In diesen Tagen wird auf der 25. Weltklimakonferenz der Vereinten Nationen in Madrid beraten, wie man dem fortschreitenden Klimawandel auf der Erde entgegenwirken und die Treibhausgasemissionen verringern kann. Eine entscheidende Maßnahme sind sicher alternative Methoden zur Energiegewinnung, da die Energieerzeugung den größten Anteil am „Emissionskuchen“ hat. Laut Umweltbundesamt machen die energiebedingten Emissionen in Deutschland etwa 85 % der deutschen Treibhausgasemissionen aus. Hauptverursacher ist dabei mit etwa der Hälfte der Emissionen die Energiewirtschaft, z.B. die öffentliche Strom- und Wärmeerzeugung.
Mit diesem, zum großen Teil von Kohlekraftwerken erzeugten Strom, werden dann unter anderem Millionen von Handyakkus geladen, für die jeder Handybesitzer seinen Strom in Zukunft vielleicht selbst produzieren könnte – egal wo. Ein Forschungsteam des Department of Chemical Engineering der University of Bath, des Department of Chemistry und des Centre for Sustainable Chemical Technologies (CSCT) hat dazu in Zusammenarbeit mit der Queen Mary University of London und dem Bristol Bioenergy Centre eine innovative Miniatur-Brennstoffzelle entwickelt, die Strom aus Urin erzeugen kann und so eine erschwingliche, erneuerbare und klimaneutrale Art der Stromerzeugung ermöglicht. Diese diese neue mikrobielle Brennstoffzelle ist kleiner, leistungsfähiger und kostengünstiger ist als andere ähnliche Geräte. Sie soll gerade mal zwischen 1,50 und 3 Euro kosten.
Eine mikrobielle Brennstoffzelle wandelt mit Hilfe von natürlichen biologischen Prozessen von „elektrischen” Bakterien organische Stoffe, wie beispielsweise Urin, in Strom um. Diese Brennstoffzellen seien effizient und relativ kostengünstig im Betrieb und produzierten im Vergleich zu anderen Methoden der Stromerzeugung nahezu keinen Abfall, betonen die Erfinder in einem Artikel im Fachmagazin Electrochimica Acta.
„Wenn wir das Potenzial dieser menschlichen Abfälle nutzen können, könnten wir die Art und Weise, wie Strom erzeugt wird, revolutionieren“,
erklärt Dr. Mirella Di Lorenzo, Dozentin an der Fakultät für Chemieingenieurwesen der Universität Bath. Mikrobielle Brennstoffzellen könnten eine wichtige Rolle bei der Bewältigung der dreifachen Herausforderung spielen, Lösungen zu finden, die sichere, erschwingliche und umweltsensitive Energie unterstützen. „Es gibt keine einzige Lösung für dieses Energie-Trilemma, außer der vollen Nutzung der verfügbaren einheimischen Ressourcen, einschließlich Urin.”
Die Brennstoffzelle ist sechseinhalb Quadratzentimeter groß und verwendet verwendet als Katalysator Glukose und Ovalbumin, ein Protein, das aus Eiweiß gewonnen wird. Bisher wird in mikrobiellen Brennstoffzellen vor allem Platin als Katalysator eingesetzt, der im Gegensatz zu Glucose und Ovalbumin aufgrund der begrenzten Ressourcen jedoch weit teurer ist. Um so viel Energie wie möglich erzeugen zu können, experimentierten die Forscher mit unterschiedlich langen Elektroden. Dabei stellte sich heraus, dass sich die Leistung bei einer Verlängerung der Elektroden von vier auf acht Millimeter verzehnfachte. Außerdem konnten sie die Leistung durch das Stapeln mehrerer Einheiten proportional erhöhen.
Aktuell erzeugt eine einzelne mikrobielle Brennstoffzelle zwei Watt Strom pro Kubikmeter. Im Vergleich zu Wasserstoffbrennstoffzellen oder Solarzellen sei diese Ausbeute zwar noch relativ gering, gibt der Hauptautor der Studie und CSCT Doktorand Jon Chouler zu, es sei aber ausreichend, um ein Smartphone mit Energie zu versorgen. Dazu liege der wesentliche Vorteil dieser Technologie in ihren extrem niedrigen Produktionskosten und der Verwendung von Abfällen als Brennstoff, die nie knapp werden und keine schädlichen Gase produzieren.
„Pipi-Power” könnte Energieprobleme lösen
„Mikrobielle Brennstoffzellen könnten in Entwicklungsländern, insbesondere in verarmten und ländlichen Gebieten, eine große Energiequelle sein“, sagt Chouler. Die Schaffung von Technologien, die das Leben armer Menschen, die keinen Zugang zu Strom haben oder sich keinen Strom leisten können, verändern können, sei eine spannende Sache, betont er. „Ich hoffe, dass das den Bedürftigen dank unserer Forschung eine bessere Lebensqualität ermöglicht.” Diese erneuerbare „Pipi-Power“ ist nach Aussagen des Leiters der Abteilung für Chemische Technik und Co-Direktors der CSCT, Dr. Tim Mays, „eine brillante Idee, deren Einsatz in Entwicklungsländern enorme positive Auswirkungen auf das Leben der Menschen in Bereichen der Energiearmut haben wird“.
Das Forschungsteam untersucht nun Möglichkeiten, die Leistungsabgabe der mikrobiellen Brennstoffzelle zu verbessern und ist zuversichtlich, dass sie die Leistung der Zelle durch eine Optimierung des Zelldesigns steigern können.
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