-Universität testet das Team neue Elektrodentechnik zunächst im Labormaßstab.

Forschern aus Haifa und Bochum ist es gelungen, Elektroden mit lebenden Zellen herzustellen, die selbstregenerierend sind und denen die bei der Energieproduktion erzeugten Elektronen erstmals erfolgreich entnommen werden konnten, sodass die Stromproduktion über längere Zeiträume möglich wird.

Cyanobakterien erzeugen aus Lichtenergie, Kohlendioxid und Wasser, bzw. Wasserstoff Zuckermoleküle und Sauerstoff. Dabei wird eine Elektronentransportkette ausgelöst, die die Produktion von Energiespeichermolekülen wie Adenosin-Triphosphat antreibt. Im Dunkeln wird in der sogenannten Zellatmung Zucker unter Verbrauch von Sauerstoff zur Energiegewinnung wieder zerlegt. Auch hier kommt es zum Elektronentransport.

Forscher konnten jetzt erstmals auf einer mit Cyanobakterien beschichteten Graphit-Elektrode beide Prozesse ablaufen lassen und dabei einen Stromfluss außerhalb der Zellen generieren. Grundlage dafür war die Erkenntnis, dass ein lösliches Molekül aus den Zellen heraustritt, das die Elektronen zur Elektrodenoberfläche transportiert. Dies gelang jedoch nur, wenn die Zellen etwas angepresst wurden, sodass die Zellwand nicht mehr vollständig intakt war.

»Es ist nach unserem Wissensstand das erste Mal, dass ein solches Vermittlermolekül gefunden wurde, welches aus den lebenden Zellen selbst stammt, deren Zellwand durchwandern kann und so Elektronen nach außen transportieren kann«, sagt Dr. Fangyuan Zhao vom Zentrum für Elektrochemie. Um welche Substanz es sich dabei genau handelt, ist noch unbekannt. Die Analysen ergaben jedoch, dass es ein relativ kleines, wasserlösliches Molekül sein muss, das Zellwände und Membranen passieren kann. 

»Wir glauben, dass das Cyanobakterien-System das Potenzial hat, eine grüne Energiequelle zu werden«, resümiert Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Leiter des Bochumer Lehrstuhls für Analytische Chemie. »Mit einigen Modifikationen sollte es in der Lage sein, lichtgetrieben Strom über eine lange Zeit zu produzieren – weil es alles mitbringt, um sich immer wieder selbst zu regenerieren.«