Energy Harvesting: Biobrennstoffzelle erzeugt Strom aus Schweiß
Schweiß stinkt? Ja. Aber er erzeugt auch Strom für den MP3-Player und andere mobile Geräte. Forscher der Universität von Kalifornien in San Diego (UCSD) haben eine Brennstoffzelle entwickelt, die mit Schweiß betrieben wird.
Die Biobrennstoffzelle wird wie ein Pflaster auf die Haut aufgebracht. Sie ist mit einem Enzym ausgestattet, das die im menschlichen Schweiß vorhandene Milchsäure oxidiert, um Strom zu erzeugen. Den Prototyp haben die Forscher um Amay Bandodkar vier Probanden angelegt. Die Probanden trainierten dann auf einem Fahrradergometer und brachten dabei eine Leuchtdiode (LED) mehrere Minuten lang zum Leuchten.
Die Brennstoffzelle muss elastisch sein
Um auf die Haut aufgebracht werden zu können, muss eine Biobrennstoffzelle elastisch sein: Sie muss sich der Form des Körpers anpassen und sie muss dehnbar sein. Die Zelle besteht aus kleinen Goldscheiben, von denen die eine Hälfte die Anode, die andere Hälfte die Kathode bildet. Verbunden sind die Punkte durch gewendelte Golddrähte. Durch diese federartige Struktur wird die Zelle dehnbar.
Auf die Goldpunkte, die per Lithographie hergestellt wurden, werden per Siebdruck Biomaterialien aufgebracht: auf die Kathodenpunkte Silberoxid, auf die Anodenpunkte das Enzym, das mit der Milchsäure und dem Silberoxid reagiert.
Auf Anoden und Kathoden sitzen Nanoröhrchen
Eine Herausforderung ist es, eine möglichst hohe Energiedichte zu erzielen. Dafür haben die Forscher eine Struktur aus 3D-Kohlenstoff-Nanoröhren auf den Anoden- und Kathodenpunkten errichtet. So konnten sie eine möglichst große Menge des Enzyms auf der Anode deponieren. Zudem verbesserten die Röhren den Elektronentransfer, was die Leistung der Brennstoffzellen zudem verbessert.
Zu der Biobrennstoffzelle gehört schließlich noch ein Gleichspannungswandler. Der sorgt dafür, dass die Zelle, die Strom je nach Schweißmenge schwankend produziert, Strom mit konstanter Spannung ausliefert.
Die Forscher um Bandodkar beschreiben ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science(öffnet im neuen Fenster) . Die nächsten Schritte sind zum einen, das Silberoxid aus der Kathode zu ersetzen, da das Material lichtempfindlich ist. Zum anderen wollen sie die Zelle mit einem Energiespeicher versehen. Mit der Zeit nimmt nämlich die Konzentration von Milchsäure im Schweiß ab und damit auch die Leistung, die die Zelle liefert. In den Tests erlosch die LED nach vier Minuten. Ein Speicher könnte den Strom aufnehmen und allmählich abgeben.