Batterien ohne Lithium und seltene Erden – so etwas würde die Akkutechnik weit umweltschonender machen. Ein Weg dorthin sind "Bio-Akkus". Sie imitieren die Art und Weise, wie ganz normale Zellen Energie gewinnen. Meist geschieht dies durch den Abbau von Glukose. Wenn der Zucker von Enzymen zerlegt wird, werden dabei auch Elektronen freigesetzt. Seokheun Choi, Professor am Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Sciences der Universität Binghamton, hat herausgefunden, dass die Interaktion von Bakterien genügend Energie erzeugen kann, um Geräte damit zu betreiben.
Wochenlanger Betrieb
Bisher hat sein Team zwei Bakterien genutzt, um die Energie für Biobatterien zu erzeugen. Das Problem: Diese Batterien hatten eine auf wenige Stunden begrenzte Lebensdauer. In einer neuen Version wurden nun drei Bakterien verwendet. Alle drei Bakterien arbeiten nacheinander in getrennten Kammern. "Ein fotosynthetisches Bakterium erzeugt organische Nahrung, die als Nährstoff für die anderen, darunter liegenden Bakterienzellen verwendet wird. Unten befindet sich das stromproduzierende Bakterium, das mittlere Bakterium erzeugt einige Chemikalien, um den Elektronentransfer zu verbessern", so Choi. Diese Variante liefert nun wochenlang Strom.
Autonome Kleingeräte
Die drei Zellen sind in einem Quadrat mit drei Zentimetern Kantenlänge und etwa einem Zentimeter Höhe untergebracht, der sogenannte Energy Harvester. Die Würfel lassen sich beliebig skalieren, wie Legosteine können sie so miteinander verbunden werden, bis sie sie die erwünschte Spannung und Stromstärke liefern. Das Einsatzgebiet der Bio-Batterien sollen kleine, smarte Geräte oder Roboter sein, die selbstständig in Gegenden ohne Stromversorgung operieren. Im "Internet der Dinge" werden drahtlose Sensornetzwerke aufgebaut, die in abgelegenen und schwierigen Umgebungen eingesetzt werden. Diese Sensoren müssen ohne Stromnetz auskommen und auch ohne regelmäßigen Wechsel eines leeren Akkus.
"Dank künstlicher Intelligenz werden wir eine enorme Anzahl intelligenter, eigenständiger, immer aktiver Geräte auf sehr kleinen Plattformen haben. Wie versorgt man diese miniaturisierten Geräte mit Strom? Die anspruchsvollsten Anwendungen werden die Geräte sein, die in unbeaufsichtigten Umgebungen eingesetzt werden. Wir können nicht dorthin gehen, um die Batterien auszutauschen, also brauchen wir diese miniaturisierten Energy Harvester." Nächster Schritt ist die Entwicklung von sich selbst heilenden Modulen, die eigenständig Beschädigungen reparieren können. Das Langzeitziel ist eine extreme Verkleinerung der Technik. "Wir nennen das 'intelligenten Staub', und ein paar Bakterienzellen können Energie darin erzeugen. Wir können ihn überall dort verstreuen, wo wir ihn brauchen."
Die Betonung der Technik liegt auf "klein". Die Fotosynthese der ersten Bakterienschicht liefert den Energieeintrag, der hohe Energiebedarf eines E-Autos wird sich so nicht decken lassen.
Quelle: Binghamton
