In Kläranlagen sind Bakterien nicht nur für die biologische Abwasserreinigung nützlich. Mithilfe der Stoffwechselleistung spezieller Mikroben kann aus den organischen Substanzen im Abwasser auch Strom gewonnen werden. Das Konzept einer sogenannten mikrobiellen Brennstoffzelle: Bakterien bauen die energiereichen Substanzen aus dem Abwasser ab und die dabei entstehenden Elektronen können an eine Elektrode abgegegeben werden - Strom wird gewonnen. Forscher der Universität Bayreuth haben einen Weg gefunden, die Stromproduktion in mikrobiellen Brennstoffzellen durch den Einsatz eines künstlichen Biofilms zu optimieren. Wie das Team im Fachjournal „Macromolecular Bioscience“ berichtet, handelt es sich dabei um ein Hydrogel, das nur mit einer einzigen Bakterienart namens Shewanella oneidensis besiedelt ist.

Elektrische Leistung verdoppelt

Bakterien in mikrobiellen Brennstoffzellen ernähren sich von organischen Substanzen wie Milchsäure. Die beim Verstoffwechseln freigesetzten Elektronen treten in Kontakt mit einer  Anode und werden dann zur gegenüberliegenden Kathode weitergeleitet. Mit dem neuen Biofilm gelingt dieser Prozess in mehrfacher Hinsicht besser. „Die elektrische Leistung einer Brennstoffzelle ist mit diesem Film doppelt so hoch, als wenn Bakterien der gleichen Art einen natürlichen Biofilm produzieren“, erklärt der Bayreuther Doktorand Patrick Kaiser.

Stabile Stromproduktion

Bei dem künstlichen Biofilm handelt sich um ein Netzwerk aus winzigen Polymerfasern, in denen sich lebende Bakterien befinden, die beim Stoffwechsel uneingeschränkt aber in deutlich größeren Mengen Strom produzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Stromerzeugung zuverlässig und somit berechenbar ist. Der Grund: Die Dichte der Bakterien im künstlichen Biofilm wird von vornherein festgelegt. Das macht das neue Biokomposit auch anwenderfreundlicher. Natürliche Biofilme werden im Vergleich dazu auf eine schwer zu kontrollierende Weise abgebaut, wodurch der Prozess instabil ist.

Vliesstoff aus Polymerfasern

Das Biokomposit wurde durch das sogenannte Elektrospinnen von Polymerfasern hergestellt, die zusammen einen Vliesstoff bilden. „Das Elektrospinnen von Vliesstoffen ist heute eine weit verbreitete Technologie. Für die Einbettung der Bakterien sind keine zusätzlichen Produktionsschritte erforderlich“, betont Mitautor Steffen Reich. Die Entwicklung des neuen Biofilms erfolgte im Rahmen des Vorhabens „Biofilme für die Prozessintensivierung“ durch den Projektverbund „Ressourcenschonende Biotechnologie in Bayern – BayBiotech“.

bb/pg