Wie klingt eine Batterie, die günstig, wieder aufladbar und biologisch abbaubar ist?
Eine Batterie mit einer hohen Energiedichte, die ohne Lithium auskommt und stattdessen eine Quelle nutzt, die sprichwörtlich auf Bäumen wächst?
Forscher von der Virginia Tech haben die erste Batterie auf Zuckerbasis gebaut!
Zhiguang Zhu und sein Professor Y.H. Percival Zhang vom “biological systems engineering in the College of Agriculture and Life Sciences and the College of Engineering at Virginia Tech” präsentieren ihre Biobatterie. [1]
Flugzeuge schauen sich Federspitzen an, Schwimmanzüge imitieren Haihaut, Nanotechniker nutzen selbstorganisierte Prozesse. Damit ist der Ansatz für die genannte Idee eigentlich nur logisch, sich Zucker und Enzyme als neue Energiespeicher von der Natur abzugucken.
Maltodextrin besteht aus der Aneinanderkettung von Glukose-Molekülen
Die Idee an sich, Zucker für die Erzeugung von elektrischer Energie zu verwenden, ist zwar nicht neu, aber einen Mechanismus zu entwickeln, der mit modernen Akkus mithalten kann, ist überaus komplex. Die Forscher verwenden eine Auswahl von 13 verschiedenen aeroben Enzymen, die in ausgeklügelten Kaskaden die Moleküle gleichmäßig zerlegen und so eine kontinuierlichen Stromfluss erzeugen können. So können sie einem einzelnen Glukose-Molekül bis zu 24 Elektronen “entziehen”.
Als Grundzutat werden Glukose-Ketten, hier das Maltodextrin, verwendet. Maltodextrin (oder auch Maltrin) ist ein Polysaccharid (Mehrfachzucker, modifizierte Stärke), dass als Verdickungsmittel bekannt ist. Man findet es auch in Sportler- und Ergänzungsnahrung, da es zwar kalorisch aber kaum süß ist.
Vergleich der Energiedichte verschiedener Typen. Dunkelblau: 15% Maltodextrin EFC (Enzymatic Fuel Cell). [1]
Die Vorteile dieser Technik liegen auf der Hand:
die Enzyme sind sehr leicht zu synthetisieren, Zucker findet man praktisch überall und der Hauptabfallstoffe ist Wasser.
[2] Modell der enzymatische Energiezelle.
lila: Enzyme, ‘CNT’: Carbon Nanotubes.
Auf den ersten Blick wirkt der Reaktor wie jede andere Brennstoffzelle, nur dass Enzyme die Arbeit machen und das Auffüllen wesentlich leichter funktioniert als z.B. bei einer Wasserstoff betriebenen Zelle.
Der Autor des Papers ist mit den Gedanken schon einen Schritt weiter. Wenn in drei Jahren (wie der Autor schätzt) der Prototyp ausgereift ist, dann könnte diese Technik weiterentwickelt werden, um damit z.B. Herzschrittmacher auszustatten. Diese könnten sich dann direkt an Ort und Stelle selbst wieder aufladen, in dem sie den vorhandenen Zucker nutzen.
Ich gehe nicht davon aus, dass diese Technik den Li-Ionen Akkus Konkurrenz machen
oder sie gar ersetzen könnte, aber selbst wenn nur ein kleiner Bereich in der
Elektronik ressourcenschonend ausgestattet werden könnte,
wäre dies ein Schritt in die richtige Richtung.
Nachtrag:
Wenn man diesen Akku mit der Idee der Open Source Hardware für Handys und dem 3D-Scanner kombiniert, könnte ein interessantes Gerät dabei herauskommen. Mal schauen, was ich da sonst noch finde ^^
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Quelle:
Zhu Z et al. (2014). A high-energy-density sugar biobattery based on a synthetic enzymatic pathway Nature Communications, 5 DOI: 10.1038/ncomms4026
Fotos verlinkt von:
[1] VirginaTech: Environmentally friendly, energy-dense sugar battery developed to power the world’s gadgets
[2] Extremetech.com: Sugar-powered biobattery has 10 times the energy storage of lithium: Your smartphone might soon run on enzymes
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