3D-gedruckte Batterie aus Pilzen liefert Strom für Sensoren
Schweizer Forscher haben eine lebende Batterie entwickelt, die etwa einen Sensor in der Umwelt betreiben kann. Nach Gebrauch ist sie biologisch abbaubar.
3D-gedruckte Batterie aus Pilzen: biologisch abbaubar
(Bild: Empa)
Sensoren, die in der Umwelt Daten sammeln, sind praktisch. Ein Problem ist allerdings die Stromversorgung. Schweizer Forscher haben möglicherweise eine Lösung gefunden: eine 3D-gedruckte Batterie, die auch noch biologisch abbaubar ist.
Die Batterie – genauer gesagt handelt es sich um eine mikrobielle Brennstoffzelle – nutzt den Stoffwechsel von zwei Pilzen, um Strom zu erzeugen. Viel Strom liefert die an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) entwickelte Zelle nicht: Die Spannung betrage 300 bis 600 Millivolt, schreiben die Entwickler in der Fachzeitschrift ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
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Das reiche aber, um beispielsweise einen Temperatursensor, wie er in der Landwirtschaft oder der Umweltforschung eingesetzt wird, zu betreiben. Mit vier dieser Zellen lasse sich der Sensor zweieinhalb Tage lang mit Energie versorgen.
Die Zelle arbeitet mit Pilzen
Solche mikrobiellen Brennstoffzellen sind nicht neu. Normalerweise kommen dabei Bakterien zum Einsatz. "Wir haben erstmals zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert", erläuterte Empa-Forscherin Carolina Reyes.
Für die Anode nutzt das Team des Cellulose and Wood Materials Laboratory des Empa ganz normale Backhefe (Saccharomyces cerevisiae), deren Stoffwechsel Elektronen freisetzt. In der Kathode wird die Samtige Tramete (Trametes pubescens), ein Weißfäulepilz, eingesetzt. Sie produziert ein Enzym, das die Elektronen einfängt und an den Verbraucher weiterleitet.
Hergestellt wird die Batterie per 3D-Druck aus einer Tinte auf Cellulose-Basis, der die Pilzzellen untergemischt werden. Für die elektrische Leitfähigkeit werden Ruß und Grafitflocken zugesetzt. Die Tinte müsse verschiedene Bedingungen erfüllen, sagte Gustav Nyström: Darin müssten die Pilze gut wachsen. Daneben müsse sie sich "gut extrudieren lassen, ohne dass die Pilzzellen dabei sterben – und natürlich sollte sie noch elektrisch leitfähig und biologisch abbaubar sein."
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Den biologischen Abbau erledigen zum Teil die Pilze: Sie ernähren sich Zuckermolekülen, die der Zelle zugesetzt werden. Ist der Zucker aufgebraucht, tun sie sich an der Zellulose gütlich. Die Hülle besteht aus Bienenwachs. Die Zellen lassen sich auch trocken lagern. Aktiviert werden sie dann durch die Zugabe von Wasser und Nährstoffen.
Im nächsten Schritt will das Empa-Team seine Pilzbatterie verbessern, sodass die leistungsfähiger und langlebiger wird, sowie nach weiteren Pilzarten suchen, die für eine solche Anwendung eignen. "Gerade im Bereich der Materialwissenschaft sind Pilze noch zu wenig erforscht und genutzt", sagen Reyes und Nyström.
(wpl)
