Energie aus Zucker für das Smartphone
Forscher an der Virginia Tech University wollen schon in wenigen Jahren eine Brennstoffzelle bis zur Serienreife entwickeln, die mit einfachem Zucker als Treibstoff arbeitet. Die Bio-Brennstoffzelle kommt ohne Platin als Katalysator aus und ohne das brennbare und explosive Methan oder Wasserstoff.
Professor Yi-Heng Percival Zhang (re.) und Zhiguang Zhu von der Virginia Tech zeigen ihre neue Zucker-Brennstoffzelle.
Foto: Virginia Tech College of Agriculture and Life Science
Es ist Maltodextrin, ein simpler Mehrfachzucker, den die Forscher als Treibstoff für ihre Bio-Brennstoffzelle verwenden wollen. Pro Kilogramm stecken stolze 3888 Kilokalorien pure Energie in Maltodextrin. „In der Natur ist Zucker ein perfekter Energiespeicher“, sagt Projektleiter Percival Zhang, seit Juni 2000 assoziierter Professor der Abteilung “Biologische Systeme“. Das Motto der Universiät Virginia Tech lautet „Invent the Future“ und genau das will das Team um Zhang, es will die Zukunft erfinden. Und dafür den natürlichen Energiespeicher Zucker auf umweltfreundliche Art nutzen. „Es ist nur logisch, dass wir versuchen, diese natürliche Energie in einer umweltfreundlichen Art zu nutzen, um Batterien zu produzieren“, sagt Professor Zhang.
So soll es gehen: Die Wissenschaftler oxidieren das Maltodextrin unter Einsatz verschiedener Enzyme. Sie kombinieren diese auf eine Weise, die so in der Natur nicht vorkommt. Im Ergebnis erzeugt die Brennstoffzelle zusammen mit der Umgebungsluft elektrischen Strom. Als Abfallprodukt bleibt, wie eigentlich immer bei Brennstoffzellen, einfach nur Wasser zurück.
Zucker als Treibstoff ist nicht explosiv
Ein Riesenvorteil der jetzt im Fachmagazin nature communications vorgestellten Bio-Brennstoffzelle wäre, dass sie ohne das Edelmetall Platin auskommt, das in herkömmlichen Brennstoffzellen als Katalysator genutzt wird. Ein weiterer, noch viel größerer Vorteil der Bio-Brennstoffzelle mit Zucker als Treibstoff ist, dass Zucker als Treibstoff nicht explosiv ist. Die heute verfügbaren Brennstoffzellen nutzen Wasserstoff oder Methanol als Treibstoff. Und die sind hochexplosiv oder brennbar. Die Zucker-Brennstoffzelle hat vor allem beim Nachfüllen deutliche Vorteile und macht die Handhabung insgesamt sicherer. Dazu kommt: Sowohl die Enzyme wie auch der Treibstoff sind biologisch abbaubar.
Höhere Energiedichte als ein Lithium-Ionen-Akku
Ganz neu ist die Idee mit dem Zucker nicht. Freimütig gibt das Forscherteam um Zhang zu, dass es auch zuvor schon Brennstoffzellen gab, die mit Zucker als Treibstoff arbeiteten. Diese hätten aber eine geringere Energiedichte gehabt. Die Energiedichte ihrer Brennstoffzelle sei um eine ganze Zehnerpotenz größer, schreiben sie in nature communications. Noch mehr: Die Energiedichte ihrer Brennstoffzelle auf Zuckerbasis sei auch deutlich höher, als die der heute genutzten Lithium-Ionen-Akkus.
Das bleibt abzuwarten. Schon vor fast sieben Jahren ließ Sony mit der Meldung aufhorchen, es habe eine Art „Bio-Akku“ auf Zuckerbasis entwickelt, der genügend Strom erzeuge, um zum Beispiel einen MP3-Player zu betreiben. 50 Millivolt Strom schaffte diese Testzelle, die mit Hilfe von Enzymen als Katalysator Elektrizität aus Kohlenhydraten erzeugte. Vier davon zusammengeschaltet reichten für den Betrieb eines MP3-Players aus. Sony behauptete damals, dass bislang niemand ähnlich viel Strom aus passiven Bio-Akkus erzeugen könne.
Serienreife in drei Jahren
Da gibt sich der Forscher Yi-Heng Percival Zhang ganz forsch: Er glaubt, dass seine Brennstoffzelle aus Zucker schon in drei Jahren serienreif sein wird und als Energiespeicher vor allem für mobile Endgeräte wie Smartphones oder Tablets zum Einsatz kommt. Zudem, das versichert Zhang, sei seine Zucker-Brennstoffzelle billig und immer wieder aufladbar. Ein echtes Plus in mobilen Zeiten, in denen es darauf ankommt, immer und überall erreichbar zu sein. Anders gesagt: Alles auf Zucker!
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