Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektrisch leitende Hülle für Bakterien

29.06.2017

Die Leistung von mikrobiellen Brennstoffzellen steigt erheblich, wenn die stromerzeugenden Bakterienzellen mit einem leitfähigen Polymer beschichtet werden.

Manche Mikroorganismen können unter anaeroben Bedingungen Strom erzeugen. Auf diese Fähigkeit greift man bei der mikrobiellen Brennstoffzelle zurück, die besonders für Klärwerke interessant ist. Ein Schwachpunkt ist dabei die nach wie vor unbefriedigende Energiedichte.


Polymerbeschichtung für Bakterien erhöht deren Leistungsfähigkeit

(c) Wiley-VCH

Wissenschaftler aus Singapur und China präsentieren jetzt eine unkonventionelle Lösung: Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, kann man lebende, elektroaktive Bakterien mit einem leitfähigen Polymer beschichten und somit die Leistungsfähigkeit der bioelektrochemischen Zelle entscheidend erhöhen.

Die Geschichte der mikrobiellen Brennstoffzelle reicht bis Anfang des 20. Jahrhunderts zurück. Damals verbanden Wissenschaftler zum ersten Mal Bakterienzellen mit Elektroden und erhielten Strom. Dies funktioniert, weil der Stoffwechsel der Bakterien – wenn kein Sauerstoff zugegen ist – in einen Modus wechselt, in dem er die chemische Energie anstelle in die Produktion von Kohlendioxid und Wasser in die von Protonen und Elektronen steckt.

Diese Elektronen kann man in einer elektrochemischen Zelle zur Stromgewinnung verwenden. Solche mikrobiellen Brennstoffzellen werden derzeit im Bereich nachhaltiger Energieproduktion und insbesondere bei der Wasseraufbereitung intensiv erforscht. Ihr Schwachpunkt ist die Energiedichte. Ein großer Teil des elektrochemischen Potenzials der Bakterien liegt brach, weil die Bakterienzellen ihre produzierten Elektronen nicht and die Elektrode weiterleiten können.

Um die Bakterien leitfähig zu machen, erforschen Qichun Zhang von der Nanyang Technological University in Singapur und seine Kollegen die Möglichkeit, diese in eine Hülle von leitfähigen Polymeren einzuschließen. Allerdings müssen die beschichteten Bakterien dabei natürlich lebensfähig bleiben.

Geeignet als Beschichtungsmaterial erschien den Wissenschaftlern das Polymer Polypyrrol. "Wir nahmen an, dass durch die Modifikation der Bakterienzellen mit Polypyrrol die elektrische Leitfähigkeit der Bakterienzellen steigen müsste, ohne dass die Vitalität leidet", erklärten die Autoren. Als "oxidativen Starter, um Pyrrol-Monomere auf der (Bakterien-)Oberfläche zu polymerisieren", verwendeten sie Eisenionen.

Für die Versuche wählten sie das Proteobakterium Shewanella oneidensis, das Metalle gut toleriert und sowohl aerob als auch anaerob leben kann. Nach der Beschichtung waren die Bakterien tatsächlich weiter lebendig und aktiv, sodass sie mit einer Kohlenstoffanode auf die Entwicklung von Biostrom hin getestet werden konnten.

Dabei stieg die Leitfähigkeit um das 23-fache, die Stromerzeugung wuchs um das Fünffache, und die maximale Energiedichte der Anode war 14-mal höher als bei der unbeschichteten Variante. Bei Fütterung mit Laktat als Nährstoff beobachteten die Autoren einen beträchtlichen Strom, im Gegensatz zu den unbeschichteten Bakterien, die gar keinen Strom lieferten.

Mit dieser Strategie der Gruppe um Zhang könnte man das Leitfähigkeitsproblem von mikrobiellen Anoden auf bemerkenswerte Weise lösen. Die Beschichtung von lebenden Bakterien könnte, so die Autoren der Studie, der Erforschung von mikrobiellen Brennstoffzellen eine neue Dimension verleihen, ganz zu schweigen von der grundlegenden Forschung, wie man Zelloberflächen modifizieren kann.

Angewandte Chemie: Presseinfo 26/2017

Autor: Qichun Zhang, Nanyang Tech University (Singapore), https://www.ntu.edu.sg/home/qczhang/

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201704729

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns
24.04.2018 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Nano-Ampel zeigt Risiko an
24.04.2018 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns

24.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Bestrahlungserfolg bei Hirntumoren lässt sich mit kombinierter PET/MRT vorhersagen

24.04.2018 | Medizintechnik

RWI/ISL-Containerumschlag-Index auf hohem Niveau deutlich rückläufig

24.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics