Der 3D-Druck ermöglicht eine beeindruckende Innovation im Bereich nachhaltiger Energie: Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz haben eine mikrobielle Brennstoffzelle entwickelt, die aus zwei Pilzarten besteht und umweltfreundlichen Strom erzeugt. Mit Hilfe des 3D-Drucks konnte die Batterie so gestaltet werden, dass sie Sensoren betreiben kann und nach Gebrauch biologisch abbaubar ist. Diese Entwicklung unterstreicht die wachsende Bedeutung additiver Fertigung für nachhaltige Technologien.
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3D-Druck als Schlüssel zur Effizienz
Die Herstellung der Batterie im 3D-Druck war essenziell, um die Elektroden präzise zu strukturieren und so den Stoffwechsel der Pilze zu optimieren. In die Drucktinte, die auf zellulosebasierten Materialien beruht, wurden die Pilzzellen und ihre Nahrung direkt integriert. Die Tinte musste dabei mehrere Herausforderungen erfüllen: Sie sollte elektrisch leitfähig, biologisch abbaubar und gleichzeitig für die Pilze ein geeignetes Wachstumsmedium sein. „Es war eine anspruchsvolle Aufgabe, die Tinte zu entwickeln, ohne dabei die Pilzzellen zu beschädigen“, erklärt Seniorautor Gustav Nyström.
Dank des 3D-Drucks konnten die Elektroden so gestaltet werden, dass die Pilze leicht an Nährstoffe gelangen. Kohlenstoffschwarz und Flockengraphite machen die Tinte leitfähig, während Bienenwachs als biologisch abbaubare Hülle dient. Die präzise Fertigung durch den 3D-Druck maximiert die Effizienz und ermöglicht eine maßgeschneiderte Anpassung an verschiedene Anwendungen.
Strom durch Pilz-Brennstoffzellen
Die Brennstoffzelle kombiniert Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) auf der Anodenseite und die Samtige Tramete (Trametes pubescens) auf der Kathodenseite. Während die Hefe Elektronen freisetzt, fängt ein Enzym des Weißfäulepilzes diese ein und leitet sie zur Stromerzeugung. Erste Tests zeigten eine Leistungsdichte von 12,5 Mikrowatt pro Quadratzentimeter – genug, um kleine Sensoren wie Temperaturmessgeräte zu betreiben. Vier solcher Batterien können einen Sensor bis zu 65 Stunden mit Energie versorgen.
Potenzial für Umwelt und Landwirtschaft
Die Kombination aus 3D-Druck und biologischen Materialien eröffnet neue Möglichkeiten für nachhaltige Technologien. Die Pilz-Batterie könnte beispielsweise in abgelegenen Regionen Sensoren zur Überwachung von Umweltbedingungen oder zur Optimierung landwirtschaftlicher Prozesse mit Strom versorgen. Noch plant das Team, die Technologie weiterzuentwickeln, um die Leistungsfähigkeit zu steigern und neue Pilzarten als Energiequellen zu testen.
Reyes betont zum Abschluss:
„Der 3D-Druck erlaubt es uns, die Struktur der Batterie exakt auf die Anforderungen der Pilze anzupassen. Das macht diese Technologie nicht nur nachhaltig, sondern auch vielseitig einsetzbar.“
