Heilige Sch...: Mini-Tierchen machen Kläranlagen zu Kraftwerken

Heilige Sch...: Mini-Tierchen machen Kläranlagen zu Kraftwerken

von Wolfgang Kempkens

Mikroorganismen wandeln Abwässer in Energie um und machen Kläranlagen zu leistungsfähigen Kraftwerken.

Die Idee ist bestechend: Bakterien fressen das, nun ja, organische Material aus den Abwässern unserer Städte und geben Strom ab. Klingt zunächst abstrus, hat aber enormes Potenzial, finden Wissenschaftler des Instituts für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg. Sie arbeiten an wesentlich verbesserten Konzepten sogenannter biologischer Brennstoffzellen.

Das Prinzip dieser Kraftwerke: Milliarden Mikroorganismen schwimmen in der Abwasserbrühe und fressen so viel sie können. Beim Stoffwechsel, also der Verarbeitung von Nährstoffen, bilden sie kurzzeitig Elektronen, die abgefangen und zu elektrischem Strom kanalisiert werden.

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Bei der Futterwahl sind die energieerzeugende Mikroorganismen keineswegs wählerisch. Abfälle, etwa die, die in Kläranlagen landen, reichen ihnen. Sie brauchen nur eins: Bestimmte Enzyme, also biologische Katalysatoren, die die mikrobielle Abfallentsorgung beschleunigen.

Genau das ist der Engpass. In kurzen Abständen müssen neue Enzyme in die braune Brühe zugegeben werden, weil die Effektivität der Mikroorganismen schnell nachlässt. Doch die Enzyme sind aufwendig herzustellen.

Die Freiburger Wissenschaftler haben das Problem jetzt gelöst: Sie versorgen die Brennstoffzelle nicht mit Enzymen aus dem Labor, deren Isolation langwierig und damit teuer ist, sondern mit dem Biokatalysator Laccase, das der auch in Mitteleuropa heimische Baumpilz Trametesversicolor produziert.

Laccase lässt sich leicht gewinnen und muss nicht einmal sorgfältig gereinigt werden, was wiederum hohe Kosten verursachen würde. Die Strom erzeugende Zelle gibt sich mit dem Original-Enzym zufrieden. Statt einige Wochen halten solche Zellen mindestens 120 Tage, was die Wissenschaftler schon nachgewiesen haben.

Sie sind zudem optimistisch, dass sich die Lebensdauer noch verlängern lässt. Damit überbieten sie die Lebensdauer bakterieller Brennstoffzellen, die ohne Enzymzufuhr von außen auskommen. Der Vorteil der von den Freiburgern genutzten enzymatischen Brennstoffzellen ist ihre höhere Stromproduktion.

Bei alledem ist die Grundidee nicht neu: Schon seit Jahrzehnten sind Bakterien in Kläranlagen tätig. Auch sie ernähren sich von organischem Material. Dabei produzieren sie unter anderem Biogas.

Würde man die Bakterien durch stromerzeugende Mikrrorganismen ersetzen, könnte die Energieausbeute von Kläranlagen wesentlich größer werden, glauben die Freiburger Forscher: Die kommunalen Kläranlagen in Deutschland verbrauchen jährlich 4,4 Milliarden Kilowattstunden Strom, halb so viel wie ein großes Kernkraftwerk im Jahr erzeugt. Zumindest einen Teil davon könnten künftig enzymatische Brennstoffzellen abdecken.

Das ist übrigens nur eines der vielen Einsatzfelder der stromerzeugenden Mikroorganismen: Im menschlichen Körper können sie, so hoffen Forscher, eines Tages den Strom für Herzschrittmacher liefern oder für Pumpen, die kontinuierlich Medikamente abgeben. Ihre Energie würden sie dann aus Zucker gewinnen, den der menschliche Körper ohnehin produziert.

Bis das möglich wird, werden allerdings noch einige Jahre vergehen. Die Idee befindet sich im Frühstadium.

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