Sensoren beziehen Strom aus der Pilzbatterie: Einsatz beim Umweltschutz und in der Landwirtschaft
Mit einer mikrobiellen Brennstoffzelle, die aus zwei auf besondere Art miteinander verbundenen Pilzarten besteht, wollen Forscher den Eidgenössischen Materialprüfungs- und -forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf nutzen, um Sensoren zur Umweltüberwachung und in der Landwirtschaft für eine begrenzte Zeit mit Strom zu versorgen. Nach einigen Tagen stellt diese lebende Batterie ihren Betrieb ein und wird natürlich abgebaut, ohne Gefahr für die Umwelt, denn sie enthält keinerlei Schadstoffe. Bisher wurden mikrobielle Brennstoffzellen mit Bakterien realisiert. „Wir haben erstmals zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert“, sagt die Mikrobiologin Carolina Reyes.
Einer produziert Elektronen, der andere fängt sie ein
Die beiden Pilzarten produzieren durch ihren Stoffwechsel unterschiedliche Enzyme und Abbauprodukte. Auf der Anodenseite befindet sich ein Hefepilz, der Elektronen freisetzt. Die Kathode besteht aus Weissfäulepilzen, den Samtigen Trameten. Diese produzieren ein Enzym, mit dem sich die Elektronen aus dem Hefepilzmetabolismus einfangen lassen, um als elektrischer Strom zum Verbraucher geleitet zu werden.
Pilze müssen die Druckprozedur überleben
Die Batterie wird durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt. Dabei werden die beiden Pilze mit der „Tinte“ des Druckers vermischt. „Es ist anspruchsvoll genug, ein Material zu finden, in dem die Pilze gut wachsen“, sagt Gustav Nyström, Leiter des Cellulose and Wood Materials Labors. „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.“
Zucker für den ersten Hunger
Eine Tinte auf Zellulosebasis erfüllte die Ansprüche des Teams – und natürlich der Pilze. Die Tinte dient zusätzlich als Nährstoffquelle für den Pilz. Damit die Batterie sich nicht zu schnell biologisch abbaut, fügten die Forscher noch Zuckermoleküle hinzu. Diese verspeisen die Pilze als erstes. Danach werde die Tinte verstoffwechselt. Die gedruckte Batterie umhüllten die Forscher mit Bienenwachs gehüllt und statten sie mit zwei Kupferkontakten aus.
In diesem Zustand lässt sich die Batterie über längere Zeit lagern, ohne dass sie sich entlädt. Sie beginnt erst mit der Stromproduktion, wenn sie angefeuchtet und mit zusätzlichen Nährstoffen versorgt wird.
