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Biobrennstoffzellen

Brennstoffzellen im Vergleich

Biobrennstoffzellen sind noch lange nicht so leistungsfähig wie physikalisch-chemische Batterien, aber sie haben trotzdem eine Reihe von Vorzügen. Bakterien können zum Einen von einer großen Vielzahl an Substraten leben, die von einfachem Wasserstoff oder Methanol über komplexe organische Substrate reichen, wie sie in organischen Sedimenten, Abwässern oder Klärschlamm vorkommen. Und, Bakterien regenerieren sich selbst und wachsen im Idealfall immer weiter. Damit muss eine Biobrennstoffzelle einmal beimpft werden und kann dann theoretisch für lange Zeit genutzt werden. Aber bei Biobrennstoffzellen gibt es auch große Unterschiede.

Biobrennstoffzellen nutzen entweder ganze, lebende Mikroorganismen (mikrobielle Brennstoffzellen) oder nur bestimmte Enzyme eines Stoffwechselweges (enzymatische Brennstoffzellen) für die Stromerzeugung. Selbst wenn das Prinzip der Stromproduktion identisch ist, haben beide Systeme sehr unterschiedliche Eigenschaften und potenzielle Verwendungsmöglichkeiten.

Enzymatische Brennstoffzellen

Bei dieser Art der Brennstoffzellen werden isolierte Redox-Enzyme eingesetzt, die sehr spezifisch eine bestimmte Reaktion katalysieren. In diesen Systemen müssen daher kathodische und anodische Reaktion nicht voneinander getrennt werden; beide Reaktionen laufen im gleichen Kompartiment ab, das damit auch sehr klein sein kann. Für z.B. medizinische Implantate sind sehr kleine Brennstoffzellen vorteilhaft. Aber enzymatische Systeme haben einen entscheidenden Nachteil: Enzyme sind sehr empfindlich, was Temperatur und pH-Wert der Umgebung angeht, und ihre Lebensdauer ist begrenzt.

Mikrobielle Brennstoffzellen

Mikrobielle Brennstoffzellen, die mit ganzen Zellen arbeiten, sind viel weniger störanfällig und haben eine längere Lebensdauer. Die Enzyme liegen in ihrer normalen Umgebung vor und werden bei Bedarf von den Zellen ersetzt, die sich obendrein im Idealfall auch noch teilen und damit die Lebensdauer der Brennstoffzelle weiter erhöhen. Durch die Vielfalt der Enzyme in einem Organismus kann nicht nur ein ganz bestimmtes, sondern viele Substrate gleichzeitig verwertet werden. Das ist gerade bei komplexen Substraten wie Abwasser oder Klärschlamm von Vorteil, so dass diese Systeme für die meisten heutigen Verwendungszwecke bevorzugt werden.

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