3D-Druck trifft Biotechnologie: Pilzbatterie erzeugt nachhaltigen Strom

Forschende der Schweizer Materialforschungsanstalt Empa haben eine innovative mikrobielle Brennstoffzelle entwickelt, die Pilze als Energiequelle nutzt. Diese aus biologisch abbaubaren Materialien gefertigte Batterie könnte Anwendungen in der Landwirtschaft oder Umweltforschung revolutionieren. Besonders in abgelegenen Regionen, wo klassische Stromversorgung schwierig ist, bietet die Technologie großes Potenzial. Nach ihrer Nutzung zersetzt sich die Batterie von selbst – eine Lösung, die Umweltfreundlichkeit und Funktionalität vereint.

Die Grundlage der Pilzbatterie bildet ein Zusammenspiel zweier Pilzarten. Der Hefepilz auf der Anodenseite produziert durch seinen Stoffwechsel Elektronen, während der Weißfäulepilz Trametes versicolor an der Kathode ein Enzym erzeugt, das diese Elektronen auffängt und weiterleitet. Diese biologische Interaktion ersetzt herkömmliche elektrochemische Prozesse. Durch die Nutzung von 3D-Druck konnten die Forschenden die Elektrodenstruktur so anpassen, dass die Mikroorganismen optimal mit den erforderlichen Nährstoffen versorgt werden. Die für den Druck verwendete Tinte besteht aus Cellulose, die nicht nur biologisch abbaubar, sondern auch von den Pilzen als Nahrungsquelle genutzt wird. „Wir haben erstmals zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert“, sagt Empa-Forscherin Carolina Reyes.

Die Herausforderungen bei der Entwicklung der Batterie lagen vor allem in der Materialkombination. Die Tinte musste sowohl elektrisch leitfähig als auch lebenswert für die Pilze sein, ohne deren empfindliche Zellstrukturen während des Druckvorgangs zu beschädigen.

„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.“

Die Energieausbeute der Pilzbatterie reicht derzeit aus, um beispielsweise Temperatursensoren über mehrere Tage zu betreiben. „Man kann die Pilzbatterien in einem getrockneten Zustand aufbewahren und am Einsatzort einfach durch die Zugabe von Wasser und Nährstoffen aktivieren“, sagt Reyes.

Langfristig strebt das Team jedoch eine Steigerung der Effizienz und eine Erweiterung des Pilzspektrums an. „Gerade im Bereich der Materialwissenschaft sind Pilze noch zu wenig erforscht und genutzt“, sind sich Reyes und Nyström einig.