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StartseiteForschung aktuellBrennstoffzelle zum Wegwerfen27.10.2005

Brennstoffzelle zum Wegwerfen

Enzyme aus Pilzen und Mikroben für künftige Billig-Batterien

Von Frank Grotelüschen

Brennstoffzellen sind Hoffnungsträger mit Startschwierigkeiten. (www.fair-pr.com)
Brennstoffzellen sind Hoffnungsträger mit Startschwierigkeiten. (www.fair-pr.com)

Technik. – Brennstoffzellen werden schon so lange als Zukunftstechnologie beschworen, daß dem Publikum fast der Glauben abhanden gekommen ist. Ein Problem mit den Aggregaten, die aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wasser machen, sind die Kosten, etwa für die notwendigen Katalysatoren. Denn die bestehen aus seltenen Edelmetallen und sind entsprechend teuer. Jetzt stellen britische Forscher die Anfänge einer Brennstoffzelle auf Basis von Enzymen vor, die preiswert im Bioreaktor hergestellt werden können.

Wasserstoff und Sauerstoff wird zu Wasser und Strom. Das Prinzip einer Brennstoffzelle klingt simpel - doch die technische Umsetzung ist nicht ohne. Man braucht zwei Elektroden. An der einen werden Wasserstoffmoleküle gespalten, an der anderen Sauerstoffmoleküle, sodass zwischen beiden Elektroden ein elektrischer Strom fließt. Um den Stromkreis zu schließen, müssen die Wasserstoffionen - so heißen die gespaltenen Wasserstoffmoleküle - durch eine Trennmembran zum Sauerstoff wandern und sich mit ihm zu Wasser verbinden.

"”Konventionelle Brennstoffzellen benötigen ein Katalysator. Dieser Katalysator besteht zumeist aus teurem Platin. Er sitzt als Schicht auf den Elektroden und macht es überhaupt erst möglich, die Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aufzuspalten. In unserer Brennstoffzelle verwenden wir als Katalysator kein Platin, sondern Biomoleküle, und zwar ganz spezielle Enzyme","

sagt Fraser Armstrong, Chemiker an der Universität Oxford in England. Das eine Enzym stürzt sich auf den Sauerstoff. Es stammt von einem Pilz, der auf totem Holz gedeiht und mit dem Enzym gewöhnlich das Holz zersetzt. Das andere Enzym zählt zur Klasse der Hydrogenasen, stammt aus einer Mikrobe und nimmt sich des Wasserstoffs an. Das Besondere:

"Im Gegensatz zu anderen Hydrogenasen verträgt unser Enzym Sauerstoff. Die meisten Mikroben, die Wasserstoff umsetzen, tun dies in einer anaeroben, einer sauerstoffarmen Umgebung. Für sie ist Sauerstoff Gift. Doch unsere Kollegen von der Berliner Humboldt-Universität haben ein Enzym aus einer Mikrobe namens Ralstonia eutropha isoliert. Und dieses Enzym verträgt nicht nur Sauerstoff, sondern auch Kohlenmonoxid, mit dem kommerziell erhältlicher Wasserstoff oft verunreinigt ist."

Außerdem kann man in Armstrongs Bio-Zelle auf die sonst übliche Trennmembran verzichten. Dadurch spart man Platz, kann im Prinzip also sehr kleine Zellen bauen für tragbare Elektronik wie Handys oder Taschencomputer, sagt Armstrong.

"”Daraus könnte eine neue Technologie entstehen: winzige Brennstoffzellen, die mit ein wenig Wasserstoff auskommen und mit etwas Luft. Im Prinzip könnte man sich sogar kleine Zellen vorstellen, die man nach Gebrauch wegwirft, weil sie so billig sind.""

Das Team von Fraser Armstrong hat schon einen simplen Prototyp gebaut: ein einfaches Plastikröhrchen, darin zwei Kohlenstoffstreifen, der eine beschichtet mit dem Pilzenzym, der andere mit dem Mikrobenenzym. In das Röhrchen leiten die Forscher Luft angereichert mit ein wenig Wasserstoff - und zwar so wenig Wasserstoff, dass das Gemisch nicht von alleine als Knallgas explodiert. Zwar liefert der Prototyp schon ein wenig Strom. Aber von der Marktreife ist er noch weit entfernt. Armstrong:

"”Wir müssen die Enzyme dazu bringen, besser an den Elektroden haften zu bleiben. Außerdem müssen wir noch die Haltbarkeit der Enzyme verbessern, und wir müssen den Aufbau der Brennstoffzelle optimieren.""

Noch steckt die Bio-Brennstoffzelle also in den Kinderschuhen. Fünf bis zehn Jahre müsse weiter geforscht und entwickelt werden, meint Armstrong. Erst dann sei an ein Produkt zu denken.

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