Ingenieure haben bei der Gewinnung von Strom aus Abwasser einen entscheidenden Fortschritt erzielt: Mit Gold überzogene Elektroden ermöglichen es, bis zu 20-mal mehr Energie zu erzeugen, als die bisher verwendeten Graphitelektroden ohne Überzug. “Unsere Studie zeigt, dass der Einsatz von Nanopartikeln die erzielte Leistung deutlich steigern kann”, sagen die Wissenschaftler. Sie experimentierten mit verschiedenen Nanopartikelarten, wobei sich Gold als die beste Variante herausstellte. Palladium beispielsweise erhöhte den Energieertrag nur unwesentlich. Die Technologie der mikrobiellen elektrochemischen Zellen funktioniert bislang allerdings nur im Labor. Bevor sie auch außerhalb des Labors angewendet werden kann, müssen ihre Effizienz weiter gesteigert und die Kosten gesenkt werden.
Seit langem helfen Mikroorganismen bei der Abwasserreinigung. Die Bakterien zersetzen das im Abwasser enthaltene organische Material, wachsen und geben dabei ? sozusagen als Nebenprodukt ? Elektronen frei. Dieser Prozess lässt sich auch zur Stromproduktion nutzen, indem die entstehenden Elektronen von Graphitelektroden aufgefangen werden. In einem angeschlossenen Kreislauf können die Elektronen aufgrund eines Energiegefälles Arbeit verrichten, vergleichbar mit dem Wasser in den Turbinen eines Wasserkraftwerks.
Da bei diesem Prozess vergleichsweise geringe Mengen an Energie entstehen, versuchten die Mikrobiologen nun, die Graphitelektroden entsprechend zu verändern. Das Ziel: mehr Energie. Zunächst beschichteten sie die Elektroden mit Palladium und testeten den Energieertrag, er steigerte sich um 50 bis 150 Prozent. Noch deutlich bessere Resultate lieferte der Versuch mit einem Goldüberzug: Es entstand 20-mal mehr Strom als ohne Beschichtung. Der maßgebliche Grund für die Steigerung waren die chemische Zusammensetzung sowie die Größe und Form der Nanopartikel, erklären die Wissenschaftler.
Die Entdeckung ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu einer industriellen Nutzung der Technologie ? auch wenn der aus dem Abwasser erzeugte Strom mittelfristig lediglich die Energiekosten der Kläranlage reduzieren, aber noch lange keine Haushalte versorgen wird. Dennoch: “Jüngste Fortschritte in der Nanotechnologie in Kombination mit unserer Studie zeigen, dass es möglich ist, die Effizienz noch deutlich zu steigern”, schreiben die Wissenschaftler. Nun wollen sie testen, ob mit deutlich billigeren Überzugsalternativen wie beispielsweise Eisen ähnlich viel Energie erzeugt werden kann wie mit Gold.
Hong Liu (Oregon State University, Corvallis) et al.: Biosensors and Bioelectronics, Online-Veröffentlichung, doi: 10.1016/j.bios.2010.05.006 ddp/wissenschaft.de ? David Köndgen
