Strom aus Abwasser

Bereits in den sechziger Jahren wurde im Auftrag der NASA Forschung zur Energierückgewinnung aus menschlichen Abfällen und Fäkalien während eines Raumfluges durch biologische Brennstoffzellen betrieben.

Bakterien bauen in der Umwelt und im Abwasser permanent organische Stoffe ab – das ist Teil des Kohlenstoffkreislaufes unserer Erde. Aus diesem Umstand leitete sich die Idee ab, diese bakterielle Aktivität für eine Energie(-rück)gewinnung aus Abfallströmen wie Abwasser nutzbar zu machen. Der zweite Schritt war, die Bakterien dazu zu bringen, Elektronen zu produzieren und auf eine Elektrode zu übertragen.

Ich bin vom Hause aus Grundlagenforscher. Das heißt, wir arbeiten mit relativ kleinen Mengen daran, zu verstehen, wie Bakterien Strom erzeugen. Basierend darauf entwickeln wir neue Elektrodenmaterialien, um diese Stromerzeugung so effizient wie möglich werden zu lassen.

Beim Übergang zu einer großen Anlage, beispielsweise in einem Klärwerk, stehen ganz andere Fragen im Mittelpunkt: Wie muss ein entsprechender Reaktor aussehen, der effektiv arbeitet und sich gut in die bestehende Struktur übertragen lässt? Wie reagieren die Bakterien auf sich ändernde Umweltbedingungen wie schwankende Temperaturen und unterschiedliche Frachten? Diese Fragen lassen sich nur Hand in Hand und in Kooperation mit Ingenieuren realisieren.

Zum einen sind die Reaktoren, also die Brennstoffzellen, mit ihren Komponenten und Geometrien überhaupt noch nicht ausgereizt. Da sehen wir noch eine Menge Entwicklungspotential. Beispielsweise arbeiten wir im Moment in dem vom BMBF geförderten Projekt „ElektroPapier“ an der Entwicklung leistungsfähiger, skalierbarer und preiswerter Elektroden auf der Basis von Papier. 

Auch kann die Art, wie wir die nötigen stromliefernden Bakterien, die übrigens direkt aus dem Abwasser stammen, auf den Elektroden anwachsen lassen, weiter verbessert werden. Das hilft ebenfalls, die Effizienz der Brennstoffzellen zu verbessern.

Warum nicht? Was hier sicherlich eine Rolle spielen könnte, wäre das Vermögen einer mikrobiellen Brennstoffzelle, neben der „normalen“ organischen Fracht auch sogenannte Mikroschadstoffe abzubauen – das sind unter anderem pharmazeutische Rückstände wie Antibiotika und andere Arzneistoffe. Dieses Potenzial untersuchen wir ebenfalls an unserem Institut.

Es gibt viele Ideen, die von sehr grundlegenden Fragestellungen über die Natur und Herkunft der stromproduzierenden Bakterien, der weiteren systematischen Entwicklung leistungsfähiger Elektroden bis hin zum möglichen Einsatz der Technologie, beispielsweise zur Behandlung von Industrieabwässern, reichen. Das sind in vielen Fällen sehr interdisziplinäre Projekte, die nur durch das Zusammenwirken verschiedener Natur- und Ingenieurwissenschaften erfolgreich sein können.
Außerdem hoffen wir natürlich auch, dass der Deutsche Nachhaltigkeitspreis 2018, der unserem Verbundprojekt BioBZ kürzlich verliehen wurde, dieser Technologie auf dem Weg zur weitreichenden industriellen Anwendung ein paar Türen öffnet!

Interview: Judith Reichel