{"id":120558,"date":"2023-01-09T07:32:00","date_gmt":"2023-01-09T06:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=120558"},"modified":"2023-01-04T15:04:30","modified_gmt":"2023-01-04T14:04:30","slug":"neue-studie-zur-optimierung-mikrobieller-brennstoffzellen-das-elektrodenmaterial-macht-den-unterschied","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/neue-studie-zur-optimierung-mikrobieller-brennstoffzellen-das-elektrodenmaterial-macht-den-unterschied\/","title":{"rendered":"Neue Studie zur Optimierung mikrobieller Brennstoffzellen: das Elektrodenmaterial macht den Unterschied"},"content":{"rendered":"\n

<\/h2>\n\n\n\n\n\n
\"Meshack
Meshack Imologie Simeon, Universit\u00e4t Bayreuth, untersucht mikrobielle Brennstoffzellen f\u00fcr die Behandlung von Abwasser und die Erzeugung von Strom. UBT \/ Chr. Wi\u00dfler.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Mikrobielle Brennstoffzellen werden heute haupts\u00e4chlich in Forschungslaboren f\u00fcr die Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt. Damit k\u00fcnftig auch industrielle Anwendungen in Betracht kommen, m\u00fcssen die Brennstoffzellen dahin weiterentwickelt werden, dass sie gleichbleibend h\u00f6here Strommengen produzieren k\u00f6nnen, als dies zurzeit der Fall ist. Welche Faktoren hierbei eine Rolle spielen, zeigt ein Forschungsteam der Universit\u00e4t Bayreuth in einer neuen, in der Zeitschrift \u201eBiotechnology for Biofuels and Bioproducts\u201c erschienenen Studie<\/a>. Als besonders wichtig f\u00fcr die Steigerung der Stabilit\u00e4t und Leistungsf\u00e4higkeit der Brennstoffzellen hat sich die Wahl des Elektrodenmaterials erwiesen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Der Stromkreislauf in mikrobiellen Brennstoffzellen wird durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen in Gang gehalten: Diese ern\u00e4hren sich von organischen Verbindungen und setzen dabei Elektronen frei, die auf die Anode der Brennstoffzelle \u00fcbertragen und von hier aus zur Kathode weitergeleitet werden. Das Bayreuther Forschungsteam hat bei seinen Untersuchungen zur Optimierung mikrobieller Brennstoffzellen zwei verschiedene Elektrodenmaterialien getestet: Carbonfilz und modifizierten Edelstahl. Die besten Ergebnisse wurden mit Elektroden aus Edelstahlgewebe erzielt, dessen Oberfl\u00e4che zuvor mit hochleitf\u00e4higem Ru\u00df und einem umweltfreundlichen Polymerbinder behandelt worden war. Der optimale Abstand zwischen Anode und Kathode betrug etwa vier Zentimeter. So wurden zuverl\u00e4ssig Strommengen erzeugt, die in der Praxis beispielsweise f\u00fcr den Betrieb von Umwelt\u00fcberwachungssensoren in entlegenen Regionen genutzt werden k\u00f6nnen \u2013 unabh\u00e4ngig vom Stromnetz. M\u00f6glich wird durch solche Brennstoffzellen aber auch die Entgiftung \u00f6lverseuchter B\u00f6den bei gleichzeitiger Produktion von elektrischem Strom. Wie die Studie zeigt, kann die Effizienz solcher Entgiftungsstrategien erheblich gesteigert werden, wenn geeignete Elektroden f\u00fcr die Aufnahme der Stoffwechsel-Elektronen bereitstehen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eMit den mikrobiellen Brennstoffzellen, in denen die neu entwickelten Elektroden zum Einsatz kamen, haben wir signifikant h\u00f6here Leistungen erzielt. Dies l\u00e4sst sich damit erkl\u00e4ren, dass das neue Elektrodenmaterial eine gr\u00f6\u00dfere spezifische Oberfl\u00e4che bietet, mit der die Mikroorganismen interagieren k\u00f6nnen, und zudem zur internen Speicherung von Bioelektrizit\u00e4t f\u00e4hig ist. Daher ist die Zahl der aus dem mikrobiellen Stoffwechsel freigesetzten Elektronen, die in den Stromkreis gelangen, besonders hoch\u201c, sagt der Erstautor der Studie, Meshack Imologie Simeon M.Sc.<\/strong><\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Als Doktorand am Lehrstuhl f\u00fcr Bioprozesstechnik der Universit\u00e4t Bayreuth erforscht er M\u00f6glichkeiten einer nachhaltigen Energieproduktion auf der Basis von Bioelektrizit\u00e4t. Bereits als Masterstudent an der University of Ibadan und als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Federal Technical University in Minna hatte er zu diesem Thema erste Kontakte von Nigeria nach Bayreuth gekn\u00fcpft.<\/p>\n\n\n\n

Wie die Studie zeigt, wird die Stabilit\u00e4t der Brennstoffzellen und die H\u00f6he der erzeugten Strommengen auch davon beeinflusst, in welchen zeitlichen Abst\u00e4nden die Mikroorganismen gef\u00fcttert werden. Als besonders effektiv erwies sich eine zeitlich flexible F\u00fctterung, die immer dann einsetzte, wenn eine Abschw\u00e4chung der Stromerzeugung erkennbar war. Sie tr\u00e4gt mehr zu einer Leistungssteigerung der Brennstoffzelle bei als regelm\u00e4\u00dfige F\u00fctterungen in gleichen Zeitabst\u00e4nden.<\/p>\n\n\n\n

Das Bayreuther Forschungsteam hat seine Untersuchungen an einer bodenbasierten Brennstoffzelle (Soil Microbial Fuel Cells) durchgef\u00fchrt: Dieser Typ von Brennstoffzellen arbeitet mit Bakterien und anderen Mikroorganismen, wie sie beispielsweise in Acker- oder Waldb\u00f6den enthalten sind. Um die unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen zu identifizieren, die in der Brennstoffzelle an der Stromerzeugung beteiligt sind, wurden den Elektroden mikrobielle DNA-Sequenzen entnommen. Diese Sequenzen wurden unter der Leitung von Dr. Alfons Weig im Zentralen Labor f\u00fcr DNA-Analytik der Universit\u00e4t Bayreuth auf ihre Herkunft hin untersucht. Den gr\u00f6\u00dften Anteil hatten Proteobakterien, aber auch ein anderer Bakterienstamm \u2013 die Firmicutes \u2013 war h\u00e4ufig vertreten.<\/p>\n\n\n\n

\u201eUnsere Untersuchungen zeigen, dass nat\u00fcrliche B\u00f6den eine Mischung verschiedener Bakterienst\u00e4mme enthalten, die zum direkten Elektronentransfer f\u00e4hig sind und in Brennstoffzellen f\u00fcr die Erzeugung von Bioelektrizit\u00e4t genutzt werden k\u00f6nnen. Wie hoch der Anteil dieser St\u00e4mme an der Mischung jeweils ist, hat \u2013 so weit wir das feststellen konnten \u2013 keinen signifikanten Einfluss auf die Stabilit\u00e4t und Leistungsf\u00e4higkeit der Brennstoffzelle. Den gr\u00f6\u00dften Einfluss haben die Elektrodenmaterialien, von denen der ohmsche Widerstand im Stromkreis sowie die elektrische Kapazit\u00e4t der Brennstoffzellen abh\u00e4ngen\u201c, betont Prof. Dr. Ruth Freitag<\/strong>, Inhaberin des Lehrstuhls f\u00fcr Bioprozesstechnik an der Universit\u00e4t Bayreuth.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Ver\u00f6ffentlichung<\/em><\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Imologie Meshack Simeon, Alfons Weig and Ruth Freitag: Optimization of soil microbial fuel cell for sustainable bio-electricity production: combined efects of electrode material, electrode spacing, and substrate feeding frequency on power generation and microbial community diversity. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts (2022) 15:124, DOI:\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1186\/s13068-022-02224-9<\/a><\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Kontakt<\/h3>\n\n\n\n

Prof. Dr. Ruth Freitag
Lehrstuhl f\u00fcr Bioprozesstechnik
Universit\u00e4t Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 \/ 55-7371
E-Mail:\u00a0bioprozesstechnik@uni-bayreuth.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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