Strom aus Bakterien

Zwei Fragen, die ihn besonders interessieren: Was macht die Bakterien auf molekularer Ebene so außergewöhnlich? Und ist es möglich, sie zur Energiegewinnung einzusetzen?

Dass Organismen Elektronen für ihren eigenen Energiehaushalt isolieren und nutzen, ist nicht neu und z. B. aus der Foto­synthese der Pflanzen bekannt. Dass sie aber Elektronen mit ihrer Umgebung austauschen können, hat bis vor Kurzem niemand angenommen. Möglich ist dies unter anderem durch winzige Kabel aus Zellmembranen, sogenannte Nanowires, die mit elektronenleitenden Proteinen besetzt sind. An den Nanowires entlang bewegen sich die Elektronen im Innern der Bakterien.

Eine Gemeinsamkeit aller bisher entdeckter Elektromikroben: Sie sind fast so alt wie das Leben selbst. Im Frühstadium der Evolution gab es keinen atmosphärischen Sauerstoff, der überschüssige Elek­tronen hätte aufnehmen können. Darum leiteten Mikroorganismen wie die im Meeresboden lebende Shewanella oneidensis überschüssige Elektronen mittels ihrer Membranfortsätze in das eisenreiche Sediment der Umgebung ab.

Dieses Verhalten wollen Forscher nun zur Stromgewinnung nutzen: Mit einer Ladung werden die Bakterien an die Anode eines Stromkreises gelockt und dort mit organischem Material gefüttert. Dann wird der bei der Verdauung entstehende überschüssige Strom abgeerntet. Nach diesem Prinzip könnten in Zukunft etwa Bakterienkraftwerke in menschlichen Abwässern funktionieren.

Eine andere Variante des Bakterienkraftwerks wandelt Elektronen in Biogas um: Bakterien der Art Methanococcus maripaludis vermögen Elektronen aufzunehmen und daraus Wasserstoff herzustellen. Möglich macht das ein bislang unerforschter Proteinkomplex. Gesellt sich CO2 hinzu, stoßen die Bakterien schließlich Methan aus. Laut Spormann, der das Phänomen entdeckt hat, interessieren sich schon jetzt mehrere Energieunternehmen für seine Technologie.

Die neu entdeckten Mikroorganismen sind in der Lage, Elektronen – also Strom – zu speichern. „Und zwar ohne den Energieverlust, den man beim Betreiben von Biogasanlagen oder die elektrochemische Wasserstoffsynthese für ähnliche Systeme hinnehmen muss“, erklärt Spormann. Das eröffnet Anwendungen, in denen Bakterien zu Batterien werden, um etwa Produktionsspitzen bei der Solar- oder Windenergiegewinnung zu puffern. Spormann ist zuversichtlich, mit seinem bakterien­gestützten Ansatz eine zukunftsfähige Biotechnik in der Hand zu haben, die unsere Energiegewinnung und -speicherung entscheidend prägen wird.

Quelle: Heise.de, 25.06.18, http://bit.ly/nex78-strom