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Alternative Energieerzeugung: Brennstoffzelle aus Mikroorganismen
Grüner Strom aus trüber Gülle

Deutschen Forschern ist es gelungen, eine Bio-Brennstoffzelle zu entwickeln, die in Kläranlagen mithilfe von Bakterien Energie aus organischen Stoffen erzeugt. Gleichzeitig wird dabei ein Teil des Abwassers gereinigt. Die erste Testanlage ist seit Ende 2016 in Goslar in Betrieb.

Abbildung: CUTEC-Institut

Auf der ganzen Welt arbeiten Forscher an der Entwicklung von mikrobiellen Brennstoffzellen, einer Technologie, die einen weiteren Beitrag zur Energiewende leisten könnte.

In Zusammenarbeit mit dem Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH (Cutech GmbH) haben nun Wissenschaftler des Instituts für Ökologische und Nachhaltige Chemie der TU Braunschweig mit der Bio-Brennstoffzelle eine neue Technologie zur Stromgewinnung entwickelt.

Das Forschungsprojekt BioBZ wird im Zuge der Maßnahme des Bundesministeriums für Bildung und Forschung „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft (ERWAS)“ gefördert.

Die theoretischen Laborerkenntnisse werden zurzeit in der Praxis in Niedersachen getestet. In Goslar steht ein Container mit einer speziellen Brennstoffzelle, durch die das Abwasser strömt. Die Leistungsfähigkeit der BioBZ soll beim Demonstrationsbetrieb anhand technischer, ökonomischer und ökologischer Bewertungen nachgewiesen werden.

Biofilm aus Bakterien

Die Bio-Brennstoffzelle ist der Wissenschaft seit 100 Jahren bekannt. Brauchbare Forschungsergebnisse gab es jedoch lange nicht. Erst in den vergangenen Jahren hat es deutliche Fortschritte gegeben.

Die neu entwickelte Technologie in Kläranlagen leistet mehr als eine herkömmliche Brennstoffzelle. Diese wandelt chemische Energie, meist aus Wasserstoff, in Strom um. Bei der Bio-Brennstoffzelle werden Mikroorganismen als Biokatalysatoren genutzt, um elektrische Energie durch biologischen Teilabbau organischer Abwasserinhaltsstoffe zu erzeugen.

Auf die Zugabe von Stimulatoren für die Mikroorganismen wird verzichtet. Im Abwasser befinden sich hauptsächlich metallreduzierende Bakterien. Durch Verwertung und Abbau von Abfallstoffen stillen diese ihren Energiebedarf. Die dabei erzeugten Elektronen werden an Elektroden übertragen, so dass Strom fließt. Mithilfe besonderer Proteine in ihren Zellmembranen docken sie sich an die Elektroden an. Mit anderen Bakterien bilden sie einen Biofilm.

Kläranlagen als Stromkraftwerke

Die Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass Bio-Brennstoffzellen dazu beitragen können, dass die Kläranlage der Zukunft Energie einsparen, aber auch überschüssigen Strom in das Energienetz einspeisen wird.

Kläranlagen gelten heute als die größten Stromverbraucher der Kommunen. Durch die direkte Stromerzeugung sowie die daraus resultierende Reduzierung des Belüftungsenergieaufwands könnten kommunale Abwasserbehandlungsanlagen in regenerative Energiequellen umgewandelt werden.

Im Rahmen von ERWAS fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung zwölf Verbundprojekte, die im zweiten Quartal 2014 gestartet sind, mit einem Fördervolumen in Höhe von 27 Millionen Euro.

Fotto Mitte rechts: Kläranlage in Coerde, Münster (Bild: Günter Seggebäing, CC BY-SA 3.0)

Foto Mitte links: Funktionsprinzip der bio-elektrochemischen Brennstoffzelle (Abbildung: CUTEC-Institut)

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