Forscher aus Großbritannien von der University of Cambridge haben mit Hilfe von 3D-Druck winzige „Wolkenkratzer“ hergestellt, die es sonnenliebenden Bakterien möglich machen sollen, schneller zu wachsen und mehr Energie zu produzieren. Die bei der Photosynthese entstehenden Abfallelektronen werden für die Energiegewinnung für kleine Elektronikartikel genutzt. Das soll zukünftig nachhaltigere, elektronische Geräte mit erneuerbaren Energien möglich machen.

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Forscher der University of Cambridge haben laut einer Pressemitteilung der Universität winzige „Wolkenkratzer“ mit 3D-Druck hergestellt, die sonnenliebenden Bakterien helfen sollen, schneller zu wachsen. Ihre Abfallelektronen, die bei der Photosynthese übrig bleiben, können geerntet werden und kleine Elektronik mit Strom versorgen. Die Forscher gehen davon aus, dass das richtige Umfeld der Bakterien die gewonnene Energiemenge um ein vielfaches erhöhen kann. Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „3D-printed hierarchical pillar array electrodes for high-performance semi-artificial photosynthesis“ im Fachjournal Nature Materials veröffentlicht.

Details zur Forschung

Das Projekt legt auch nahe, dass „biohybride“ Solarenergiequellen eine wichtige Komponente im kohlenstofffreien Energiemix sein könnten, während sie einen geringeren Kohlenstoff- und Umweltfußabdruck haben als herkömmliche erneuerbare Energien wie Solarenergie. Photosynthetische Bakterien oder Cyanobakterien zählen zur am häufigsten vorkommenden Lebensform auf der Erde. Forscher versuchen bereits seit Langem, die Photosynthesemechanismen von Cyanobakterien „neu zu verdrahten“, um ihnen Energie zu entziehen.

Dr. Jenny Zhang, Leiterin der Forschung, sagte:

„Es gab einen Engpass in Bezug darauf, wie viel Energie man tatsächlich aus photosynthetischen Systemen gewinnen kann, aber niemand verstand, wo der Engpass war. Die meisten Wissenschaftler gingen davon aus, dass der Engpass auf der biologischen Seite bei den Bakterien lag, aber wir haben festgestellt, dass ein wesentlicher Engpass tatsächlich auf der materiellen Seite liegt.“

Cyanobakterien (deutsch auch Blaugrünbakterien) brauchen Sonnenlicht zum Wachsen, wie zum Beispiel auf der Oberfläche eines Sees. Die Bakterien müssen an Elektroden befestigt werden, um die Energie zu gewinnen, die durch Photosynthese produziert wird. 3D-gedruckte kundenspezifische Elektroden aus Metalloxid-Nanopartikeln sind auf die Arbeit mit den Cyanobakterien bei der Photosynthese zugeschnitten. Sie wurden als stark verzweigte, dicht gepackte Säulenstrukturen gedruckt.

"Wolkenkratzer"
Die winzigen „Wolkenkratzer“ (im Bild) sollen die Gewinnung von Bioenergie vervielfachen (Bild © Jenny Z. Zhang).

3D-Druck-Technik für „verkabeltes“ Zuhause

Zhangs Team entwickelte eine 3D-Druck-Technik, mit der die Kontrolle über mehrere Längenskalen ermöglicht wird. Die Strukturen werden in hohem Maße anpassbar gemacht, wodurch sie vielen Bereichen zugutekommen könnten.

Zhang sagte:

„Die Elektroden haben hervorragende Lichtleiteigenschaften, wie eine Hochhauswohnung mit vielen Fenstern. Cyanobakterien brauchen etwas, an das sie sich anheften und mit ihren Nachbarn eine Gemeinschaft bilden können. Unsere Elektroden ermöglichen eine Balance zwischen viel Fläche und viel Licht – wie ein gläserner Wolkenkratzer.“

Sobald sich die sich selbst organisierenden Cyanobakterien in ihrem neuen „verkabelten“ Zuhause befanden, waren sie den Forschern zufolge effizienter als andere aktuelle Bioenergietechnologien wie Biokraftstoffe. Die extrahierte Energiemenge war um ein Vielfaches erhöht gegenüber anderen Methoden mit demselben Ziel.

Zhang sagte abschließend:

„Cyanobakterien sind vielseitige chemische Fabriken. Unser Ansatz ermöglicht es uns, frühzeitig in ihren Energieumwandlungspfad einzusteigen, was uns hilft zu verstehen, wie sie die Energieumwandlung durchführen, damit wir ihre natürlichen Pfade für erneuerbare Brennstoffe oder die chemische Erzeugung nutzen können.“

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