Biobatterie als grüner Wasserstoffspeicher

Biobatterie als grüner Wasserstoffspeicher

Speziell angepasste Bakterien ermöglichen es, den Energieträger kontrolliert zu binden und wieder freizusetzen.

Gebäude der Universität Frankfurt
Ein Forschungsteam der Goethe-Universität Frankfurt hat einen bakteriellen Wasserstoffspeicher entwickelt.

Wasserstoff soll ein wichtiger Energieträger werden, überall dort, wo elektrische Energie nicht direkt genutzt werden kann. Nachhaltig ist das jedoch nur, wenn der Wasserstoff mittels erneuerbaren Energien oder biobasiert produziert wird. Außerdem muss er gespeichert werden können. Dafür hat ein Forschungsteam an der Goethe-Universität Frankfurt nun ein Verfahren entwickelt, das auf Bakterien beruht.

Ameisensäure als Zwischenspeicher

Die Fachleute konnten einen Mikroorganismus finden, der vor allem in der Tiefsee lebt. Unter Luftabschluss produzieren diese Bakterien dort Essig und Ethanol aus den Rohstoffen Wasserstoff und Kohlendioxid. Dabei entsteht als Zwischenprodukt Ameisensäure. Die Mikrobiologinnen und -biologen haben dieses Bakterium nun gentechnisch so verändert, dass dessen Stoffwechsel die Ameisensäure nicht weiterverarbeitet, sondern anreichert. Außerdem ist auch der umgekehrte Schritt möglich, bei dem die Ameisensäure wieder zu Wasserstoff und Kohlendioxid gespalten wird.

Funktion bei 30 Grad und Normaldruck

„Die gemessenen Raten der CO2-Reduktion zu Ameisensäure und zurück sind die höchsten je gemessenen und sie sind um ein Vielfaches größer als bei anderen biologischen oder chemischen Katalysatoren“, berichtet Volker Müller von der Universität Frankfurt. Weiterer Vorteil sei, dass die Bakterien für die Reaktion anders als chemische Katalysatoren weder seltene Metalle noch extremen Bedingungen wie hohe Temperaturen und hohe Drücke benötigen. „Sie erledigen den Job bei 30° C und Normaldruck“, betont der Mikrobiologe.

Schema der Wasserstoffspeicherung
Modell einer möglichen bakteriellen Wasserstoffspeicherung

Sonnenstrom am Tag, Wasserstoff in der Nacht

In der Praxis könnte das System so funktionieren: Tagsüber erzeugt eine Solaranlage Strom, mit dem aus Wasser Wasserstoff erzeugt wird. Die Bakterien verbinden diesen Wasserstoff mit CO2 zu Ameisensäure. Sinkt die Wasserstoffkonzentration, weil nachts keine Sonne mehr scheint, kehrt sich die Aktivität der Bakterien automatisch um. Aus der Ameisensäure wird der Wasserstoff freigesetzt und kann als Energiequelle genutzt werden.

Praxistest über zwei Wochen erfolgreich

Genau das hat das Forschungsteam im Labor getestet. Acht Stunden lang wurden die Bakterien jeden Tag mit Wasserstoff gefüttert. In den folgenden 16 Stunden gaben sie den Wasserstoff wieder vollständig ab. „Das System lief für mindestens zwei Wochen ausgesprochen stabil“, resümiert Fabian Schwarz von der Universität Frankfurt. Details hat das Forschungsteam nun im Fachjournal „Joule“ vorgestellt.

bl