2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Schema und Foto einer neu erstellten tragbaren mikrobiellen Brennstoffzelle.
Eine Gruppe britischer Ingenieure an der University of the West of England (Bristol) entwickelte die ersten tragbaren mikrobiellen Brennstoffzellen in Form von Beinwärmern. Sie verwenden menschlichen Urin als Hauptquelle für die Stromerzeugung, und seine Zirkulation im Gerät erfolgt durch mechanischen Druck beim Gehen. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Bioinspiration and Biomimetics veröffentlicht.
Wissenschaftler wurden durch das Gerät des Kreislaufsystems von Fischen inspiriert, ein Brennstoffzellen-Kreislaufsystem zu entwickeln. Sein künstliches Gegenstück besteht aus vielen Plastikröhrchen, durch die Urin zirkuliert. Unten (unter der Ferse) ist jeder Schlauch mit einer mechanischen Pumpe verbunden. Durch Drücken während des Gehens lässt die Person den Urin die aufsteigenden Röhren zu den Brennstoffzellen aufsteigen, die in Knienähe auf einer speziellen Schiene befestigt sind. Nachdem der Urin die Brennstoffzelle passiert hat, fließt er unter dem Einfluss der Schwerkraft und des in der Pumpe erzeugten Drucks durch ein absteigendes Rohr nach unten - wieder unter der Ferse. Alle Tubuli sind mit speziellen Ventilen ausgestattet, die sich unter dem Druck des Urins von unten (oder von oben) öffnen und bei Rückfluss schließen. Zusammen ermöglicht dies eine kontinuierliche Zirkulation des Urins im Gerät, wodurch zwölf Elemente (eines für jedes auf- und absteigende Rohr) Strom erzeugen können.
Die mikrobielle Brennstoffzelle selbst besteht aus drei Teilen: einer anaeroben Anodenkammer, einer ionenselektiven Membran und einer aeroben Kathodenkammer. Die Bakterien in der Anodenkammer bauen Harnstoff ab, setzen Kohlendioxid frei und setzen Protonen und Elektronen frei. Freie Elektronen werden auf die Anode übertragen. Von dort aus geht es entlang des Vorzimmers zur Kathode. Parallel dazu passieren positiv geladene Wasserstoffprotonen die ionenselektive Membran in Richtung Kathode. In der Kathodenkammer verbinden sie sich mit Sauerstoff und bilden Wasser. Es wird ein elektrischer Strom erzeugt.
Alle 12 Brennstoffzellen konnten bei Spitzenleistung nicht mehr als 110 Mikrowatt Strom erzeugen, aber das reichte aus, um den Funksender zu versorgen, der alle zwei Minuten eine SMS sendet.
Zuvor gelang es derselben Gruppe von Forschern, ein Mobiltelefon mit mikrobiellen Brennstoffzellen aufzuladen, die mit Urin betrieben werden. Derzeit wollen Wissenschaftler ebenso effektive tragbare MFCs entwickeln, die Teil von tragbaren Notfallausrüstungen (Survival Kits) werden und zur Übertragung präziser Koordinaten verwendet werden könnten, beispielsweise von Touristen, die sich im Wald verirren oder in Rettungsbooten schiffbrüchig sind. Die Verwendung von Uringeneratoren für diese Art von Generatoren würde es ihnen ermöglichen, unter extremen Bedingungen eingesetzt zu werden, wenn keine andere Quelle oder Ressource zur Stromerzeugung zur Verfügung steht.
