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Energieumwandlung und –speicherung Wie Eisen fressende Bakterien die Energiewende vorantreiben könnten

Redakteur: Manja Wühr

Eisen fressende Bakterien sind für Öl- und Gasleitungen im Meer ein echtes Problem. Ein Wissenschaftler am Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung zeigt nun Wege auf, die Biokorrosion zu vermeiden. Gleichzeitig kann man das Verhalten der Bakterien nutzen, um Verfahren zur Energieumwandlung zu entwickeln.

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Zweitpreisträger Dr. Pascal-Beese Vasbender (rechts), Materialwissenschaftler am Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung, mit Bundestagspräsident Norbert Lammert bei der Verleihung des Deutschen Studienpreises
Zweitpreisträger Dr. Pascal-Beese Vasbender (rechts), Materialwissenschaftler am Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung, mit Bundestagspräsident Norbert Lammert bei der Verleihung des Deutschen Studienpreises
(Bild: Körber-Stiftung/David Ausserhofer)

Berlin, Düsseldorf – Eisen fressende Bakterien setzen Öl- und Gasleitungen im Meer schwer zu. Für ihre Nahrungsaufnahme nehmen die Bakterien direkt Einfluss auf elektrochemische Prozesse an der Eisenoberfläche und beschleunigen den Rostvorgang, wodurch Rohrleitungen binnen weniger Jahre Lecks aufweisen können. Jedoch ist dieser Mechanismus der Eisen fressenden Bakterien nicht darauf beschränkt, allein Energie von Eisenoberflächen aufzunehmen. Diese Bakterien lassen sich auch auf anderen leitfähigen Materialien vermehren, wenn man diese unter Strom setzt.

Mithilfe von Graphit konnte Dr. Pascal Beese-Vasbender, Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), im Rahmen seiner Doktorarbeit erstmals präzise elektrochemische Analysen durchführen, die zeigen, dass die direkte Aufnahme von Elektronen den Bakterien als Energiequelle dient. Schafft man es in Zukunft diese direkten Eintrittsstellen der Elektronen in den Energiekreislauf der Bakterien zu hemmen, können gezielt Strategien zur Vermeidung von Biokorrosion entwickelt werden und somit das Problem von Rost bei Öl- und Gasleitungen im Meer verhindert werden.

Bioelektrische Energieumwandlung und -speicherung

Gleichzeitig kann das Verhalten der Bakterien für Verfahren der Energieumwandlung genutzt werden. Durch die direkte Aufnahme von Elektronen können die Bakterien als sogenannte Biokatalysatoren dienen, indem sie die elektrische Energie in speicherbare Energie wie Methangas umwandeln. Ein großer Vorteil ist, dass die Bakterien sich leicht reproduzieren lassen und somit immer in ausreichender Menge als Biokatalysator vorhanden sind. Zudem benötigen sie gegenüber standardmäßig verwendeten Kupferkatalysatoren der chemischen Industrie wesentlich geringere Stromspannungen, um Kohlenstoffdioxid in Methan umzuwandeln. Außerdem werden von den Methan produzierenden Bakterien keine weiteren gasförmigen Nebenprodukte erzeugt, wodurch eine aufwändige Aufreinigung des erzeugten Biogases entfällt. Durch ein entsprechendes Verfahren im großtechnischen Maßstab könnte somit ein Überschuss an Strom aus erneuerbarer Energie genutzt werden, um die Methanproduktion der Bakterien „anzufeuern“. Das Methan ließe sich dann ohne weitgreifende Infrastrukturmaßnahmen schon heute im bestehenden Erdgasnetz speichern und bei neu entstehendem Energiebedarf in Blockheizkraftwerken wieder nutzen.

Für diese wissenschaftliche Leistung ist Dr. Pascal Beese-Vasbender kürzlich mit dem dem zweiten Platz des Deutschen Studienpreises ausgezeichnet worden. Der Deutsche Studienpreis wird jährlich von der Körber-Stiftung vergeben und zeichnet junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für herausragende Doktorarbeiten mit gesellschaftlicher Relevanz aus. Der Preis zählt zu den höchstdotierten wissenschaftlichen Nachwuchspreisen in Deutschland mit Preisen im Gesamtwert von 100 000 Euro, wobei jährlich drei erste Preise mit jeweils 25 000 Euro vergeben werden. Schirmherr ist Bundestagspräsident Norbert Lammert.

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