| Im Jahr 2004
hat eine Schülergruppe in unserer Arbeitsgemeinschaft untersucht,
ob durch Fermentation direkt elektrische Energie mit einer
Brennstoffzelle gewonnen werden kann. Angeregt dazu wurde sie
durch mehrere Publikationen in Fachzeitschriften wie Nature und
Science, in denen über große Erfolge mit "microbial
fuel cells" besetzt mit Archae Bakterien aus dem Meer
berichtet wurde.
Sie entnahmen
Schlamm aus einem Teich im Schulgarten, füllten diesen in ein 60
L Aquarium, füllten dann Salzwasser (Konzentration NaCl etwa c =
3 % wie im Meer) hinein. In den Schlammuntergrund wurde eine
Kohlematte als Anode gelegt, die Kathode bestand aus einer belüfteten
auf der Oberfläche schwimmenden Kohlematte.
Aufbau des
Meerwasseraquariums
Mit dieser
Anordnung wurden Spannungen bis 0,7 V und Ströme kurzzeitig bis
100 µA gemessen. Im Lauf der Zeit baute sich ein pH-Gradient von
bis zu 1,5 pH-Einheiten auf. Die Spannung und elektrische Leistung
stieg nach Injektion von organischen Verbindungen wie Acetat oder
Glucose. Es lag nahe, diese Schwankungen der elektrischen Leistung
auf Gärung, d.h. bakterielle Aktivitäten, im Schlamm auch
indiziert durch den pH-Gradienten zurückzuführen.
Es wurden einige
Proben aus dem Schlamm entnommen und auf einer LB-Platte
ausgestrichen. Nach Inkubation wurden weiße, schleimige großvolumige
und weiße kleine feste Zellhaufen gefunden. Eine
molekularbiologische Charakterisierung durch 16S rRNA Analyse am
Institut für Mikrobiologie und Molekularbiologie in Gießen durch
Herrn Prof. M. Kröger ergaben zwei verschieden Bakterienarten:
Staphylococcus und Bacillus, beides fakultative Anaerobier.
 "Schleimige"
Bazillus
"Bunte
Mischung" an Bakterien besiedeln das Aquarium
Die
elektrische Leistung - wenn auch gering nur im µWatt-bereich -
wurde interpretiert, dass die im Untergrund lebenden Anaerobier
durch Wechselwirkung mit der Oberflächenelektrode so ihre
Reduktionsäquivalente (Elektronen und Protonen) abgeben können
und somit NADH für die Glykolyse regenerieren können.
Fazit dieser Arbeiten war,
dass zwar anaerob lebende Bakterien elektrische Energie erzeugen können,
aber daraus keine brauchbare Leistung resultiert!
In den
Weihnachtsferien machte sich Axel Jäger an die Arbeit, eine
mikrobielle Brennstoffzelle zu entwickeln, die eine genügend große
elektrische Leistung zum Betreiben eines Kleinmotors bringen
sollte. Dazu wurde ein Zweikammersystem mit PEM und
Polypyrrolelektroden entwickelt. Dies war der Durchbruch! Es
entstand eine kleine "Biobrennstoffzelle", welche auf
der Anodenseite mit E. coli Bakterien in glucosehaltigem Nährmedium
und an der Kathodenseite mit feuchter Luft betrieben wurde.
Die Leistung
reichte aus, für 2 Minuten den Motor eines CD-Players zu
betreiben!
Film
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