Biobatterie 18.07.2013, 13:20 Uhr

Bielefelder Studenten lassen Bakterien Energie erzeugen

Zehn Bielefelder Studenten wollen mit selbst konstruierten Biobatterien eine umweltfreundliche Energiequelle bereitstellen. Dafür nutzen sie das Bakterium Escherichia coli, um Zucker direkt in Energie umzuwandeln. 

Mit eigens konstruierten Biobatterien produzieren die Bielefelder Studierenden Strom. Neben ihrem regulären Studium sammeln die Teammitglieder, darunter Matthias Ruwe, zahlreiche Daten zur Entwicklung des Projektes.

Mit eigens konstruierten Biobatterien produzieren die Bielefelder Studierenden Strom. Neben ihrem regulären Studium sammeln die Teammitglieder, darunter Matthias Ruwe, zahlreiche Daten zur Entwicklung des Projektes.

Foto: iGEM-Team 2013

Herkömmliche Batterien können die Umwelt schwer belasten. Schadstoffe wie Schwermetalle (Quecksilber, Cadmium und Blei) werden freigesetzt, wenn sie nicht sachgemäß gehandhabt verwendet werden. Die Biobatterie der Bielefelder Studenten könnte künftig eine Alternative bilden. 

Anders als bei der herkömmlichen Batterie für den Hausgebrauch, befinden sich im Anodenraum der Biobatterie (Microbial fuel cell – MFC) Bakterien anstatt Elektrolyte. Die Bielefelder Studenten nehmen mit dieser Idee an dem jährlichen Projekt „international Genetically Engineered Machine competition“ (iGEM) des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston, USA, teil.

Bereits im Mai begannen ihre Arbeiten zur Entwicklung der Biobatterie. Dazu haben sie verschiedene Gene zur Elektronenübertragung isoliert und mit dem Bau einer Anlage begonnen, mit der Strom produziert werden kann. Ziel der Studenten ist es, bis Oktober 2013 eine optimierte Biobatterie zum Betrieb von Kleinanwendungen zu entwickeln. Zu diesem Zeitpunkt findet der europäische Vorentscheid der iGEM im französischen Lyon statt.

Nur ein Unterschied zur herkömmlichen Batterie

Die Biobatterie (Microbial fuel cell – MFC) unterscheidet sich nur an einer Stelle von der herkömmlichen Batterie: Eine handelsübliche Batterie besteht aus dem Anoden- und dem Kathodenraum. Es sind zwei separate Einheiten, die durch eine teilweise durchlässige Membran getrennt werden. Die MFC-Batterie hat jedoch nicht wie eine herkömmliche Batterie Elektrolyte im Anodenraum. Vielmehr befinden sich  dort Bakterien, die Substrate im Stoffwechsel abbauen. Im Fall der MFC-Batterie ist es Zucker.

Prinzip einer MFC-Biobatterie.

Prinzip einer MFC-Biobatterie.

Foto: Universität Bielefeld

Während dieses Vorganges entstehen Elektronen, die zunächst an die Anode und später über einen externen Kreislauf an die Kathode abgegeben werden. Bei dem externen Kreislauf handelt es sich um kleine Anwendungen wie Lampen oder kleine Motoren, durch die Strom erzeugt werden kann.

Biobatterie liefert unabhängig vom Wetter Energie

Die einfache Bauweise der Biobatterie ermöglicht den Einsatz in Gebieten, wo sonst nur schwer Strom hergestellt werden kann, wie in Entwicklungsländern. Im Unterschied zur Wind- und Solarenergie produziert die Biobatterie bei jedem Wetter Strom. Und sie kann immer weiter Energie liefern abhängig von der Menge der Bakterien. Und diese vermehren sich sehr schnell bei der Substratzugabe.

Neben dem regulären Studium der Molekularen Biotechnologie und Genom-basierten Systembiologie arbeiten die zehn angehenden Wissenschaftler regelmäßig an dem Projekt iGem. „Die Arbeit bei iGEM bietet die Chance, konzentriert ein Projekt durchzuführen und sich mit herausragenden Nachwuchsforschern zu messen“, sagt Nadiya Romanova. „Außerdem ermöglicht die Teilnahme an dem weltweit ausgetragenen Wettbewerb bereits während des Studiums einen Einblick in Forschungsprozesse und Innovationen im Bereich der synthetischen Biologie.“

„iGEM ist international der bedeutendste studentische Wettbewerb der synthetischen Biologie. In seiner Form ist er weltweit einzigartig“, erklärt Dr. Jörn Kalinowski. „Die synthetische Biologie ist die neueste Entwicklung im Bereich der modernen Biologie, die Teilnahme am Wettbewerb eröffnet den Studierenden neue Perspektiven und sie haben die Gelegenheit, sich gegenüber Nachwuchswissenschaftlern aus aller Welt zu beweisen.“ Kalinowski unterstützt das iGEM-Team gemeinsam mit Professor Dr. Alfred Pühler, Professor Dr. Erwin Flaschel, und Dr. Christian Rückert vom CeBiTec (Center for Biotechnology) der Universität Bielefeld.

Die Idee zu ihrer Biobatterie bekamen die Studenten aufgrund der anwachsenden Nachfrage nach alternativen Energiequellen. „Alternative Energiequellen erfreuen sich einer immer weiter wachsenden Nachfrage. Die Schonung fossiler Rohstoffe und der Ausstieg aus der Atomenergie in Deutschland haben diesen Prozess rapide beschleunigt“, erklärt Student Thorben Meyer. 

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