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CHEMIE PLUS 3-2012
und ganze Mikroorganismen, die den Vorteil haben, sich selbstständig zu vermehren. Zusammen mit dem Mikrobiologen Johannes Gescher, bis vor Kurzem noch Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Mikrobiologie der Universität Freiburg, nun Professor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), hatte Kerzenmacher 2009 beim Ideenwettbewerb Bioenergie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) mitgemacht. Für die Realisierung ihrer Idee EmBBark (hocheffiziente mikrobielle Brennstoffzellen auf Basis regenerativer Kohlenstoffquellen) wurden den beiden Nachwuchswissen-
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schaftlern über fünf Jahre insgesamt 1,3 Mio. Euro Fördermittel zugesagt. Ihr Ziel sind mikrobielle Brennstoffzellen, in denen Bioabfälle, zum Beispiel aus der Zuckerindustrie, oder auch kommunale Abwässer, reich an organischen Komponenten, oxidiert werden. Derzeit laufen die Vorbereitungen, u. a. muss die modular aufgebaute Messtechnik aus der Glukosebrennstoffzellenforschung adaptiert werden. Diesmal kommen preiswerte Aktivkohle-Elektroden zum Einsatz, auf der Anode sollen geeignete Mikroorganismen angesiedelt werden, die es zuvor auszuwählen gilt. Die Gruppe von
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Johannes Gescher erforscht am KTI exoelektrogene Bakterien – in Sedimenten lebende Geobacter-Spezies und ShewanellaMarinebakterien – die ihre Energie aus der Oxidation organischer Verbindungen beziehen und die dabei frei werdenden Atmungselektronen statt auf Sauerstoff auf zellexterne Substrate wie Eisenverbindungen übertragen können (dissimilatorische Metallreduktion). Die dieser Fähigkeit zugrundeliegenden Mechanismen sind derzeit Gegenstand intensiver Untersuchungen. 2005 waren zum Beispiel bis dahin unbekannte elektrisch leitende Proteinfäden entdeckt worden, die den Bakterien möglicherweise dazu dienen, entfernte Eisenverbindungen zu erreichen. «Der Einsatz exoelektrogener Bakterien, von denen einige ihre Atmungselektronen auch auf Kohlenstoff übertragen können, ermöglicht es, die mikrobielle Energiegewinnung an die Produktion von Strom zu koppeln. Die Bakterien könnten auf der Anode Biofilme bilden und die Elektronen direkt an die Elektrode abgeben», erklärt Kerzenmacher.
Bakterien produzieren Strom aus Brauereiabwässern
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Was den Bau eines Prototyps angeht, ist er zuversichtlich, schon in drei Jahren soweit zu sein und verweist auf eine ähnlich geartete Pilotanlage der australischen Bierbrauerei Foster’s in Yatala/Queensland, die in Zusammenarbeit mit Forschern der University of Queensland entwickelt wurde und 2007 als «Bier-Batterie» für Schlagzeilen sorgte. Die Bakterien bauen in den Brauereiabwässern Alkohol, Stärke, Zucker und andere organische Verbindungen ab, dabei entstehen Elektrizität, Wasser und Kohlendioxid. Für diejenigen, die sich aus erster Hand über Neuigkeiten auf dem Trendforschungsgebiet Mikrobielle Brennstoffzellen informieren möchten: Die gut vernetzte Szene tauscht sich regelmässig bei der International Microbial Fuel Cell Conference aus (http://www.microbialfuelcell.org). ■