Strom aus Meersalat

02.01.2022

Forscher des Technion – Israel Institute of Technology – haben eine neue Methode entwickelt, um auf umweltfreundliche und effiziente Weise elektrischen Strom direkt aus Meeresalgen zu erzeugen.

Die Idee, die dem Technion-Doktoranden Yaniv Schlosberg zum ersten Mal beim Schwimmen am Strand kam, wurde von einem Team von Forschern aus drei Technion-Fakultäten, die Mitglieder des Technion Large Energy Program (GTEP) sind, zusammen mit einem Forscher des Technion verwirklicht Israelisches Institut für Ozeanographie und Limnologie in Haifa (IOLR). ).

Bekanntermaßen führt die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Emission von Treibhausgasen und anderen klimawirksamen Schadstoffen, und auf allen Stufen der Herstellung, des Transports, der Verarbeitung und des Verbrauchs dieser Brennstoffe treten verschiedene Formen der Umweltverschmutzung auf. Die Klimakrise und Umweltprobleme treiben die Forschung und Suche nach alternativen, sauberen und erneuerbaren Energiequellen voran. Eine davon ist die Verwendung lebender Organismen (z. B. Bakterien) als Stromquelle in mikrobiellen Brennstoffzellen (MFC) und BPEC-Biophotovoltaikzellen. Einige Bakterien haben die Fähigkeit, Elektronen zu übertragen, aber sie müssen ständig gefüttert werden, und einige von ihnen sind krankheitserregend.

Eine alternative Stromquelle könnten photosynthetische Bakterien sein, insbesondere Cyanobakterien (auch bekannt als Blaualgen). Cyanobakterien selbst ernähren sich von Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht und sind in den meisten Fällen harmlos – einige von ihnen, wie „Spirulina“, gelten allgemein als „Superfoods“ und werden in großen Mengen angebaut.

Die Forschungsteams der Professoren Noam Adir und Gadi Schuster haben bereits Methoden entwickelt, um mithilfe von Cyanobakterien Strom und Wasserstoff zu erzeugen. Allerdings haben Cyanobakterien auch Nachteile: Sie produzieren im Dunkeln, wenn keine Photosynthese stattfindet, weniger Strom und erhalten weniger Energie als herkömmliche Solarzellen. Daher ist die BPEC-Technologie, obwohl sie umweltfreundlicher ist, kommerziell weniger attraktiv.

In ihrer neuen Arbeit haben Forscher des Technion und des IOLR versucht, dieses Problem mithilfe einer neuen Quelle der Photosynthese – Algen – zu lösen. Die Studie wurde von Prof. Noam Adir und dem Doktoranden Yaniv Schlosberg vom Technion Department of Chemistry und GTEP geleitet. Sie arbeiteten mit anderen Technion-Forschern zusammen: Dr. Tunde Toth (Department of Chemistry), Prof. Gadi Shuster, Dr. David Merii, Nimrod Krupnik und Benjamin Eichenbaum (Department of Biology), Dr. Omer Yehezkeli und Matan Meyrovic (Department of Biotechnology and Food Engineering) und Dr. Alvaro Israel vom IOLR in Haifa. An Israels Mittelmeerküste wachsen viele Arten von Algen natürlich – vor allem Ulva (auch als Meersalat bekannt), der am IOLR zu Forschungszwecken in großen Mengen angebaut wird.

Durch die Entwicklung neuer Wege zur Verbindung von Algen und BPEC haben die Forscher einen Strom erhalten, der 1000-mal stärker ist als der von Cyanobakterien und auf dem Niveau von Standard-Solarzellen liegt. Professor Adir stellt fest, dass diese Stromstärke auf die hohe Photosyntheserate von Algen und die Fähigkeit zurückzuführen ist, Algen in ihrem natürlichen Meerwasser als Elektrolyt in BPEC zu verwenden. Außerdem erzeugen Algen im Dunkeln einen Strom, der etwa 50 % des Stroms im Licht erzeugt – im Dunkeln ist die Energiequelle die Atmung von Algen, bei denen der bei der Photosynthese gewonnene Zucker zur Ernährung verwendet wird. Wie bei Cyanobakterien werden keine zusätzlichen Chemikalien benötigt, um den Strom zu erzeugen. "Meersalat" setzt Zwischenmoleküle frei, um Elektronen zur BPEC-Elektrode zu transportieren und so einen elektrischen Strom zu erzeugen.

Auf fossilen Brennstoffen basierende Energieerzeugungstechnologien werden als „COXNUMX-positiv“ bezeichnet. Das bedeutet, dass bei der Verbrennung von Kraftstoff Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt wird. Solarzellentechnologien sind als „kohlenstoffneutral“ bekannt und wenn sie Energie aus der Sonne gewinnen, wird kein neuer Kohlenstoff wirklich in die Atmosphäre freigesetzt. Die Produktion von Solarzellen und deren Transport zum Einsatzort ist jedoch um ein Vielfaches COXNUMX-positiver. Die neue Bioelektrizitätstechnologie, die am Technion entwickelt wurde, ist wirklich „kohlenstoffnegativ“ – Algen wachsen, indem sie tagsüber atmosphärischen Kohlenstoff absorbieren und Sauerstoff freisetzen, und nur nachts setzen sie beim Atmen Kohlenstoff frei. Gleichzeitig werden Algen bereits massenhaft für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie angebaut.

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