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Uni Bayreuth: Stromproduktion mikrobieller Brennstoffzellen verbessert

Die Energiegewinnung mikrobieller Brennstoffzellen basiert darauf, dass Bakterien »Nahrung« wie Milchsäure verstoffwechseln und dabei Elektronen freisetzen, die über eine Anode weitergeleitet, einen Stromkreislauf bilden. Ein Biokomposit der Uni Bayreuth verbessert diesen Prozess jetzt erheblich.

Mikrofaser im Konfokalmikroskop Bildquelle: © Patrick Kaiser

Konfokalmikroskopische Aufnahme einer nassgesponnenen Mikrofaser mit Shewanella oneidensis-Bakterien. Grün: lebende Bakterien, rot: tote Bakterien.

Bislang besiedelte man die Anodenoberfläche mit Bakterien, die dort Elektronen abgeben. Der Aufbau dieser natürlichen bakteriellen Biofilme ist aber schwer kontrollierbar und instabil. Ein neues Hydrogel der Forschergruppe um Prof. Dr. Ruth Freitag (Bioprozesstechnik) und Prof. Dr. Andreas Greiner (Makromolekulare Chemie) verbessert den Prozess in mehrfacher Hinsicht und erhöht die Stromproduktion. Das Biokomposit besteht aus kleinsten Polymerfasern, in denen lebende Bakterien siedeln. Hierbei wird mehr Strom produziert und gleichmäßiger abgegeben, als im bisherigen Verfahren.

»Unser Biofilm enthält nur eine einzige Art von Bakterien, Bakterien der Art Shewanella oneidensis. Die elektrische Leistung einer Brennstoffzelle ist mit diesem Film doppelt so hoch, als wenn Bakterien der gleichen Art einen natürlichen Biofilm produzieren«, erklärt der Bayreuther Doktorand Patrick Kaiser M.Sc.

Das Biokomposit wurde auf dem Bayreuther Campus durch das Elektrospinnen von Polymerfasern hergestellt, die zusammen einen Vliesstoff bilden. »Das Elektrospinnen von Vliesstoffen ist heute eine weit verbreitete Technologie. Für die Einbettung der Bakterien sind keine zusätzlichen Produktionsschritte erforderlich«, sagt Steffen Reich M.Sc., dessen Doktorarbeit sich mit der Verkapselung von Bakterien in Polymeren beschäftigt.

Die Forschungsergebnisse wurden im dem Projektverbund »Ressourcenschonende Biotechnologie in Bayern – BayBiotech« zugehörigen Vorhaben »Biofilme für die Prozessintensivierung« erarbeitet und in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift »Macromolecular Bioscience« veröffentlicht.