Abstrakt

Mikrobielle Brennstoffzellen – Segen oder Fluch

Priyanka Behera

Mikrobielle Brennstoffzellen verwenden Abfallkohlenhydrate als Brennstoff. Sie haben die Eigenschaft, keinen Katalysator oder Protonenaustauschmembran zu verwenden und sind daher umweltfreundlich bei der Abfallbehandlung. Biologische Brennstoffzellen wandeln chemische Energie direkt in elektrische Energie um. Sie sind leicht, weil sie unter sehr milden Bedingungen wie Umgebungstemperatur, Druck und kostengünstigen Katalysatoren, d. h. Mikroorganismen oder Enzymen, arbeiten. Die Zelle verwendet Gülleschlamm im Anodenraum und wässrige Salzlösungen, die gelösten Sauerstoff enthalten. Die Position von Anode und Kathode beeinflusst die Leistungsleistung der Brennstoffzelle stark. Es gibt zwei Arten von mikrobiellen Brennstoffzellen, nämlich mediatisierte Brennstoffzellen und mediatorlose Brennstoffzellen. Die mit der Zelle erreichte maximale Leistungsdichte betrug 4,21 W/m². Forscher haben auch von einer mediatisierten Brennstoffzelle berichtet, die Joghurtbakterien und Methylenblau als Mediator verwendet. Es wird eine maximale Leistungsdichte von über 13 W/m² erzeugt. Angereicherte anodische Biofilme haben Leistungsdichten von bis zu 6,9 W/m² erzeugt. Ein Nachteil der Redoxenzyme in MFCs besteht darin, dass sie nicht am direkten Elektronentransfer mit leitenden Trägern teilnehmen können. Deshalb werden Mediator für die elektrische Verbindung des Biokatalysators und der Elektrode verwendet. Es werden verschiedene Methoden genutzt, um die Elektrodenoberfläche mit Schichten aus Redoxenzymen, Elektrokatalysatoren und Biokatalysatoren zu funktionalisieren, die die elektrochemische Umwandlung an der Elektrodenschnittstelle fördern. Mikroorganismen, die einen Mediator benötigen, haben keine elektrochemisch aktiven Oberflächenproteine, um Elektronen auf die Anodenelektrode zu übertragen. MFCs, die keinen Mediator verwenden, benötigen für ihre Funktion etwas mehr Kohlenhydrate. Für diese Art von mediatorlosen Brennstoffzellen werden hauptsächlich metallreduzierende Bakterien wie die Familie Geobacteraceae und die Gattung Shewanella verwendet.