Pilze aus dem 3D-Drucker
Es handelt sich bei der entwickelten Zelle nicht um eine Batterie, sondern um eine mikrobielle Brennstoffzelle. Diese nutzt den Stoffwechsel von Mikroorganismen, die Nährstoffe in Energie umwandeln, und gewinnt einen Teil dieser Energie als Strom. Bisher wurden solche Zellen meist mit Bakterien betrieben, doch Empa-Forscherin Carolina Reyes hat erstmals zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert. Auf der Anodenseite befindet sich ein Hefepilz, der Elektronen freisetzt, während die Kathode von einem Weißfäulepilz, der Samtigen Tramete, besiedelt ist, welcher ein spezielles Enzym produziert, das die Elektronen einfängt und aus der Zelle leitet.Die Pilze sind von Anfang an integraler Bestandteil der Zelle und werden nicht nachträglich hinzugefügt. Die Komponenten der Pilzbatterie werden durch 3D-Druck hergestellt, was es den Forschern ermöglicht, die Elektroden so zu gestalten, dass die Mikroorganismen optimal an Nährstoffe gelangen können. Das ist einfacher gesagt als getan: "Es ist anspruchsvoll genug, ein Material zu finden, in dem die Pilze gut wachsen", sagt Gustav Nyström, Leiter des "Cellulose and Wood Materials" Labors. "Die Tinte muss sich dann aber auch gut extrudieren lassen, ohne dass die Pilzzellen dabei sterben – und natürlich sollte sie noch elektrisch leitfähig und biologisch abbaubar sein."
Mikrobiologie trifft auf Elektrotechnik
Dank ihrer umfangreichen Erfahrung im 3D-Druck von weichen, biobasierten Materialien konnten die Forschenden eine Cellulose-basierte Tinte entwickeln, die auch von den Pilzzellen als Nährstoffquelle genutzt wird. Diese Zellen tragen dazu bei, die Batterie nach ihrem Einsatz abzubauen. Die Pilze bevorzugen jedoch einfache Zuckermoleküle, die den Batterien zugesetzt werden. Laut Forscherin Carolina Reyes können die Pilzbatterien im getrockneten Zustand aufbewahrt und am Einsatzort durch Zugabe von Wasser und Nährstoffen aktiviert werden.Obwohl die robusten Pilze Trockenphasen überstehen, stellte die Arbeit mit lebenden Materialien einige Herausforderungen dar. Das interdisziplinäre Projekt kombiniert Mikrobiologie, Materialwissenschaft und Elektrotechnik. Reyes musste sich nicht nur Techniken aus der Elektrochemie aneignen, sondern diese auch für die 3D-Drucktinte anpassen.
Die Forschenden planen nun, die Leistung und Lebensdauer der Pilzbatterie zu verbessern und weitere geeignete Pilzarten als Stromlieferanten zu identifizieren. "Gerade im Bereich der Materialwissenschaft sind Pilze noch zu wenig erforscht und genutzt", sagen Reyes und Nyström.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.empa.ch/web/s604/fungal-biobattery
Quelle: Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (01/2025)
Publikation:
C Reyes, E Fivaz, Z Sajó, A Schneider, G Siqueira, J Ribera, A Poulin, FWMR Schwarze, G Nyström: 3D Printed Cellulose-Based Fungal Battery; ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024); doi: 10.1021/acssuschemeng.4c05494 https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c05494