Robert Klatt
Eine biologische Energiezelle mit Bakterien versorgt einen Computer seit langer Zeit mit Strom.
Cambridge (England). Wissenschaftler der University of Cambridge haben gemeinsam mit dem Unternehmen ARM untersucht, ob man einen Computer mit Licht und Wasser mit Energie versorgen kann. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Energy & Environmental Science entwickelten sie dazu eine biologische Energiezelle mit dem Volumen einer konventionellen AA-Batterie, in der Synechocystis, eine Gattung einzelliger Cyanobakterien, leben. Die Organismen ernähren sich ausschließlich per Photosynthese und erzeugen keine toxischen Ausscheidungen.
Bei der Photosynthese entsteht niedrige elektrische, die in der biologischen Energiezelle mit Aluminiumelektroden eingefangen wurde. Im Rahmen des Experiments konnte so ein ARM-Cortex-M0+-Prozessor seit nunmehr über einem Jahr mit ausreichend Strom versorgt werden. Es handelt sich dabei um einen sehr sparsamen 32-Bit-Prozessor, der hauptsächlich in sogenannten Embedded Systems verbaut wird. Das sind zum Beispiel Steuerungseinheiten für die Industrie, aber auch Internet-of-Things (IoT) Hardware für Privathaushalte.
Das Experiment wurde in einer „häuslichen Semi-Outdoor-Umgebung“ durchgeführt, in der übliche Temperaturschwankungen auftraten und natürliches Licht für die Photosynthese zur Verfügung stand. Eine künstliche Beleuchtung gab es nicht. Trotzdem erzeugten die Algen auch in der Nacht Strom. Dies liegt laut der Forscher wahrscheinlich daran, dass am Tag genügend Nahrung per Photosynthese erzeugt wurde, deren Verarbeitung dann in der Dunkelweit weiterlief. Der Computer konnte also durch die biologische Energiezelle permanent mit Strom versorgt werden.
„Wir waren erstaunt, wie konsistent das System über lange Zeit funktioniert. Wir dachten, es würde nach ein paar Wochen aufhören zu funktionieren, aber es lief einfach weiter“, so Paolo Bombelli.
Zur Herstellung der biologischen Energiezelle nutzten die Wissenschaftler ausschließlich günstige und gut recycelbare Materialien. Die biologische „Batterie“ könnte also in industriellen Mengen produziert werden. Denkbar ist vor allem der Einsatz in Sensoren und anderen Geräten mit geringer Leistungsaufnahme. Die biologische Energiezelle könnte hier Akkus ersetzen und somit eine umweltfreundliche Alternative darstellen.
Energy & Environmental Science, doi: 10.1039/D2EE00233G
