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Biobrennstoffzellen

Biobrennstoffzellen - eine Einleitung

Abb.1
Aufbau einer Brennstoffzelle

Der Klimawandel und die begrenzten fossilien Energieressourcen wie Erdöl und Erdgas führten dazu, dass sich Wissenschaftler in den vergangen Jahren immer stärker mit der Nutzung umweltschonender, alternativer Energiequellen beschäftigt haben - unter anderem auch den mikrobiellen Brennstoffzellen.

Mit diesen Brennstoffzellen kann Energie aus Biomasse mit geringem Wert wie organischen Abfällen oder Abwasser produziert und damit ein Teil der Energie wiedergewonnen werden, der für die Entsorgung dieser Abfälle benötigt wird. Und das ist nicht gerade wenig: Die Klärung eines Kubikmeters Abwasser verbraucht ca. eine Kilowattstunde elektrischer Energie. Schätzungen zufolge stammt momentan etwa ein Prozent der Energie in Deutschland aus der Biomasse, der Anteil könnten vermutlich auf 13 % ansteigen.

Biobrennstoffzellen beruhen auf einem einfachen Prinzip: Mikroorganismen produzieren in ihrem normalen Stoffwechsel Elektronen, die zur Stromerzeugung genutzt werden können. Dabei gibt es verschiedene Methoden, wie diese Übertragung in einer Biobrennstoffzelle erfolgt:

  • Mikroorganismen geben die Elektronen direkt an eine Elektrode ab, oder
  • Mikroorganismen geben Stoffwechselprodukte ab, die Elektronen auf eine Elektrode übertragen, oder
  • isolierte Stoffwechselenzyme in Lösung übertragen Elektronen auf eine Elektrode.
Hinweis
Heterotrophe Organismen erzeugen die für ihr Leben notwendige Energie durch den oxidativen Abbau von organischen Substraten. Die Elektronen werden dabei über mehrere Redoxsysteme auf einen Endakzeptor übertragen, der z.B. Sauerstoff sein kann (bei aeroben Organismen), oder ein anderes Molekül wie z.B. Pyruvat (Milchsäuregärung) oder Acetaldehyd (alkoholische Gärung). In diesem Prozess wird schrittweise Energie frei.

Derzeit existieren bereits eine ganze Reihe verschiedener Modelle für Biobrennstoffzellen, deren kommerzielle Nutzung aber noch weit entfernt ist. Bisher ist die Stromausbeute aus Bakterien meistens so gering, dass der produzierte Strom kaum nutzbar ist.

Die Anstrengungen der Wissenschaftler gehen heute vor allem dahin, den Mechanismus des Elektronentransfers überhaupt zu verstehen und das Verfahren im kleinen Maßstab so weit wie möglich zu optimieren.

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