{"id":54126,"date":"2018-06-29T07:23:48","date_gmt":"2018-06-29T05:23:48","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=54126"},"modified":"2018-06-27T13:02:36","modified_gmt":"2018-06-27T11:02:36","slug":"lecker-strom-mikroorganismen-als-elektronenatmer-und-elektronenfresser","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/lecker-strom-mikroorganismen-als-elektronenatmer-und-elektronenfresser\/","title":{"rendered":"Lecker Strom: Mikroorganismen als Elektronenatmer und Elektronenfresser"},"content":{"rendered":"

Bald k\u00f6nnten Mikroorganismen die Kraftwerke der ganzen Menschheit sein. Denn einige von ihnen gehen so selbstverst\u00e4ndlich mit Strom um wie unsereins mit Atemluft und Br\u00f6tchen. Mal erzeugen die st\u00e4bchenf\u00f6rmigen Einzeller bei ihrem Stoffwechsel Strom, atmen ihn also ab wie Menschen das Kohlendioxid. Mal fressen sie ihn buchst\u00e4blich und machen daraus energiereiche Molek\u00fcle, berichtet Technology Review in seiner Juli-Ausgabe<\/a>, die jetzt im gut sortierten Zeitschriftenhandel sowie online erh\u00e4ltlich ist.<\/p>\n

“Von den Elektronenatmern wissen wir erst seit etwa einem Jahrzehnt, die Elektronenfresser sind sogar erst seit wenigen Jahren bekannt”, sagt Alfred Spormann, Umweltmikrobiologe an der Stanford University in Kalifornien. Spormann geh\u00f6rt zu den Pionieren eines ganz neuen Forschungsfeldes: der Elektromikrobiologie. Er hat viele dieser Ph\u00e4nomene selbst entdeckt, versucht jetzt zu verstehen, welches molekulare R\u00fcstzeug diese Mikroorganismen zu solchen Stromjongleuren macht \u2013 und wie sie sich f\u00fcr ein sauberes Energiesystem nutzen lassen.<\/p>\n

Elektronenstr\u00f6me
\nIm molekularen Ma\u00dfstab betrachtet, besteht Strom aus wandernden Elektronen. Solche Elektronenstr\u00f6me sind \u2013 so erstaunlich es zun\u00e4chst klingt \u2013 der Motor des Lebens: Mit ihnen erzeugen alle lebenden Zellen in ihrem Inneren Energie. Dabei werden mehrere elektronenaffine Molek\u00fcle hintereinandergeschaltet. Bei jedem Sprung eines Elektrons von Molek\u00fcl zu Molek\u00fcl wird Energie frei. Zellen von Pflanzen und Tieren l\u00f6sen zum Beispiel zur Energiegewinnung Elektronen aus Zuckermolek\u00fclen heraus und reichen sie \u00fcber so eine Elektronentransportkette an Sauerstoff weiter.<\/p>\n

Bis vor Kurzem hielt man es f\u00fcr unm\u00f6glich, dass Organismen diese Elektronen auch mit ihrer Umgebung austauschen. Genau das aber k\u00f6nnen jene Mikroorganismen, f\u00fcr die sich die Elektromikrobiologie interessiert. Dazu besitzen sie zum Beispiel sogenannte Nanowires. Diese Kabel im Miniformat bestehen aus Zellmembranen, die dicht mit Elektronentransport-Proteinen besetzt sind. Entlang der Membran werden die negativ geladenen Elektronen weitergereicht, bis sie auf positiv geladenen Metall-Ionen im umgebenden Gestein landen.<\/p>\n

Elektromikroben
\nAlle bisher bekannten Elektromikroben stammen aus den ersten Tagen des Lebens. Damals gab es in der Erdatmosph\u00e4re noch keinen Sauerstoff als allzeit bereiten Elektronenabnehmer. Also mussten sich die ersten Lebewesen etwas anderes einfallen lassen. So wie Shewanella oneidensis: Die Mikroorganismen leben heute im Meeresboden, wo, je nach Lage \u2013 zu viel Fischkot, zu wenig Licht \u2013 die Sauerstoffversorgung ganz ausbleiben kann. Dann schl\u00e4gt es den guten alten Weg ein, um seine energetisch ausgebeuteten Elektronen loszuwerden. \u00dcber seine leitenden Membranforts\u00e4tze nutzt es die eisenreichen Sedimente der Umgebung als Ablageplatz.<\/p>\n

Dieser Mechanismus l\u00e4sst sich so manipulieren, dass eine v\u00f6llig neuartige Quelle f\u00fcr Elektrizit\u00e4t entsteht: Man muss den Mikroorganismen lediglich mit einer appetitlichen Portion Ladung an die Anode eines Stromkreises locken, mit ausreichend organischem Material f\u00fcttern \u2013 schon l\u00e4sst der Einzeller reichlich Strom flie\u00dfen. M\u00f6gliche Anwendungen gibt es viele: Unter anderem arbeiten Forscher an Mikroorganismenbatterien und an L\u00f6sungen, um aus menschlichen Abw\u00e4ssern Strom zu gewinnen. Chinesische Umwelttechnologen aus Hefei versuchen beispielsweise, die Einzeller gentechnisch so zu ver\u00e4ndern, dass sie zwei verschiedene Sorten von Elektronentunneln nebeneinander tragen. So wollen sie die elektrische Ausbeute dieser “Microbial Fuel Cells” steigern. Denn noch sind sie nicht besonders effektiv. Im Labor funktioniert die Idee schon mit Milchs\u00e4ure als Mikroorganismenfutter \u2013 der Praxistest in der Kl\u00e4ranlage steht noch aus.<\/p>\n

Rohstoffproduktion
\nAuch der umgekehrte Weg ist denkbar: Strom in wertvolle Rohstoffe zu verwandeln. Einen besonders vielversprechenden Weg dorthin hat Spormann gerade bei Mikroorganismen der Art Methanococcus maripaludis entdeckt. Sie leben tief im Boden feuchten Marschlandes, und bisher glaubte man, dass sie sich dort nur von Kohlendioxid und Wasserstoff ern\u00e4hren. Offenbar k\u00f6nnen sie aber auch direkt Elektronen aufnehmen, um selbst Wasserstoff zu machen. Zentral daf\u00fcr ist ein bisher unbekannter Proteinkomplex, der wie ein Trinkhalm f\u00fcr Elektronen funktioniert. Mithilfe des aufgesogenen Stroms und CO2 produziert Methanococcus schlie\u00dflich Methan, Erdgas also. “Wir haben bereits viele Anfragen von Energieunternehmen”, freut sich der Forscher.<\/p>\n

Die Mikroorganismen k\u00f6nnten ein zentrales Problem der Energiewende l\u00f6sen: Sonnenkollektoren und Windr\u00e4der sammeln oft viel mehr Strom, als sie ad hoc in die Netze geben k\u00f6nnen. Millionen Euro gehen einfach verloren, zus\u00e4tzlich belastet die extrem schwankende Stromerzeugung die Netze. Schon lange wird deswegen nach einer wirtschaftlichen M\u00f6glichkeit gesucht, den Strom zu speichern. Diese Mikroorganismen “tun genau das”, sagt Spormann. “Und zwar ohne den Energieverlust, den man beim Betreiben von Biogasanlagen oder die elektrochemische Wasserstoffsynthese f\u00fcr \u00e4hnliche Systeme hinnehmen muss.” Die Ausbeute, mit der die eingespeisten Elektronen zu Methan reagieren, liegt bei \u00fcber 90 Prozent. Es gibt zwar bereits ein Unternehmen, das so eine mikroorganismenbasierte Stromspeicherung anwendet. Doch die Mikroorganismen von Electrochaea in M\u00fcnchen k\u00f6nnen nicht direkt mit Elektronen gef\u00fcttert werden. Sie ben\u00f6tigen Wasserstoff \u2013 der erst einmal mit Solarstrom aus Wasser hergestellt werden muss. Dabei geht Energie verloren, das Unternehmen gibt seinen Wirkungsgrad mit 58 Prozent an. “F\u00fcr mich sieht unser integriertes System nach der Zukunft aus”, sagt daher Spormann selbstbewusst.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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