3D-gedruckte Bio-Batterien: Fungi-basierte Energie für nachhaltige Elektronik

Forschende haben ein innovatives Konzept für umweltfreundliche Batterien vorgestellt, die mithilfe von Pilzen elektrische Energie erzeugen. Das System kombiniert 3D-Druck und mikrobielles Brennstoffzellen-Design (MFC), um Sensoren mehrere Tage lang mit Strom zu versorgen. Die Grundlage dieser Technologie bildet ein vollständig biologisch abbaubarer Aufbau aus Zellulose und hydrogelbasierten Tinten, die lebende Mikroorganismen enthalten.

Die sogenannte „Fungal Battery“ besteht aus zwei Kammern: einem Anodensystem mit Hefe und einer Kathode, die weiße Holzfäulepilze (white-rot fungi) nutzt. Beide Organismen übernehmen spezifische Aufgaben im Energieumwandlungsprozess. Die Hefe (Saccharomyces cerevisiae) oxidiert Zucker und erzeugt dabei Elektronen, die durch das Anodensystem fließen. Der Holzfäulepilz (Trametes pubescens) in der Kathode nutzt Laccase-Enzyme, um Sauerstoff zu reduzieren, wodurch die Elektrochemie abgeschlossen wird.

Ein zentrales Element ist der 3D-Druckprozess. Dabei werden die Elektroden mit speziellen Tinten direkt in die gewünschte Geometrie gebracht, was eine höhere Porosität und bessere Diffusion von Elektrolyten ermöglicht. Diese Methode bietet größere Flexibilität bei der Gestaltung von Brennstoffzellen für verschiedene Anwendungen. Zudem erleichtert der Einsatz von Zellulose als Hauptmaterial die Integration von Bio-Komponenten und macht das gesamte System biologisch abbaubar.

Erste Tests zeigen, dass die Bio-Batterie eine Spannung von 400 bis 500 Millivolt erreichen kann, ausreichend, um Niedrigenergiegeräte wie Temperatursensoren zu betreiben. Ein Prototyp aus Bienenwachs und einer Zellulosemembran wurde zudem erfolgreich auf seine biologische Abbaubarkeit getestet. Innerhalb von drei Wochen zerfiel die Batterie vollständig in einem Kompostsimulationssystem.

Die Forscherinnen und Forscher sehen in dieser Entwicklung großes Potenzial für nachhaltige Anwendungen. Insbesondere in der Umweltüberwachung und Landwirtschaft könnten solche Batterien genutzt werden, um autonome Sensoren zu betreiben. Durch die Integration von Abfällen aus Lebensmitteln oder der Landwirtschaft als Energiequelle ließen sich die Batterien weiter optimieren.

Die komplette wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel „3D Printed Cellulose-Based Fungal Battery“ kann hier nachgelesen werden.