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Biobrennstoffzellen

Biobrennstoffzellen auf Alkoholbasis

Auch das Bakterium Pseudomonas aeruginosa mit einen breiten Nahrungsspektrum lässt sich für die Stromerzeugung einsetzen. An der FU Berlin wurde eine Brennstoffzelle entwickelt, bei der die Elektronen aus Alkohol (Ethanol) auf den Cofaktor Pyrrolochinolin-chinon (PQQ1)) übertragen werden. Über die Zellmembran wird ein elektrochemisches Potenzial aufgebaut, das ähnlich eine Batterie funktioniert. Dieses System lässt sich nicht nur als Brennstoffzelle nutzen, sondern auch als Alkohol-Sensor.

Abb.1
Redoxgleichung für Pyrrolochinolin-chinon (PQQ)

Ähnlich funktioniert eine Brennstoffzelle auf der Basis von Ethanol, die an der Universität von St. Louis (USA) entwickelt wurde und die sogar mit Resten von Wodka, Gin, Weißwein und Bier funktioniert. Diese Brennstoffzelle verwendet allerdings keine ganzen Bakterien, sondern nur die Enzyme des Alkohol-Abbaus. Beim Abbau von Ethanol wird das Zwischenprodukt Acetaldehyd zu Acetat dehydriert und Wasserstoff abgespalten (der normalerweise auf NAD übertragen wird). Dieser aus dem Ethanol stammende Wasserstoff reagiert nun an einer hauchdünnen Membran mit dem Sauerstoff der Luft zu Wasser. Enzyme sind allerdings sehr empfindlich, benötigen einen bestimmten Temperatur- bzw. pH-Bereich und werden relativ schnell wieder abgebaut. In ein poröses Kunststoffmaterial eingebettet können sie mehrere Tage bis Wochen hinweg aktiv bleiben.

Dieses System wurde auf Chip-Größe verkleinert. Bei einer Alkohol-Durchflussrate von nur einem Schnapsglas pro Woche ließ sich immerhin eine Stromstärke von 53 Mikroampere bei einer Spannung von 0,34 Volt pro Quadratzentimeter erzielen. Das ist zwar nicht viel, aber in Zukunft könnte sich mit diesem System möglicherweise ein Miniatur-Analysegerät betreiben lassen, bei dem die Stromversorgung über Biobrennstoffzellen in Chipformat erfolgt.

1)PQQ: pyrroloquinolin quinone
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