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Inhalt archiviert am 2023-03-20

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Bio-elektrochemische Systeme: Stromerzeuger der Zukunft?

Milliarden von Euro werden für Aufbereitung von Billionen Liter Abwasser pro Jahr ausgegeben, bei der außerdem erhebliche Mengen an Energie verbraucht werden. Allerdings könnte dieses Abwasser als nachwachsender Rohstoff fungieren, wodurch sich viel Energie und Geld einsparen ...

Milliarden von Euro werden für Aufbereitung von Billionen Liter Abwasser pro Jahr ausgegeben, bei der außerdem erhebliche Mengen an Energie verbraucht werden. Allerdings könnte dieses Abwasser als nachwachsender Rohstoff fungieren, wodurch sich viel Energie und Geld einsparen ließe, da es organischer Verunreinigungen enthält, mit denen Strom, Wasserstoff und hochwertige Chemikalien, wie Natronlauge, erzeugt werden können. Hierfür wird die organische Masse durch elektrisch aktive Bakterien in einer elektrochemischen Zelle aufgespalten, die gleichzeitig die Reinigung des Abwassers unterstützt. Beispiele für solche "bio-elektrochemischen Systeme" sind u. a. mikrobielle Brennstoffzellen und mikrobielle Elektrolyse-Zellen. Die EU ist bestrebt, innovative Projekte zu fördern, die zu erheblichen Energieeinsparungen führen könnten. Eine solche Initiative wurde von einem Forscherteam in Irland durchgeführt, das sich auf das Gebiet der bio-elektrochemischen Systeme konzentrierte und untersuchte, wie durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung an der Oberfläche einer Elektrode mehr Strom produziert werden kann. Die durch das Marie-Curie-Programm geförderte Studie "Arylamine functionalization of carbon anodes for improved microbial electrocatalysis" könnte unmittelbare Auswirkungen auf eine Reihe von Sektoren haben, die versuchen, ihre Umwelt-und Energieeffizienz, einschließlich Abwasseraufbereitung und biochemischer und Biokraftstoffproduktion, zu verbessern. Das Projekt begann mit der Untersuchung der Schnittstelle zwischen Mikroben und Elektroden. Hier ermöglichen es komplexe physikalisch-chemische und biologische Wechselwirkungen den Mikroben, Elektronen mit festen Elektroden auszutauschen, um bio-elektrochemische Systeme zu produzieren. Das Team konnte Hinweise finden, mit deren Hilfe mikrobielle Gemeinschaften eine Bindung mit der Elektrode eingehen könnten und damit schneller mehr Strom produzieren als mit nicht veränderten Elektroden. Der Elektronenaustausch steht im Mittelpunkt von Reaktionen, die in der natürlichen Welt, aber auch in diesen sogenannten bio-elektrochemischen Systemen vorkommen. Das Team schleuste funktionelle Arylamingruppen in Graphit-Elektroden ein. Bei Arylamin handelt es sich um eine organische Verbindunge der Amingruppe, die eine spezifische chemische Reaktion katalysiert. Die Zugabe dieses Enzyms führte durch mikrobielle Biofilme zu einer besseren anfänglichen Katalyse bei der Acetat-Oxidation im Vergleich zu unveränderten Anoden. Die Forscher bewiesen, dass die "Verdrahtung" von Mikroben für eine schnellere Leitung und Produktion von Strom machbar ist. Die Forschung wurde vom der Biomolecular Electronics Research Laboratory in Galway, Irland, durchgeführt, das seit mehreren Jahren die Bedingungen für die Auswahl der Elektroden durch Mikroben untersucht. Obwohl weitere Arbeiten erforderlich sind, um wichtige biologische und technische Fragen zu beantworten, die der Biotechnologie zugrundeliegend, haben diese Laborexperimente gezeigt, dass bio-elektrochemische Systeme funktionieren können. Bisher wurden jedoch nur wenige solcher Pilotstudien unter realen Bedingungen durchgeführt und es sind weitere Pilotstudien und maßstäblich vergrößerte Demonstrationsprojekte nötig, um die Zuverlässigkeit der Systeme zu beweisen. Darüber hinaus müssen die Kosten im Vergleich zu anderen Abwasseraufbereitungs- und chemischen Produktionsprozessen wettbewerbsfähig sein, damit die Biotechnologie in einen kommerziellen Maßstab übernommen werden kann. Laut einer kürzlich stattgefundenen Lagebesprechung der Europäischen Kommission zu diesem Thema, sind die Forscher allerdings optimistisch, dass gewerbliche Anlagen in zwei bis fünf Jahren möglich sind.Weitere Informationen sind abrufbar unter: National University of Ireland, Galway

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