{"id":33520,"date":"2016-03-15T07:32:54","date_gmt":"2016-03-15T06:32:54","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=33520"},"modified":"2016-03-14T10:42:39","modified_gmt":"2016-03-14T09:42:39","slug":"biostrom-aus-abwasser","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biostrom-aus-abwasser\/","title":{"rendered":"Biostrom aus Abwasser"},"content":{"rendered":"

Weltweit arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung neuer Technologien, um saubere Energie zu erzeugen. Das Team um Sven Kerzenmacher vom Institut f\u00fcr Mikrosystemtechnik der Universit\u00e4t Freiburg setzt dabei auf eine so ungew\u00f6hnliche wie erfolgversprechende Kombination: Abwasser und Bakterien.<\/strong><\/p>\n

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Dr. Sven Kerzenmacher und Joana Danzer \u00a9 Baden-W\u00fcrttemberg Stiftung \/ Sebastian Schulz<\/figcaption><\/figure>\n

Auch wenn der momentan niedrige Erd\u00f6lpreis es nicht vermuten l\u00e4sst: Die Reserven an fossilen Brennstoffen wie Erd\u00f6l und Kohle sind endlich. Und da auch die Weltbev\u00f6lkerung stetig weiterw\u00e4chst \u2013 und damit der Bedarf an Energie \u2013 werden neue Technologien ben\u00f6tigt, die CO2<\/sub>-neutrale, saubere Energie erzeugen. Sonne, Wind und Energiepflanzen allein k\u00f6nnen das Weltenergieproblem nicht l\u00f6sen. Als vielversprechende neue Ressourcen gelten heute Algen und Bakterien.<\/p>\n

Das Team um Sven Kerzenmacher vom Institut f\u00fcr Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universit\u00e4t Freiburg nutzt dabei eine Ressource, die bislang nicht als solche galt: Abwasser. \u201eTheoretisch reicht es aus, zwei Elektroden ins Abwasser einer Kl\u00e4ranlage zu halten: Nach einer Weile siedelt sich ein Biofilm an, mit dem man aus der Br\u00fche Strom machen kann\u201c, sagt Kerzenmacher.<\/p>\n

Abwasser als Energiequelle<\/h3>\n
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– Zoom –<\/a> Filtrierende, mikrobielle Brennstoffzelle: Eine bakterielle Brennstoffzelle besteht aus zwei Kompartimenten, die durch eine Protonenaustauschmembran oder einen Separator voneinander getrennt sind. Verwerten Bakterien die Bestandteile des Abwassers, entstehen Kohlenstoffdioxid, Elektronen und Protonen. Die Protonen gelangen durch den Separator zur Kathode, w\u00e4hrend die Elektronen zur Anode gezogen werden. Flie\u00dfen diese Elektronen von der Anode \u00fcber einen Draht zur Kathode, entsteht technisch nutzbarer, elektrischer Strom.<\/figcaption><\/figure>\n

Der Strom entsteht wie bei einer herk\u00f6mmlichen Brennstoffzelle, also indem chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die im Abwasser schwimmenden organischen Bestandteile dienen den Bakterien als Futterquelle. Wie bei allen Lebewesen, die Nahrung verwerten, flie\u00dfen dabei Elektronen. Die Freiburger Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, diesen Elektronenfluss anzuzapfen, und gewinnen damit Strom. \u201eDie Bakterien fungieren als Katalysator. Nur sind sie wesentlich g\u00fcnstiger als zum Beispiel Platin in normalen Brennstoffzellen\u201c, sagt Kerzenmacher.<\/p>\n

Allerdings eignen sich nur wenige Bakterienarten f\u00fcr die Stromerzeugung: \u201eSie m\u00fcssen in der Lage sein, ihre Elektronen direkt auf eine Elektrode zu \u00fcbertragen\u201c, sagt Kerzenmacher. Zum Beispiel auf eine Anode aus por\u00f6sem Edelstahl oder Grafit \u2013 eine Besonderheit, die exoelektrogenen Bakterien vorbehalten ist. Die Freiburger Wissenschaftler arbeiten mit Geobacter sulfurreducens<\/em>, einem Bakterium, das \u00fcberall im Boden vorkommt und demzufolge auch im Abwasser. In diesen Bakterien transportieren spezielle Proteine die Elektronen aus dem Stoffwechsel \u00fcber die Zellmembran nach au\u00dfen, wo sie dann auf die Anode einer Brennstoffzelle \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen. Flie\u00dfen diese Elektronen dann von der Anode \u00fcber einen Draht zur Kathode, entsteht technisch nutzbarer, elektrischer Strom.<\/p>\n

Doch es geht noch effektiver: Joana Danzer, Mitarbeiterin im Team von Kerzenmacher, forscht an der sogenannten filtrierenden mikrobiellen Brennstoffzelle, die das Abwasser zus\u00e4tzlich noch reinigt. \u201eBei dieser r\u00f6hrenf\u00f6rmigen Brennstoffzelle besteht die Anode aus einer Membran, die gleichzeitig als Filter und als Elektrode dient\u201c, erkl\u00e4rt Danzer, die diese Variante w\u00e4hrend ihrer Doktorarbeit an der IMTEK-Professur f\u00fcr Anwendungsentwicklung entwickelte (siehe Grafik). F\u00fcr ihre Arbeit erhielt sie im Oktober 2014 den Wissenschaftspreis f-cell award des baden-w\u00fcrttembergischen Umweltministeriums.<\/p>\n

Vom Labor in die Praxis<\/h3>\n
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Dr. Sven Kerzenmacher und Joana Danzer im Labor \u00a9 Juliette Irmer<\/figcaption><\/figure>\n

In einem n\u00e4chsten Schritt will Danzer ihre Anwendung mit echtem Abwasser testen \u2013 bislang verwendet sie synthetisches. Auch m\u00fcssen f\u00fcr beide Brennstoffzellen alternative Materialien f\u00fcr die Anode gefunden werden, da etwa por\u00f6ser Edelstahl f\u00fcr eine kommerzielle Nutzung zu teuer w\u00e4re. Und langfristig wollen die Forscher die funktionierenden Miniaturformate im gro\u00dfen Ma\u00dfstab testen. Statt Quadratzentimeter m\u00fcssen schlie\u00dflich einmal Quadratmeter abgedeckt werden. \u201eWelche Probleme beim Upscaling auftreten, k\u00f6nnen wir noch nicht absch\u00e4tzen\u201c, sagt Kerzenmacher.<\/p>\n

Auch die Stromdichte m\u00fcssen die Forscher noch erh\u00f6hen. \u201eBislang produzieren wir etwa 1-2 Watt pro Quadratmeter, es rechnet sich aber erst ab 5-10 Watt\u201c, sagt Danzer. Das Ziel allerdings ist nicht die Versorgung ganzer St\u00e4dte. \u201eAber wenn wir es schaffen, dass eine Kl\u00e4ranlage ihren eigenen Strombedarf damit deckt, w\u00e4re schon viel gewonnen\u201c, sagt Danzer.<\/p>\n

Kl\u00e4ranlagen \u2013 der optimale Einsatzort<\/h3>\n
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Mikrobielle Brennstoffzellen \u00a9 Juliette Irmer<\/figcaption><\/figure>\n

Denn Kl\u00e4ranlagen sind wahre Stromfresser: Vor allem die Bel\u00fcftung des Abwassers kostet Strom. Die jedoch ist unverzichtbar, da Mikroorganismen zum Reinigen des Abwassers Sauerstoff ben\u00f6tigen. Laut Umweltbundesamt verbrauchen Kl\u00e4ranlagen durchschnittlich 20 Prozent des Energiebedarfs deutscher St\u00e4dte und Gemeinden und sind damit die gr\u00f6\u00dften kommunalen Energieverbraucher. Der j\u00e4hrliche Gesamtverbrauch bel\u00e4uft sich auf etwa 4.400 Gigawattstunden, was einem Strombedarf von 900.000 Vier-Personen-Haushalten entspricht. K\u00f6nnte man also einen Teil der ben\u00f6tigten Energie direkt in der Anlage herstellen, w\u00e4re das Einsparpotenzial enorm.<\/p>\n

Die Freiburger Wissenschaftler wollen sich zun\u00e4chst auf industrielle Abw\u00e4sser von Brauereien oder Lebensmittelherstellern konzentrieren: \u201eDiese sind meist st\u00e4rker belastet als das kommunale Abwasser. Die Kosten f\u00fcr die Reinigung beziehungsweise Entsorgung sind entsprechend h\u00f6her, sodass solche Betriebe sicherlich Interesse an unserer Technologie h\u00e4tten\u201c, so Kerzenmacher.<\/p>\n

Neben der energieneutralen Abwasserreinigung existieren aber noch andere m\u00f6gliche Anwendungen der mikrobiellen Brennstoffzelle: Mit einer Variante l\u00e4sst sich auch Wasserstoff erzeugen. Und mit wieder einer anderen Variante k\u00f6nnte man indirekt Biokunststoff herstellen: Indem man Biokunststoff produzierenden Bakterien die Elektronen der Brennstoffzelle als Energiequelle zur Verf\u00fcgung stellt, statt diese \u2013 wie heute \u00fcblich \u2013 mit Zucker zu f\u00fcttern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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