Greifswalder Forscher gewinnen aus Bakterien-Kraftwerk Strom

dpa

Greifswald (dpa/mv) - Strom aus Klärschlamm zu gewinnen, ist bisher nur über den Umweg der Vergasung möglich. Doch geht es nach dem Willen eines Greifswalder Chemikerteams, können in fünf bis zehn Jahren die Milliarden von Bakterien, die sich in Klärschlamm, Kompost oder Abfallhaufen tummeln, selbst zu Stromlieferanten werden. Die ersten dieser "Bakterien-Kraftwerke" - noch im Laborformat - erzeugen mit 1,5 Milliampere pro Quadratzentimeter die weltweit höchsten Stromdichten, die jemals mit einer mikrobiellen Brennstoffzelle gewonnen wurden, sagt Projektleiter Uwe Schröder. Sie liegen damit um ein Dreifaches höher als die Stromdichten anderer mikrobieller Brennstoffzellen. Das lässt die drei Forscher der Greifswalder Universität und Lehrstuhlinhaber Fritz Scholz hoffen.

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Dass sich aus Bakterien winzige Mengen von Strom gewinnen lassen, ist seit rund 40 Jahren bekannt, sagt der Elektrochemiker Schröder. Bestimmte Bakterienarten scheiden durch die Verstoffwechselung von Zucker Wasserstoff aus. Dabei erzeugen sie einen Elektronenfluss, der messbar, aber wegen seiner geringen Stärke bisher kaum nutzbar gewesen sei. Zudem machten die nimmersatten Mikroben - vor allem ihre Ausscheidungsprodukte - den Platinelektroden zu schaffen, die diesem permanenten Dauerstress nicht lange gewachsen waren.

Die Chemiker haben den Bakterien mit einem Trick ein Schnippchen geschlagen. "Die Elektroden werden mit dem Kunststoff Polyanilin beschichtet", erklärt Schröder, während seine Kolleginnen Juliane Niessen und Miriam Rosenbaum eine neue Versuchsreihe vorbereiten. "Polyanilin ist besonders leitfähig und wirkt wie ein Schutzmantel." Der Wasserstoff wandere durch das Polyanilin zur Platinanode, während die störenden Stoffwechselprodukte an der Membran scheitern. Mit den beschichteten Elektroden konnte der Stromfluss laut Schröder um ein Zehnfaches gesteigert und Ströme erzeugt werden, mit denen sich beispielsweise ein Ventilator betreiben liess.

Die eigentlichen Arbeiter in den Greifswalder Laboren sind vor allem Escherichia coli Bakterien vom Stamm K 12. Verwandte dieser E-coli-Bakterien können zwar lästige Darmerkrankungen auslösen, der speziell für Laborarbeiten gezüchtete K 12 Stamm sei dagegen völlig harmlos, sagt Schröder. Grundsätzlich käme als mikrobielle Biobrennstoffzelle jede Bakterienart in Frage. "Hauptsache sie scheidet Wasserstoff aus."

Noch füttern die Forscher die gefrässigen Bakterien mit künstlicher Kohlehydratlösung. Aus 200 Gramm Bakterienlösung und zwei Gramm Glukose lassen sich inzwischen zwei Stunden Strom gewinnen, erklärt Schröder. In einem nächsten Arbeitsschritt wollen die Chemiker den Mikroben zuckerhaltige Naturprodukte wie Kartoffeln oder Abfälle zu fressen geben. Den ersten Klärschlammversuch in einer Kläranlage, wo es naturgemäss vor Fäkalkeimen nur so wimmelt, haben die Elektroden bereits hinter sich. "Die Ergebnisse geben Grund für Optimismus", freut sich der 33-Jährige.

Die Forscher, deren Projekt vom US-Office of naval research gefördert wird, sind sicher: "Ein Fahrzeug wird man mit mikrobiellen Brennstoffzellen nicht betreiben können." Aber in Kläranlagen sei der Einsatz sinnvoll. "Die Zersetzungsprozesse werden durch die Elektroden nicht im geringsten gestört." Da sei es doch sinnvoll, den Strom abzuzapfen. Mittlerweile interessiert sich ein Biomasseverwertungsunternehmen aus dem Ruhrgebiet für die Forschungen. In den kommenden Jahren will das Team vor allem die technologische Schiene des Projektes ausbauen.