Mikrobielle Batterie

Verdrahtete Bakterien erzeugen Strom aus Abwasser

(Bild: Stanford University/Xing Xie)

Abwasser, Kohlenstoff-Fasern und eine Silberoxidanode - das sind die Bestandteile einer neuartigen "mikrobiellen Batterie" (Bild), die ein US-Forscherteam an der Stanford University entwickelt hat. In ihr erzeugen "verkabelte" Bakterien unter Luftabschluss elektrischen Strom, indem sie organisches Material verdauen.

Die Wissenschaftler machten sich dabei den Umstand zunutze, dass manche Mikroben - sogenannte exoelektrogene Bakterien - elektrisch geladen sind. Die Ladung von diesen Bakterien, die im Rahmen ihres aeroben Soffwechsels keinen Sauerstoff benötigen, abzuziehen, gestaltete sich bisher aber schwierig.

Ein Team um Xing Xie von der Stanford University hat aber nun ein Verfahren entwickelt, bei dem sich die winzigen Mikroben mit einer Schicht aus feinen Kohlenstoff-Filamenten verbinden, die die Anode der Batterie überzieht. Wie Aufnahmen mit dem Elektronenmikroskop zeigen, verbinden sich fadenartige Haftorgane der Bakterien mit den mikroskopisch feinen Kohlenstoff-Fasern, die gute elektrische Leiter sind.

(Bild: Stanford University/Xing Xie)

"Fischen nach Elektronen"
"Wir nennen das 'Fischen nach Elektronen'", erläutert Craig Criddle von der Abteilung für Zivil- und Umwelttechnik an der Stanford University das Verfahren. "Man kann sehen, dass die Mikroben 'Nanodrähte' (nur Nanomillimeter dünne Fäden, Anm.) bilden, um ihre überschüssigen Elektronen loszuwerden", so Criddle. Nach etwa einem Tag sei das Silberoxid in Silber umgewandelt und die Anode muss aus der Batterie entfernt und wieder durch Sauerstoff oxidiert werden, damit sie weiter Elektronen aufnehmen kann, schreiben die Forscher in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaften.

Die Stanford-Ingenieure schätzen, dass sich mithilfe von mikrobiellen Akkumulatoren rund 30 Prozent der potentiellen Energie in Abwässern gewinnen lässt. Damit die Methode auch rentabel ist, müssen die Forscher aber noch eine Hürde überwinden: Silber ist als Anodenmaterial zu teuer für die kommerzielle Nutzung, weshalb Xing Xie und sein Team bereits nach kostengünstiger Alternativen suchen.