Forscher gewinnen elektrischen Strom aus Algen

  Seelandwirtschaft 2022 EU
Elektrischer Strom aus Algendiagramm

Eine Simulation des Prozesses zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Algen: Die Algen setzen Moleküle frei, die Elektronen zu einer Edelstahlelektrode (der Anode) transportieren. Die Elektronen werden auf die zweite Elektrode (eine Platinkathode) übertragen, die in der Meerwasser-Elektrolytlösung enthaltene Protonen zu Wasserstoffgas reduzieren kann. Der Strom kann entweder direkt genutzt werden, oder wenn Wasserstoff erzeugt wird, kann das Gas als zukünftiger sauberer Kraftstoff verwendet werden.

RForscher aus dem Israelisches Institut für Technologie (Technion) haben ein neues Verfahren entwickelt, das umweltfreundlich und effizient elektrischen Strom direkt aus Algen gewinnt. Die Idee, die dem Doktoranden Yaniv Shlosberg beim Schwimmen am Strand kam, wurde von einem Konsortium aus Forschern aus drei Technion-Fakultäten, die Mitglieder des Grand Technion Energy Program (GTEP) sind, zusammen mit einem Forscher des Israel Oceanographic . entwickelt und Limnologisches Forschungsinstitut (IOLR).

Die Problematik fossiler Brennstoffe ist die treibende Kraft bei der Erforschung von Methoden alternativer, sauberer und erneuerbarer Energiequellen. Eine davon ist die Verwendung lebender Organismen als Quelle für elektrische Ströme in mikrobiellen Brennstoffzellen (MFC). Bestimmte Bakterien können Elektronen auf elektrochemische Zellen übertragen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Die Bakterien müssen ständig gefüttert werden und sind teilweise krankheitserregend.

Eine ähnliche Technologie sind biophotoelektrochemische Zellen (BPEC). Bei der MFC kann die Elektronenquelle von photosynthetischen Bakterien, insbesondere Cyanobakterien, stammen. Cyanobakterien stellen ihre eigene Nahrung aus Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht her und sind in den meisten Fällen gutartig.

Die Forschungsgruppen von Prof. Noam Adir und dem Doktoranden Yaniv Shlosberg haben zuvor Technologien entwickelt, die Cyanobakterien zur Gewinnung von elektrischem Strom und Wasserstofftreibstoff nutzen, wie in Naturkommunikation und Wissenschaft.

Cyanobakterien haben jedoch einige Nachteile. Sie produzieren im Dunkeln weniger Strom, da keine Photosynthese betrieben wird. Außerdem ist die erhaltene Strommenge immer noch geringer als die von Solarzellentechnologien, so dass die BPEC, obwohl sie umweltfreundlicher ist, kommerziell weniger attraktiv ist.

Umstellung von Cyanobakterien auf Ulva

In dieser Studie beschlossen die Forscher des Technion und des IOLR, dieses Problem mit einer neuen Photosynthesequelle zu lösen – Algen. An der Mittelmeerküste Israels wachsen natürlich viele verschiedene Algenarten, insbesondere Ulva (auch bekannt als Seesalat), das am IOLR in großen Mengen zu Forschungszwecken angebaut wird.

Die Forschung wurde von Prof. Noam Adir und Yaniv Shlosberg von der Schulich-Fakultät für Chemie und GTEP geleitet. Sie arbeiteten mit weiteren Forschern des Technion zusammen: Dr. Tunde Toth (Chemie-Fakultät Schulich), Prof. Gadi Schuster, Dr. David Meiri, Nimrod Krupnik und Benjamin Eichenbaum (Fakultät für Biologie), Dr. Omer Yehezkeli und Matan Meirovich (Fakultät of Biotechnology and Food Engineering) und Dr. Alvaro Israel vom IOLR in Haifa.

Die Technion/IOLR-Forscher bauten einen Geräteprototyp, der den Strom direkt im Ulva Wachstumswanne. Nach der Entwicklung neuer Methoden zur Verbindung von Ulva und BPEC wurden Ströme erzielt, die tausendmal höher waren als die von Cyanobakterien – Ströme, die auf dem Niveau von Standardsolarzellen liegen. Prof. Adir stellt fest, dass diese erhöhten Ströme auf die hohe Photosyntheserate von Algen und die Fähigkeit zurückzuführen sind, die Algen in ihrem natürlichen Meerwasser als BPEC-Elektrolyt zu verwenden – die Lösung, die den Elektronentransfer in der BPEC fördert.

Darüber hinaus liefern die Algen im Dunkeln Strömungen, etwa 50% derjenigen, die bei Licht erhalten werden. Die Quelle des dunklen Stroms stammt aus der Atmung – wo Zucker, der durch den Photosyntheseprozess hergestellt wird, als interne Nährstoffquelle verwendet wird. Ähnlich wie bei der cyanobakteriellen BPEC werden keine zusätzlichen Chemikalien benötigt, um den Strom zu erhalten. Die Ulva produzieren vermittelnde Elektronentransfermoleküle, die von den Zellen sezerniert werden und die Elektronen an die BPEC-Elektrode übertragen.

Die neue Technologie ist COXNUMX-negativ. Die Algen nehmen tagsüber Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf, während sie wachsen und Sauerstoff abgeben. Beim Ernten der Strömungen während des Tages wird kein Kohlenstoff freigesetzt. In der Nacht setzen die Algen die normale Menge Kohlenstoff durch die Atmung frei.

„Mit der Präsentation unseres Geräteprototyps zeigen wir, dass aus den Algen erhebliche Strömungen gewonnen werden können“, sagte Prof. Adir. „Wir glauben, dass die Technologie weiter verbessert werden kann, was zu zukünftigen grünen Energietechnologien führt.“

Die Forscher stellten in der Zeitschrift ihre neue Methode zur Gewinnung von elektrischem Strom direkt aus Algen vor Biosensoren und Bioelektronik. Der Beitrag beschreibt Ergebnisse von Forschern der Fakultät für Chemie Schulich, der Fakultät für Biologie, der Fakultät für Biotechnologie und Lebensmitteltechnik, GTEP und IOLR.

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