Bio und Solar: Energie aus Bakterien und Sonne

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Bio-Sozarzellen
Bio-Sozarzellen

Eine der Hauptkritikpunkte an der Solarenergie bleibt wohl, dass insbesondere die Herstellung der Zellen lange nicht so sauber ist, wie die damit produzierte Energie. Sogenanntes Solarsilizium, eine gereinigte Form des Rohsiliziums, bleibt ein endlicher Rohstoff, dessen Abbau schwierig ist und teilweise unter unmenschlichen Bedingungen erfolgt. Regelungen und Vorschriften, die insbesondere letzeren Punkt verbessern sollen, ändern nichts daran, dass zur Herstellung und zum Transport polykristallinen Siliziums sehr viel Energie aufgebracht werden muss, die auch ihren Teil an den zunehmenden Treibhausgasen hat. Entsprechend hoch ist das wissenschaftliche und wirtschaftliche Interesse an alternativen Basiselementen, die für Solarmodule eingesetzt werden können. Nun haben Forscher der Binghamton University erstmals erfolgreich ein Bio-Solarpaneel gebaut, dessen Funktionsweise auf Bakterien basiert.

Wer Bakterien und Energie in einem Satz hört, denkt wahrscheinlich erst einmal an Biogasanalagen, in denen Bakterien helfen organische Abfälle in Energie umzuwandeln. Dafür wird allerdings immer neuer biologischer Abfall benötigt. Bei der Bio-Solarzelle hingegen verläuft der Prozess, bei dem Bakterien aus Sonnenstrahlen Energie gewinnen, völlig autark. Diese Art der Energiegewinnung stellt damit eine natürliche und nachhaltige Alternative zur Silizium-Solarzelle dar. Die Herausforderung, die Zellen zu einem funktionierenden Panel mit einem konstanten Energiefluss zusammenzuschließen, haben die Forscher nun gemeistert.

Eine weitere Herausforderung ist die Energieproduktion selbst. Zwar konnten so bisher 5,59 Mikrowatt erzeugt werden, was im Vergleich zu den klassischen Solarpanels extrem wenig erscheinen mag. Doch befindet sich die Wissenschaft der Bio-Solarpaneele noch in den Kinderschuhen, was für die Zukunft noch größere Sprünge hinsichtlich der Menge des produzierten Stroms erwarten lässt. Der Wissenschaftler Seokheun “Sean” Choi arbeitet aktuell an einer Weiterentwicklung, die deutlich effektiver sein könnte, als die aktuell eingesetzte Technologie. Die Zellen arbeiten selbst im Dunklen und sind autark.

Das Besondere an der Entwicklung der neuen Bio-Solarzelle ist ein die Flüssigkeit, in der die Bakterien schwimmen. In älteren Modellen wurde ein dünner Goldstreifen oder Indium-Zinnoxid als Anode zwischen die Bakterien und die Luftkathode gesetzt. Dies war nicht sehr effizient und sorgte zum Teil für ein Absterben der Bakterien, da diese nicht genügen Luft bekamen. Choi setzt eine Karbon-Anode ein, die in die bakterienhaltige Flüssigkeit getaucht wird, wodurch eine Luftzufuhr erhalten bleibt, sodass die Zelle autark arbeiten kann und die Effektivität gesteigert wird. Gleichzeitig nutzt die Zelle die natürliche Pflanzenatmung, um Energie aus dem Zucker der Zellen zu ziehen, sodass selbst bei geringem Lichteinfall Energie produziert wird.

Das Erstaunliche ist, dass dieser wissenschaftliche Erfolg weniger aus Wissen, als aus Tests in der Praxis heraus entstanden zu sein scheint. So gibt Choi zu, nicht sagen zu könne, warum die von ihm eingesetzte Form des Cyanobakteriums besser arbeitet als andere oder warum die Kombination von Cyanobakterien und heterotrophen Bakterien sogar noch besser funktioniert, als nur eine Art alleine. Er hätte das letzte Mal Biologie in der High-School gehabt: „Ich habe keine Ahnung von Mikrobiologie. Ich habe die Bakterien gekauft und habe einfach die Instruktionen befolgt um sie zu kultivieren.“ Es gibt Millionen verschiedener Bakterien und der Wissenschaftler hat sich vorgenommen noch weiter zu erforschen, welche von ihnen in Solarzellen am produktivsten sind. Dafür möchte er gerne zukünftig mit Bioingenieuren zusammenarbeiten.

„Diese Forschungsarbeit könnte zu bahnbrechenden Fortschritten bei Bio-Solarzellen führen, die für eine höhere und sich selbsterhaltende Energieproduktion sorgen, was es wiederum ermöglichen würde, die Bio-Solarzellen nicht nur im Labor zu testen, sondern die Technik auch für tatsächliche Anwendungen in der realen Welt zu nutzen“, verdeutlichen die Forscher ihre Ergebnisse und Ziele.

Quellen:
http://discovere.binghamton.edu/news/biosolar-5986.html
http://www.trendsderzukunft.de/bio-solarpanel-bakterien-verwandeln-sonnenstrahlung-in-elektrische-energie/2016/04/13/
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-04/bu-rgc041116.php

 

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