(Dübendorf / Schweiz) – Pilze als Stromlieferant? Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben jüngst eine „Pilzbatterie“ entwickelt, genauer: eine „mikrobielle Brennstoffzelle“ – ungiftig und biologisch abbaubar. „Viel Strom produzieren die lebenden Zellen nicht“, so die Forscher, aber immerhin genug, um damit beispielsweise einen Temperatursensor für die Landwirtschaft oder in der Umweltforschung in abgelegenen Regionen über einige Tage zu betreiben.
Empa-Forscher Gustav Nyström mit der Pilzbatterie, die von einer Bienenwachskapsel umschlossen ist. © Empa
Lebewesen wandeln Nährstoffe in Energie um – so auch Mikroorganismen. „Mikrobielle Brennstoffzellen“ machten sich nach Angaben des Empa-Labors „Cellulose and Wood Materials“ diesen Stoffwechsel zunutze und greifen einen Teil der Energie als Strom ab. „Bisher wurden sie meist mit Bakterien betrieben. Wir haben erstmals zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert“, sagt Empa-Forscherin Carolina Reyes. Die Stoffwechsel der Pilze – näher mit Tieren als mit Pflanzen verwandt – ergänzten sich: „Auf der Anodenseite befindet sich ein Hefepilz, dessen Metabolismus Elektronen freisetzt.“ Die Kathode sei von dem Weißfäulepilz „Samtige Tramete“ besiedelt. „Dieser produziere ein besonderes Enzym, dank dem die Elektronen eingefangen und aus der Zelle geleitet werden könnten.“
Empa-Forscherin Carolina Reyes: „Wir haben zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert.“ © Empa
Die Komponenten der Pilzbatterie stelle man mittels 3D-Druck her. Die Pilze würden also „nicht in die Batterie gepflanzt“, sondern seien „von Anfang an ein integraler Bestandteil der Zelle“. Das erlaube es den Forschern, die Elektroden so zu strukturieren, dass die Mikroorganismen möglichst einfach an die Nährstoffe kämen. Dafür würden die Pilzzellen unter die Drucktinte gemischt. „Es ist anspruchsvoll genug, ein Material zu finden, in dem die Pilze gut wachsen“, sagt Laborleiter Gustav Nyström. „Die Tinte muss sich dann aber auch gut extrudieren lassen, ohne dass die Pilzzellen dabei sterben – und natürlich sollte sie noch elektrisch leitfähig und biologisch abbaubar sein.“ Die Wissenschaftler haben nun eigenen Angaben zufolge eine passende Tinte auf Basis von Cellulose hergestellt. Die Pilzzellen könnten die Cellulose sogar als Nährstoffquelle nutzen und helfen, die Zelle nach ihrem Einsatz abzubauen. „Ihre bevorzugte Nahrung besteht allerdings aus einfachen Zuckermolekülen. Man kann die Pilzbatterien in einem getrockneten Zustand aufbewahren und am Einsatzort einfach durch die Zugabe von Wasser und Nährstoffen aktivieren“, sagt Reyes.
Das dreijährige Forschungsprojekt vereint Mikrobiologie, Materialwissenschaft und Elektrotechnik und wurde im Rahmen des Förderprogramms „Microbials“ von der Schweizer Gebert Rüf Stiftung unterstützt. Nächstes Ziel: die Pilzbatterie leistungsfähiger und langlebiger machen – und weitere Pilzarten suchen, die sich als Stromlieferanten eignen.
Die wissenschaftliche Publikation gibt es auf Englisch als PDF.
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Pilzelektrode aus dem 3D-Drucker. © Empa
