Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

1 Einleitung: Rettet Wasserstoff das Klima?
Wsserstoffgewinnung 1

Teil 9.3.8 | Mikrobielle BZ

Mikrobielle Brennstoffzellen, auch Bio-BZ genannt, funktionieren nach dem Prinzip der Dissimilation unter Gärungsbedingungen. Als Katalysatoren für ihr Redoxsystem verwenden biologische Brennstoffzellen keine Metalle, sondern lebende Zellen (Bakterien). Als Brennstoff (Ausgangssubstanzen) kommen beispielsweise Glukose, Branntwein und auch Gin in Frage. Diese Substanzen werden von den Bakterien durch einen Oxidationsprozess chemisch abgebaut, wobei Elektronen frei werden, die wiederum mithilfe einer geeigneten Elektrode aufgefangen werden.

So gibt es Bakterien, denen Zuckermoleküle als Nahrung dienen. Als Produkt dieses Stoffwechsels scheiden sie Elektronen aus. Diese werden dann zur Kathode geleitet, wo sie entweder eine Batterie laden oder direkt elektrische Systeme versorgen. Bakterien vom Typ Geobacter sulfurreducens wurden bereits erfolgreich im maritimen Sektor getestet und könnten auch als Basis für künftige Antriebssysteme im All eingesetzt werden. Die Mikroorganismen sind genügsam, ungefährlich und effizienter als beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien. Da sich die Bakterien zudem selbst reproduzieren, könnten die Kolonien ewig leben, vorausgesetzt, es gibt genügend Zucker.

Bei einer anderen Variante werden keine lebenden Zellen, sondern Enzyme benutzt. Enzyme sind große Moleküle, die chemische Reaktionen ähnlich wie Katalysatoren beschleunigen, ohne sich selbst dabei zu verändern. Es gibt sowohl für den Sauerstoff als auch für den Wasserstoff entsprechende Enzyme. Ein Wasserstoffenzym, das zur Klasse der Hydrogenasen zählt, stammt aus einer Mikrobe namens Ralstonia eutropha. Die meisten Mikroben, die Wasserstoff umsetzen, tun dies in einer anaeroben Umgebung. Für sie ist Sauerstoff Gift. Das Ralstonia-eutropha-Enzym hingegen verträgt Sauerstoff und auch Kohlenmonoxid und könnte so die Forschung in diesem Sektor entscheidend voranbringen.

Bio-BZ verfügen über folgende Vor- beziehungsweise Nachteile:

+ umweltfreundlich
+ geringer Druck
+pH-neutral
+ geeignet für viele Brennstoffe (Zucker, Ethanol, Methanol) ohne
    aufwendige Aufbereitung

– Verfahren noch nicht ausgereift
– Aktivität der Enzyme nimmt mit der Zeit ab
– Empfindlichkeit gegenüber wechselnden Umwelteinflüssen

Auch die mikrobiellen Brennstoffzellen sind noch nicht ganz aus dem Rennen. An der RWTH Aachen wurde dafür eine textile Anode entwickelt. Ziel war es, einen Prototyp im Abwasser eine Papierfabrik zu testen.

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