Professor will mit Bakterien betriebene Biobatterien in 3D-gedruckte Schaltkreise integrieren

In den letzten zehn Jahren hat Professor Seokheun „Sean“ Choi von der Binghamton University eine Reihe von bakterienbetriebenen Biobatterien für den Einsatz an entlegenen Orten wie Ozeanen und Wäldern sowie im menschlichen Verdauungstrakt entwickelt. Jetzt ist er bereit für eine weitere Herausforderung: die Integration dieser Brennstoffzellen in flexible Elektronik, die mit der neuesten 3D-Drucktechnologie hergestellt wird.

„Die nächste Generation der Elektronik wird eine All-in-One-Elektronik sein, bei der alle Komponenten in einer einzigen Platte integriert sind und nicht erst später aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt werden“, sagte Choi, Mitglied der Fakultät für Elektrotechnik und Computertechnik des Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science.

Mit einem Forschungsstipendium der National Science Foundation (NSF) in Höhe von 550.000 US-Dollar wird Choi einen Herstellungsprozess entwickeln, der die empfindlichen biologischen Komponenten, die für die Energiegewinnung unerlässlich sind, nicht zerstört. Choi erklärt, dass zukünftige Elektronik alle Komponenten auf einem einzigen flexiblen Blatt vereinen wird, anstatt diese getrennt zusammenzubauen.

„Das Problem bei mikrobiellen Brennstoffzellen als Energiequelle ist, dass die Flüssigkeit für das Bakterienmaterial nicht mit der Festkörperelektronik kompatibel ist. Außerdem können lebende Bakterien viele extreme Mikrofabrikationsprozesse nicht überleben“.

Eine Lösung sieht Choi in der Verwendung von inaktiven Bakteriensporen. Diese Sporen sind widerstandsfähig gegenüber extremen Bedingungen und können über lange Zeiträume überleben. Unter den richtigen Umständen keimen sie aus und erzeugen Strom.

„Es gibt viele verschiedene Arten von Energiegewinnungstechniken, wie z. B. mechanische, solare oder auf Radiofrequenz basierende“, sagte er. „Ich glaube immer noch, dass mikrobielle Brennstoffzellen am besten geeignet sind, weil es sich um ein lebendes Material handelt. Sie können sich selbst erhalten, selbst heilen und sich an Umweltveränderungen anpassen.

Das Forschungsprojekt fügt sich in Choi’s größere Vision von umweltfreundlicher Elektronik ein. Diese soll in Zukunft für Anwendungen im Internet der Dinge (IoT) genutzt werden, etwa in Einweg-Sensoren für die Lebensmittelverpackung oder in landwirtschaftlichen Anwendungen. Dank eines weiteren NSF-Stipendiums hat Choi im vergangenen Jahr auch begonnen, biologisch abbaubare “Papertronics” zu entwickeln, die sicher und umweltfreundlich sind.

„Wir müssen eine Technik zur Energiegewinnung einsetzen, damit die Elektronik lange Zeit ohne Batterien funktioniert und nicht als Elektroschrott entsorgt werden muss“, sagte er. „Wir brauchen auch umweltfreundliche Elektronik. Ich meine damit nicht nur das Material selbst, sondern auch die Herstellung, den Betrieb und alles andere.“