Nachhaltige Stromversorgung dank 3D-Druck: Forscher entwickeln biologisch abbaubare, 3D-gedruckte Pilzbatterie

Pilze sind eukaryotische Lebewesen und faszinieren die Menschheit bereits seit langer Zeit mit ihrem Potential als Medikament, aber auch als Speisepilz in der Gastronomie oder als Krankheitserreger spielen Pilze eine wichtige Rolle in unserem Leben. In der additiven Fertigung werden Pilze bereits als 3D-Druckmaterial verwendet, beispielsweise bei dem Druck von Lautsprechern oder Fliesen. Sie sind demnach vielseitig einsetzbar und  Forscher der Empa haben nun neue Fähigkeiten der Pilze entdeckt: und zwar als Stromerzeuger. Dies könnte ein bedeutender Schritt in Richtung nachhaltige Stromversorgung sein! 

In einem dreijährigen Forschungsprojekt, das von der Gebert Rüf Stiftung im Rahmen des Förderprogramms Microbials unterstützt wurde, haben Forschende eine biologisch abbaubare Pilzbatterie aus Cellulose und Holzmaterialien produziert, die gefüttert statt geladen wird. Zwar kann die 3D-gedruckte Pilzbatterie nicht viel Strom erzeugen, aber dennoch ausreichend, um einen Temperatursensor über mehrere Tage mit Strom zu versorgen, was zukünftig interessant für den Bereich der Landwirtschaft oder die Umweltforschung sein könnte. Insbesondere könnten die Batterien hier Sensoren in abgelegenen Regionen mit Strom versorgen.

Aber was genau ist die 3D-gedruckte Pilzbatterie und woraus besteht diese? Streng genommen handelt es sich um keine Batterie, sondern eine mikrobielle Brennstoffzelle. Das bedeutet, dass die Mikroorganismen, wie bei allen Lebewesen, Nährstoffe in Energie umwandeln und die mikrobielle Brennstoffzelle bedient sich dieses Stoffwechsels und fängt einen Teil der Energie als Strom ab. Darüber hinaus ergänzen sich die auf der Batterie verwendeten Pilzarten, denn auf der Anodenseite wird ein Hefepilz angewendet, dessen Stoffwechsel Elektroden freisetzt und auf der Kathodenseite befindet sich ein Weißfäulepilz, der ein bestimmtes Enzym produziert. Dieses Enzym empfängt dann die Elektroden und leitet diese aus der Zelle hinaus. Außerdem werden die beiden Pilzarten nicht in die Batterie eingepflanzt, sondern sind bereits zu Beginn ein Bestandteil der Zelle. ,,Wir haben nun erstmals zwei Pilzarten zu einer funktionierenden Brennstoffzelle kombiniert”, erklärt Empa-Forscherin Carolina Reyes. 

Der 3D-Druck wird dann bei der Produktion der Komponenten der Pilzbatterie angewendet, denn dank der additiven Fertigung konnten Forscher die Elektroden so strukturieren, dass die Mikroorganismen möglichst einfach an Nährstoffe kommen. Dafür wurden die Pilze mit Drucktinte vermischt, ein Prozess, der sich als kompliziert herausstellte. ,,Es ist schon anspruchsvoll genug, ein Material zu finden, in dem die Pilze gut wachsen. Aber die Tinte muss sich auch leicht extrudieren lassen, ohne die Zellen abzutöten – und natürlich soll sie elektrisch leitfähig und biologisch abbaubar sein.“, sagt Gustav Nyström, Leiter des Labors für Zellulose und Holzwerkstoffe.  Eine weitere Herausforderung war die Arbeit mit lebenden Materialien und dass das Projekt Bereiche der Mikrobiologie, Materialwissenschaft und Elektrotechnik vereint. Reyes musste so neue Techniken lernen und diese dann auch auf 3D-Drucktinten übertragen. Da das Team bereits Laborerfahrung im 3D-Druck von biobasierten Materialien vorwies, konnten die Forscher die passende Tinte auf Zellulosebasis herstellen, die die Pilze zudem als Nährstoff nutzen können. Auch hilft sie dabei, die Batterie nach dem Gebrauch abzubauen. Die bevorzugten Nährstoffquelle ist jedoch Zucker, der den Zellen zugesetzt werden muss. „Man kann die Pilzbatterien in getrocknetem Zustand lagern und sie vor Ort durch einfaches Hinzufügen von Wasser und Nährstoffen aktivieren“, betont Reyes.

Der größte Vorteil der 3D-gedruckten Pilzbatterie ist, dass diese ungiftig und biologisch abbaubar ist, was sie zukünftig in vielen Bereichen anwendbar macht. Auch weiterhin wollen Forscher an der Leistungsfähigkeit sowie Langlebigkeit der Batterien arbeiten und nach weiteren Pilzarten suchen. Mehr über Empa und die 3D-gedruckte Pilzbatterie erfahren Sie HIER.

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*Bildnachweise: Empa