Sauberes Wasser und gleichzeitig Energiegewinnung? Klingt nach Utopie? Forscher arbeiten gerade daran diesen Traum wahr werden zu lassen.
Die Abwasseraufbereitung mit Mikroorganismen ist schon ein alter Schuh und wird seit Jahrzehnten in jeder Gemeinde betrieben. Allerdings ist der Prozess bei dem organische Verbindungen und Schadstoffe abgebaut werden sehr energieaufwendig, da viel gerührt und z.T. Sauerstoff eingeblasen werden muss. Die abgebauten Verbindungen sind sehr energiereich, deshalb werden sie von Bakterien ja auch zur Deckung ihres Energiebedarfs zersetzt. Forscher möchten genau diese Energie nun nutzbar machen.
Was ist die Mikrobielle Brennstoffzelle?
Brennstoffzellen sind grob ausgedrückt eine Technik, mit der chemische Energie in elektrische umgewandelt wird. Rund um diese Technologie wird noch viel geforscht, dennoch werden Brennstoffzellen als Energiequellen z.B. in Autos als Hoffnungsträger der Zukunft gesehen. Diese Brennstoffzellen brauchen - wie der Name schon sagt - Brennstoff in Form von Alkoholen, Alkanen oder Wasserstoff.
Die Mikrobielle Brennstoffzelle (auch Bio-Brennstoffzelle) nutzt die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen.
Der prinzipielle Aufbau einer mikrobiellen Brennstoffzelle ist in der obigen Abbildung dargestellt. Die Mikroorganismen befinden sich in der anaerob (sauerstofflos) gehaltenen Anodenkammer. Sie können entweder suspendiert, als auch in Form eines bakteriellen Biofilmes (einzellige Schicht) auf der Anode vorliegen. Das Substrat (der Brennstoff) wird durch die Bakterien abgebaut, und die freigesetzten Elektronen werden auf die Brennstoffzellenanode übertragen (Strom fließt). Als Kathode dient zumeist eine Sauerstoffelektrode. Hier bildet sich aus den positiven Wasserstoffionen (H+, Protonen) und Luftsauerstoff in einer elektrochemischen Reaktion Wasser.
Einsatzfeld Kläranlage
Über eine Kilowatt-Stunde elektrischer Energie wird zur Klärung von einem Kubikmeter Abwasser benötigt. Dabei ist in jedem Kubikmeter ein Vielfaches dieser Energie gespeichert - und geht ungenutzt verloren. Es wird also sinnlos Energie verschwendet, um Energie zu vernichten. Mikrobielle Brennstoffzellen können dazu beitragen, einen Teil dieser Energie zurück zu gewinnen.
In diesen Biobrennstoffzellen steckt bereits jahrelange Forschung. Trotzdem befinden sie sich noch in den Kinderschuhen. Bisher wurde Grundlagenforschung betrieben, bis zu einer technischen Realisierung sind weitere große Anstrengungen nötig.
Artikel des deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung
aktuelle Forschungsvorhaben zu Weiterentwicklung und Optimierung der BMZ
umfangreicher Artikel, verfasst von einem der führenden Forscher Deutschlands