Abwasser in Strom umwandeln?

Abwasserbehandlungsanlagen sind eine bislang verborgene Goldmine an chemischer Energie im Bioabfall, die in Strom umgewandelt werden kann. Neuartige elektrochemische Bioreaktoren mit Kohlenstoffnanoröhren könnten schon bald industrielle Anwendungen ermöglichen.

Energie

Mikrobielle elektrochemische Zellen sind eine vielversprechende Technologie zur Ausschöpfung des Potenzials an erneuerbaren Energien, aber die Umwandlungswirkungsgrade haben bislang nur eine begrenzte kostenwirksame Umsetzung gestattet. Die EU-Finanzmittel des Projekts BEC-ME ermöglichten den Wissenschaftlern die Entwicklung verbesserter Elektroden auf Grundlage von Kohlenstoffnanoröhren. Hier wurden die bakterielle Adhäsion an der Elektrode sowie Elektronentransfer und Substratoxidation verbessert. Kohlenstoff hat gute Biokompatibilität, chemische Stabilität und Leitfähigkeit bei geringen Kosten zu bieten. Nanomaterialien haben höhere Oberfläche-Volumen-Verhältnisse und sind ideal zur Erhöhung der bakteriellen Immobilisierungsleistung mit erhöhter bakterieller Sorption im Vergleich zu konventionellen porösen Medien geeignet. Ähnlich wie bei herkömmlichen Brennstoffzellen sind die Katalysatoren der kritische Faktor hinsichtlich des Wirkungsgrads. In diesem Fall sind die Katalysatoren an den Elektroden immobilisierte elektroaktive Biofilme, die das Team aus Kohlenstoffnanoröhren herstellte. Stickstoff kann die positive Ladung erhöhen und die bakterielle Adhäsion fördern. Das Team erprobte verschiedene stickstoffhaltige Modifikatoren einschließlich Säuren, Basen und Diazoniumsalzen. Die Modifikation der Kohlenstoffnanoröhren mit Diazoniumsalzen ergab eine erhöhte Energieerzeugung der mikrobiellen elektrochemischen Zellen, die mit dem höheren Oberflächenstickstoffgehalt korrelierte. Die Forscher untersuchten im Folgenden die Umwandlung der leitenden Polymernanoröhrchen in stickstoffhaltige Kohlenstoffnanoröhren. Das Team karbonisierte stickstoffhaltige leitende Polymernanoröhren (Polyanilin und Polypyrrol), um erneut auf die Vorteile von Kohlenstoff, Stickstoff und der Nanoröhrenarchitektur zu setzen. Die elektrochemische Leistung der mikrobiellen elektrochemischen Zellen wurde im Vergleich zu Kohlenstoffnanoröhren allein weiter verbessert. BEC-ME konnte wichtige Fortschritte bei der Ermittlung von Elektrodenmaterialien und Modifikationsprozessen verzeichnen, welche die Effizienz der mikrobiellen elektrochemischen Zellen bei der Stromerzeugung steigern. Eine mögliche Anwendung der Technologie im industriellen Maßstab könnte den Zugang zu einer wichtigen Quelle an erneuerbarer Energie in den Abwasserbehandlungsanlagen der Städte und Gemeinden schaffen.

Microbial Electrochemical Cells with modified electrode based on ‘forest’ like carbon nanotube (CNTs) and CNT- conducting polymers nanocomposites

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