„Es mag auf den ersten Blick vielleicht etwas seltsam erscheinen, eine Zutat, die sich ansonsten in Cupcakes und Keksen wiederfindet, als Energiequelle zu nutzen“, erklärt Projektleiter Percival Zhang, Associate Professor am Department of Biological Systems Engineering der Virginia Tech und wissenschaftlicher Leiter von Cell-Free BioInnovations. Bei näherer Betrachtung mache dieser Ansatz aber Sinn. „Die meisten lebenden Zellen spalten Zucker auf, um Energie zu produzieren. Und interessanterweise ist die Energiedichte, die dabei erzielt werden kann, sogar deutlich höher als bei Lithium-Ionen-Batterien“, betont der Forscher.
Revolutionäre Technologie
Laut Zhang erreicht die neuartige Bio-Batterie auf Zuckerbasis eine Energiedichte von rund 596 Amperestunden pro Kilogramm. Zum Vergleich: Die Lithium-Ionen-Variante schafft es gerade einmal auf 42 Amperestunden pro Kilogramm. Die revolutionäre neue Technologie sei zudem auch noch wesentlich billiger in der Herstellung, wieder aufladbar, umweltfreundlich und nicht entzündbar.
„Unsere von der Natur inspirierte Bio-Batterie ist eine Art enzymatische Brennstoffzelle, ein elektro-biochemisches Gerät, das chemische Energie aus Brennstoffen wie Speisestärke oder Glykogen gewinnen und in Elektrizität umwandeln kann“, erläutert Zhang die grundlegende Funktionsweise. Um sie herzustellen, haben der Forscher und sein Team eine komplizierte Leitungsbahn entwickelt, die insgesamt 13 verschiedene Enzyme einsetzt. Diese regen nach der Reihe spezielle chemische Prozesse an, die letzten Endes dazu führen, dass die Glukose-Moleküle des Zuckers in Elektronen umgewandelt werden. „Aus einem Glukose-Molekül entstehen 24 Elektronen“, schildert Zhang.
Mit verrückten Ideen zum Ziel
Wenn es um alternative Energiequellen geht, ist Forschern offenbar keine Idee zu verrückt. Ende 2013 hatten etwa Materialforscher der Carnegie Mellon University mit dem Konzept einer Bio-Batterie für Aufsehen gesorgt, die auf dem Hautpigmentstoff Melanin basiert. Das Projekt der Zucker-Version, das übrigens auch von der US National Science Foundation gefördert wird, befindet sich aber noch in einem frühen Experimentierstadium. „Wir werden weiter daran arbeiten, die Lebensdauer und die Energiedichte zu erhöhen und die Kosten zu senken“, so Zhang.
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