In der Chesapeake Bay an der US-Atlantikküste testet ein Forschungsteam der Michigan Technological University derzeit ein System, das aus Meerwasser Elektrizität gewinnt. Das Projekt läuft im Auftrag der Forschungsagentur des US-Militärs DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) und soll unter anderem Sensoren für die Marine mit Strom versorgen. Die auf Mikroben basierende Batterie verspricht, was Lithium-Ionen-Akkus nicht leisten können: dauerhaften Strom für die Unterwassersensoren ohne eine regelmäßige Bergung für den Batterietausch.
Der Trick: Die Brennstoffzelle betankt sich aus dem Meerwasser, in dem sie schwimmt, selbst – und könnte theoretisch so lange Strom liefern, wie Mikroben in ihrer Umgebung Nahrung finden. Die ersten Daten deuten auf einen Erfolg hin: 30 Tage liefen Prototypen unter Wasser, eine größere Erprobung mit zehn Brennstoffzellen startet in den nächsten Tagen. Doch das Konzept hat seine Eigenheiten.
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Wie eine Mikroben-Brennstoffzelle Strom erzeugt
Bakterien atmen, fressen und produzieren Stoffwechselabfälle. Dabei wandern Elektronen. Diese biochemischen Vorgänge nutzt eine Mikroben-Brennstoffzelle (englisch: Microbial Fuel Cell, MFC), in der breiten Berichterstattung oft „Mikroben-Batterie“ genannt.
Streng genommen speichert sie keine Energie wie ein Akku, sondern wandelt sie kontinuierlich um: Solange die Mikroben Nahrung haben, produzieren sie Strom. Denn bestimmte Bakterien übertragen bei der Zersetzung organischer Substanz Elektronen auf eine Elektrode, statt sie etwa an Sauerstoff in der Umgebung abzugeben. Sitzt diese Anode in einem geschlossenen Stromkreis mit einer Kathode, fließt Strom.
Das Prinzip ist bekannt: Auch Zitteraale zeigen, dass Lebewesen elektrische Energie nutzbar machen können. Forschende wollen dieses biologische Prinzip schon seit Jahren technisch reproduzieren. Klassische Anwendungen für MFCs finden sich dabei vor allem in Kläranlagen, wo organisch belastetes Abwasser reichlich Nahrung für die Bakterien bietet.
Das Meer ist eine ganz andere Welt. Gelöste organische Substanz ist hier viel knapper als in der Kläranlage, der Sauerstoffgehalt im Oberflächenwasser dagegen hoch – und Sauerstoff stört den Elektronenfluss. Das erschwert den Schritt von der Anwendung im Klärwerk ins Meer.
Das DARPA-Programm BLUE
Für die Forschungsagentur des US-Militärs DARPA ist diese Hürde der Reiz. Im Programm „BioLogical Undersea Energy“ (BLUE) finanziert DARPA Forschungsprojekte, die Stromquellen für maritime Sensorik entwickeln sollen. Der Hintergrund: Unterwassersensoren – ob für die Marineverteidigung, die ökologische Überwachung oder akustische Netzwerke zur Schiffsbeobachtung – brauchen Strom. Heute kommt der überwiegend aus Batterien, die regelmäßig per Tauchboot oder Bergungsoperation getauscht werden müssen. Das ist teuer und logistisch aufwendig.
Das Forschungskonsortium um die Michigan Technological University umfasst 28 Forschende an vier Universitäten. Geleitet wird es von Amy Marcarelli, Professorin für Biologie an der Michigan Tech. „Es gibt immer mehr Sensoren im Meer – für ökologische Beobachtung, Tierwanderungen und akustische Überwachung mit Bezug zur Marineverteidigung“, erklärt sie die Anwendungslogik in einer Mitteilung der Michigan Tech. Die Idee: Sensoren, die ein Jahr und länger autark unter Wasser arbeiten.
Welche Rolle Aktivkohle dabei spielt
Der Clou des Michigan-Tech-Systems steckt in einem Material, das man aus dem Wasserfilter im Haushalt kennt: granulierte Aktivkohle (englisch: granulated activated carbon, kurz GAC). In den röhrenförmigen Brennstoffzellen erfüllt sie zwei Aufgaben.
- Erstens dient sie als Besiedlungsfläche für die Bakterien. Auf den porösen Kohlenstoffkörnern können sich Biofilme ausbilden, stabile Mikrobengemeinschaften, die organische Substanz abbauen und dabei Elektronen freisetzen. Die hohe Oberfläche der Aktivkohle erlaubt es, viel mehr Bakterienmasse auf engem Raum unterzubringen, als es eine glatte Elektrode könnte.
- Zweitens wirkt die Aktivkohle wie ein elektrischer Kondensator. Wenn die Pumpen frisches Meerwasser durch die Zelle drücken, sammelt sich kurzzeitig viel organische Substanz an. Die Bakterien produzieren dann einen Stromschub, der ohne Zwischenspeicher gleich wieder einbräche. Die Aktivkohle nimmt diesen Überschuss an Elektronen auf und gibt ihn anschließend kontrolliert wieder ab. Das glättet das sonst sägezahnartige Stromsignal und macht den Output für Sensoren nutzbar.
Im Kern bedeutet das Design: Solange das Meer organisches Material vorbeispült, läuft die Zelle. Anders als ein Akku, der irgendwann leer ist, trägt eine Mikroben-Brennstoffzelle ihre Energiequelle dauerhaft um sich herum.
Warum die Forschenden auf Pumpen umschwenken mussten
Ursprünglich wollte das Team die Strömung des Wassers selbst nutzen, um Frischwasser durch die Zellen zu treiben. Gezeiten, Wellen, Strömungen – alles ist gratis verfügbar, alles ohne zusätzliche Pumpen. Im Wellentank der Michigan Tech stellte sich aber heraus, dass der Wasseraustausch zu unregelmäßig ist. Die Bakterien verhungern in den Ruhephasen.
Die neue Generation arbeitet deshalb mit elektrisch betriebenen Pumpen. Sie verbrauchen einen Teil des Stroms, den die Zelle selbst produziert. Im November 2025 begann der erste Tauchtest in der Chesapeake Bay, 30 Tage hintereinander lieferten Prototypen messbaren Strom.
Was mit der zweiten Generation anders wird
Die ersten Prototypen waren unhandlich: ein 30-l-Tank für die Brennstoffzelle, daneben ein 15-l-Behälter für die Elektronik. Für reale Einsätze war das zu groß und zu starr. Die nächste Generation – derzeit in Erprobung – ist deutlich kompakter und modular aufgebaut: Eine Brennstoffzelle von rund einem Meter Länge wird mit einer kürzeren Steuerröhre kombiniert. Mehrere Module lassen sich stapeln, jede Einheit hat eigene Pumpe und Steuerplatine. Eine fertige Einheit wiegt knapp 230 kg und arbeitet in 9 m Tiefe.
Im Wattenmeer der Galveston Bay testete das Team vier dieser modularen Einheiten. Drei lieferten laut den Forschern Strom, eine fiel aus. In der nächsten Phase will das Konsortium zehn Mikroben-Brennstoffzellen in der Chesapeake Bay platzieren. Das Ziel: zu prüfen, ob das System ganzjährig stabil läuft.
Wieso nur einheimische Bakterien genutzt werden
Was die Michigan Tech in ihrer Mitteilung stets betont: Das Team züchtet ausschließlich Mikroben, die im jeweiligen Gewässer bereits vorkommen. Was aus der Chesapeake Bay stammt, wird auch nur in der Chesapeake Bay eingesetzt – nicht etwa in der Galveston Bay. Damit will das Konsortium ausschließen, dass die Brennstoffzellen ungewollt invasive Arten verbreiten.
Parallel arbeitet das Michigan Tech Research Institute (MTRI) an Vorhersagemodellen. Mit Satellitendaten und Fernerkundung soll sich abschätzen lassen, an welchen Küstenabschnitten der Erde genug organische Substanz im Wasser gelöst ist, damit eine Mikroben-Brennstoffzelle effizient arbeiten kann. „Wir kombinieren Fernerkundungsdaten, Felddaten, Labordaten und echte MFC-Einsatzdaten“, erklärt Michael Sayers, leitender Forscher am MTRI.
Was noch unklar ist
So vielversprechend das Konzept klingt, bleiben doch insbesondere zwei Punkte offen:
- Wie viel Strom liefert eine Zelle?
- Wie schneidet die Mikroben-Brennstoffzelle gegen klassische Lithium-Zellen ab, was Wattstunden und Wartungsaufwand angeht?
Der Vorteil ist klar: Während konventionelle Batterien nach ihrem Einsatz aufwendig zurückgeholt und recycelt werden müssen – ein Markt, in dem auch deutsche Unternehmen vorne mitspielen wollen –, könnte eine Mikroben-Brennstoffzelle im Idealfall am Meeresgrund bleiben. Andere Forschergruppen wollen das Lithium-Problem unter Wasser lösen, indem sie etwa Batterien auf Salzwasserbasis entwickeln, die ohne Lithium auskommen und besonders viele Ladezyklen aushalten.
Die Mikroben-Batterie steht also für eine spezielle Nische: dort, wo Sensoren lange und autark arbeiten sollen und der Aufwand für Batteriewechsel den eigentlichen Sensorbetrieb dominiert. Wenn die zehn MFCs halten, was die ersten Tests versprechen, wäre eines erreicht, das mit klassischen Batterien nicht denkbar ist: Sensoren, die so lange unter Wasser laufen, wie der Ozean sie füttert – und damit faktisch unbegrenzt.
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