Natürlicher Strom: Forscher finden erstaunliche Lösung
Ein Team der Universität Cambridge hat einen erstaunlichen Ansatz verfolgt und versucht, einen Mikroprozessor ausschließlich mit Strom zu versorgen, den Blaualgen produzieren. Das Ergebnis könnte für erneuerbare Energiequellen eine Lösung sein.
Sie heißen Blaualgen, obwohl sie optisch meistens grün sind. Tatsächlich handelt es sich um Bakterien.
Foto: panthermedia.net/Darkfox (YAYMicro)
Ohne Energie gäbe es kein Leben. Von daher ist es nicht verwunderlich, dass viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Natur nach Ideen suchen, wenn sie neue Möglichkeiten zur Stromproduktion erforschen wollen. Aber das ausgerechnet die ungeliebten Blaualgen einen Beitrag zur Energiewende leisten könnten, hätten wohl nur wenige Menschen vermutet. Doch so ist es: Ingenieurinnen und Ingenieure der Universität im britischen Cambridge haben zusammen mit einem Industriepartner eine Art winziges Blaualgen-Kraftwerk getestet – ein Jahr lang hat ihr System einen Mikroprozessor ununterbrochen mit Strom versorgt, ohne zusätzliche Energiequelle und ohne Speicher. Sogar nachts gaben die Algen genug Energie ab.
Blaualgen produzieren erneuerbare Energien aus Licht
Blaualgen sind den meisten Menschen ein Begriff, allerdings in einem eher negativen Zusammenhang. Denn in vielen Regionen warnen die Behörden im Hochsommer davor, natürliche Badegewässer zu nutzen, die von Blaualgen-Teppichen überzogen sind. Dabei handelt es sich übrigens um eine etwas andere Form. Denn im Gegensatz zu den unliebsamen Sommergästen sind die Blaualgen, mit denen die Forschenden gearbeitet haben, nicht giftig. Eines haben sie aber mit den bekannten Vettern gemeinsam: Sie sind weit verbreitet.
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Genau genommen handelt es sich bei Blaualgen gar nicht um echte Algen, sondern um Bakterien, und sie haben eine besondere Fähigkeit. Durch Photosynthese können sie Sonnenenergie in Strom umwandeln. Das Einzige, was sie zusätzlich benötigen, ist Wasser. Sie müssen nicht mit weiteren Stoffen gefüttert werden, da sie durch die Photosynthese ihre Nahrung selbst herstellen. Soweit die Theorie, doch wie können Ingenieurinnen und Ingenieure dieses Prinzip auf sinnvolle Weise nutzbar machen?
Sogar nachts geben die Blaualgen genug Strom ab
Die britischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben dafür ein in sich geschlossenes System entwickelt, das mit einer Batterie vergleichbar ist. Es hat auch in etwa die gleiche Größe wie eine AA-Batterie. Ein Jahr lang hat dieses Blaualgen-Kraftwerk einen Mikroprozessor mit Strom versorgt – allein mit Umgebungslicht und Wasser. Der elektrische Strom, den die Blaualgen erzeugen, interagierte dafür mit einer Aluminiumelektrode.
Die Blaualgen befinden sich in einem kleinen, geschlossenen System.
Foto: Paolo Bombelli
Das Erstaunliche daran: Das System hat sogar in der Nacht genug Strom für den Betrieb des Prozessors abgegeben, obwohl die Photosynthese ohne Licht eigentlich nicht ablaufen kann. Die Forschenden vermuten, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Alge einen Teil ihrer Nahrung verarbeitet, wenn kein Licht vorhanden ist, und dadurch weiterhin elektrischen Strom erzeugt.
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Bei dem Prozessor, den die Blaualgen mit Energie versorgt haben, handelt es ich um einen Arm Cortex M0+. Dieser Mikroprozessor wird typischerweise für Geräte verwendet, die zum Internet der Dinge (Internet of Things = IoT) zählen. Deswegen betrieben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Prozessor einerseits in Innenräumen und andererseits unter Halb-Outdoor-Bedingungen bei natürlichem Licht und entsprechenden Temperaturschwankungen – sie wollten ein möglichst realistisches Szenario erschaffen. „Wir waren beeindruckt, wie beständig das System über einen langen Zeitraum funktionierte – wir dachten, es würde nach ein paar Wochen aufhören, aber es lief einfach weiter“, sagt Paolo Bombelli vom Fachbereich Biochemie der Universität Cambridge, Erstautor der Studie.
Günstige Materialien ermöglichen Stromproduktion durch Blaualgen
Das System besteht aus gewöhnlichen, preiswerten und weitgehend recycelbaren Materialien. Es könnte daher nach Angaben problemlos in großer Stückzahl industriell hergestellt werden. Für das Forschungsteam ist es ein wichtiges Argument, dass es sich nicht einfach um einen kleinen Akku handelt, der Energie speichert. „Das wachsende Internet der Dinge benötigt immer mehr Energie, und wir glauben, dass diese von Systemen kommen muss, die Energie erzeugen können, anstatt sie einfach wie Batterien zu speichern“, sagt Professor Christopher Howe vom Fachbereich Biochemie der Universität Cambridge.
Wie lange die Blaualgen ihre Arbeit unter diesen Bedingungen maximal aufrechterhalten können, ist allerdings noch nicht klar.
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