Bio-Batterie für die Sensorversorgung

FORSCHUNG & ENTWICKLUNG LADETECHNIK SENSORIK

Ein Empa-Forschungsteam (Empa: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt ) hat eine 3D-gedruckte, biologisch abbaubare Pilzbatterie entwickelt. Damit könnte Sensoren für die Landwirtschaft oder die Forschung in abgelegenen Regionen mit Strom versorgt werden.



Im Rahmen eines dreijährigen Forschungsprojekts, das von der Gebert Rüf Stiftung im Rahmen des Förderprogramms «Microbials» unterstützt wurde, hat ein Forschungsteam des Schweizer Empa-Labors «Cellulose and Wood Materials» eine funktionierende Pilzbatterie entwickelt.

Der von den lebenden Zellen produzierte Strom könnte beispielsweise einen Temperatursensor einige Tage betreiben. Solche Sensoren kommen in der Landwirtschaft oder in der Umweltforschung zum Einsatz. Die Pilzbatterie ist ungiftig und biologisch abbaubar.


Wie funktioniert das?

Eigentlich handelt es sich bei der Zelle nicht um eine Batterie, sondern um eine mikrobielle Brennstoffzelle. Wie alle Lebewesen wandeln Mikroorganismen Nährstoffe in Energie um. Mikrobielle Brennstoffzellen machen sich diesen Stoffwechsel zunutze und greifen einen Teil der Energie als Strom ab. Bisher wurden sie meist mit Bakterien betrieben.

Es wurden zwei Pilzarten zu einer Brennstoffzelle kombiniert. Die Stoffwechsel der beiden Pilze ergänzen sich: Auf der Anodenseite befindet sich ein Hefepilz, dessen Metabolismus Elektronen freisetzt. Die Kathode ist von einem Weissfäulepilz, der Samtigen Tramete, besiedelt. Die Tramete produziert ein besonderes Enzym, dank dem die Elektronen eingefangen und aus der Zelle geleitet werden können.

Dabei werden die Pilze nicht in die Batterie «gepflanzt», sondern sind von Anfang an ein integraler Bestandteil der Zelle. Die Komponenten der Pilzbatterie werden mittels 3D-Druck hergestellt. Das erlaubt es, die Elektroden so zu strukturieren, dass die Mikroorganismen einfach an die Nährstoffe kommen. Dafür werden die Pilzzellen unter die Drucktinte gemischt.


Der 3D-Drucker hilft

Eine passende Tinte wurde auf Basis von Cellulose hergestellt. Die Pilzzellen können die Cellulose sogar als Nährstoffquelle nutzen und helfen so, die Zelle nach ihrem Einsatz abzubauen. Ihre bevorzugte «Nahrung» besteht allerdings aus einfachen Zuckermolekülen, die den Batterien zugesetzt werden. Die Pilzbatterien lassen sich im getrockneten Zustand aufbewahren und am Einsatzort durch die Zugabe von Wasser und Nährstoffen aktivieren.


Ausblick

Das Team will die Pilzbatterie jetzt leistungsfähiger und langlebiger machen und weitere Pilzarten suchen, die sich als Stromlieferanten eignen.