Bakterien lernen, Strom aus dem Grund von Gewässern zu erzeugen

Verschmutzte Bodensedimente von Flüssen, Seen und Küstengebieten können nicht nur zum Reinigungsobjekt, sondern auch zur Quelle elektrischer Energie werden. Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern fasste die Ergebnisse der Entwicklung der Technologie sedimentärer mikrobieller Brennstoffzellen (SMFC) zusammen. Diese bioelektrochemische Methode ermöglicht es, verschmutzten Schlamm am Grund von Gewässern in eine Energiequelle umzuwandeln. Analysen zeigen, dass solche Systeme das Laborstadium bereits hinter sich gelassen haben und in der Lage sind, Abwasser mit einer Effizienz von über 97 % zu reinigen und autonome Sensoren jahrelang mit Energie zu versorgen. Dies berichtet Ixbt.com Bericht .

Der Technologie liegt ein natürlicher Prozess zugrunde, der seit Millionen von Jahren am Grund von Flüssen und Meeren stattfindet. In der sauerstofffreien Schicht des Schlamms leben Mikroorganismen, die Pflanzen- und Tierreste zersetzen. Bei diesem Prozess setzen Bakterien Elektronen frei. Normalerweise verpufft diese Energie in der Umwelt, aber in einer mikrobiellen Brennstoffzelle kann sie gesammelt und zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden. Der Aufbau des Systems ist einfach: Die Anode wird direkt in den Schlamm eingesetzt, in dem die Bakterien aktiv sind, und die Kathode in das sauerstoffreiche Wasser darüber.

Eine der wichtigsten Entdeckungen der letzten zehn Jahre war die Identifizierung exoelektrogener Bakterien. Mikroorganismen wie Geobacter sulfurreducens und Shewanella oneidensis sind in der Lage, Elektronen direkt auf Elektroden zu übertragen. Sie bilden einzigartige „biologische Nanodrähte“, die es ihnen ermöglichen, elektrische Ladung aus der Zelle herauszuleiten. Dies ermöglicht es, verschmutzte Sedimente von einem Umweltproblem in eine Energiequelle zu verwandeln.

Neben der Stromerzeugung erzielen SMFC-Systeme auch hohe Ergebnisse bei der Entfernung von Schwermetallen und überschüssigem Phosphor aus dem Wasser. Die Kombination dieser Elemente mit künstlichen Feuchtgebieten gilt als vielversprechender Ansatz. Dabei liefern Pflanzenwurzeln zusätzliche Nährstoffe für Bakterien, während mikrobielle Gemeinschaften das Wasser reinigen und die Gesundheit des Ökosystems erhalten. Neue Elektrodenmaterialien, insbesondere „Biochar“ aus Holzabfällen, steigern die Effizienz des Systems weiter.

Während die Leistung solcher Systeme unter natürlichen Bedingungen derzeit bei zehn Milliwatt pro Quadratmeter liegt, hat dieser Wert in optimierten Laborgeräten 3 Watt überschritten. Dies deutet darauf hin, dass die Technologie in Zukunft zu einem wichtigen Instrument zur Reduzierung von CO2-Emissionen und zum Umweltschutz werden könnte. Mit ihrem wachsenden Anwendungsbereich wird erwartet, dass diese Methode in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle bei der Lösung globaler Umweltprobleme spielen wird.