Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrobielle Brennstoffzellen: Kupfer ist vorteilhafter als Kohlenstoff

26.06.2015

Eine neue Studie zeigt: Kupfer ist ein Material, das für die Anoden mikrobieller Brennstoffzellen und verwandter bioelektrochemischer Systeme hervorragend geeignet ist.

Mikrobielle Brennstoffzellen beruhen, darin ist sich die Forschung einig, auf einem hochinteressanten Prinzip für die Energiegewinnung. Sie nutzen lebende Mikroorganismen unmittelbar für die Erzeugung von elektrischem Strom.

Freie Elektronen, die bei Stoffwechselprozessen dieser Organismen entstehen, werden auf die Anode der Brennstoffzelle geleitet und setzen hier – unterstützt von einer geringen elektrischen Spannung – einen Stromkreislauf in Gang.

Damit solche Brennstoffzellen in größerem Umfang für die Stromerzeugung eingesetzt werden können, müssen ihre Anoden allerdings aus einem Material gefertigt sein, das einerseits möglichst kostengünstig ist und andererseits eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Bisher galt Kohlenstoff wegen seiner Verträglichkeit mit lebenden Organismen, seiner Stabilität und der relativ geringen Herstellungskosten als dasjenige Material, das am ehesten für die Anoden mikrobieller Brennstoffzellen infrage kommt. Doch die eingeschränkte Leitfähigkeit kohlenstoffhaltiger Fasern hat dazu geführt, dass mikrobielle Brennstoffzellen als eine im Prinzip reizvolle, aber im Hinblick auf größere technologische Anwendungen wenig ergiebige Energiequelle angesehen wurden.

Neue Untersuchungen, die ein Team um Prof. Dr. Andreas Greiner (Universität Bayreuth) und Prof. Dr. Uwe Schröder (TU Braunschweig) kürzlich in der Fachzeitschrift „Energy & Environmental Science“ vorgestellt hat, kommen nun aber zu einem unerwarteten Ergebnis: Kupfer ist ein Material, das für die Anoden mikrobieller Brennstoffzellen und verwandter bioelektrochemischer Systeme hervorragend geeignet ist.

Überraschend ist dieser Befund deshalb, weil Kupfer bisher als ein Metall eingestuft wurde, auf dessen Oberfläche sich auf Dauer keine Mikroorganismen ansiedeln können. Dabei hat man jedoch übersehen, dass diese antimikrobielle Wirkung sich nicht gegen elektrochemisch aktive Mikroorganismen auf Anoden richtet. Insbesondere Bakterien der Gattung Geobacter bilden auf Kupfer-Anoden eine stabile mikrobielle Schicht, die in der Regel dicker ist als die entsprechende Schicht auf den bisher üblichen Kohlenstoff-Fasern.

Dies gilt auch für die mikrobielle Schicht, die auf Anoden aus Gold oder Silber entsteht und hinsichtlich ihrer Dicke nur wenig hinter dem ‚Biofilm‘ auf Kupfer-Anoden zurückbleibt. Wie Kupfer galt auch Silber bisher als ein ausnahmslos antimikrobielles Metall. Es war insbesondere der Bayreuther Doktorand Markus Langner, der verschiedene Metalle daraufhin getestet hat, inwieweit sie als Materialien für Anoden geeignet sind.

Kupfer hat den entscheidenden Vorteil, dass es im Vergleich mit Kohlenstoff-Fasern eine erheblich höhere elektrische Leitfähigkeit hat. Zudem haben die Wissenschaftler in Bayreuth und Braunschweig errechnet, dass Kupfer-Anoden deutlich preisgünstiger sind. Dieser Unterschied wird erst dann klar erkennbar, wenn man nicht allein die Rohstoffpreise für Kupfer und Kohlenstoff, sondern zugleich die Materialmengen in Betracht zieht, die für funktionsfähige Anoden in mikrobiellen Brennstoffzellen tatsächlich benötigt werden. Weil Kupfer eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit hat, können Kupfer-Anoden sehr dünn sein, so dass Material eingespart wird.

„Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass sich mit Kupfer-Anoden die Leistungsfähigkeit bioelektrochemischer Systeme erheblich steigern, deren Produktionskosten aber deutlich senken lassen“, erklärt Prof. Dr. Andreas Greiner. „Damit wächst die Chance, dass mikrobielle Brennstoffzellen in Zukunft häufiger für die Energiegewinnung eingesetzt werden und so einen Beitrag zur ‚Energiewende‘ leisten können.“

Veröffentlichung:

André Baudler, Igor Schmidt, Markus Langner, Andreas Greiner and Uwe Schröder,
Does it have to be carbon? Metal anodes in microbial fuel cells and related bioelectrochemical systems,
in: Energy & Environmental Science (2015),
DOI: 10.1039/c5ee00866b

Die Forschungsarbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Greiner
Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II
Universität Bayreuth
D-95448 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 55 3399
E-Mail: andreas.greiner@uni-bayreuth.de

www.uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Adenoviren binden gezielt an Strukturen auf Tumorzellen
23.04.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

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: 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...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

Invitation to the upcoming "Current Topics in Bioinformatics: Big Data in Genomics and Medicine"

13.04.2018 | Event News

Unique scope of UV LED technologies and applications presented in Berlin: ICULTA-2018

12.04.2018 | Event News

IWOLIA: A conference bringing together German Industrie 4.0 and French Industrie du Futur

09.04.2018 | Event News

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

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

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