Schweizer Wissenschaftler haben Pilzen beigebracht, Strom zu erzeugen. Wie funktionieren Pilzbatterien?

Hefepilze und Weißfäulepilze könnten eine kleine, aber geniale Rolle bei der Energiewende spielen.

Dank eines neuen Durchbruchs von Schweizer Forschern könnten Pilze zur Stromversorgung von Batterien in abgelegenen Regionen eingesetzt werden.

Ihre Erfindung der Pilzbatterie wird im 3D-Druckverfahren hergestellt – wobei der Druckfarbe Pilzzellen beigemischt werden – und hat den einzigartigen Vorteil, dass sie biologisch abbaubar ist. Sobald die Batterie ihren Zweck erfüllt hat, verdaut sie sich von innen heraus.

Es ergänzt die wachsende Zahl der Forschungen, bei denen Pilze – ein riesiges und „zu wenig genutztes“ Reich des Lebens – zur Herstellung von allem verwendet werden, von unserer Kleidung und unserem Zuhause bis hin zu Fleischalternativen.

So kann die an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) entwickelte Pilzbatterie Strom erzeugen.

Lernen Sie die lebende Batterie kennen, die gefüttert werden muss

Streng genommen, erklären Empa-Forscher, handelt es sich bei der Batterie um eine mikrobielle Brennstoffzelle.

Wie alle Lebewesen wandeln Mikroorganismen Nährstoffe in Energie um. Mikrobielle Brennstoffzellen machen sich diesen Stoffwechsel zunutze und gewinnen einen Teil der Energie als Strom.

„Zum ersten Mal haben wir zwei Pilzarten kombiniert, um eine funktionierende Brennstoffzelle zu schaffen“, sagt Empa-Forscherin Carolina Reyes.

Auf der negativen (oder Anoden-)Seite der „Batterie“ befindet sich ein Hefepilz, dessen Stoffwechsel Elektronen freisetzt. Ergänzt wird es durch einen Weißfäulepilz auf der positiven (Kathoden-)Seite, der ein spezielles Enzym produziert, das es ermöglicht, die Elektronen einzufangen und aus der Zelle abzuleiten.

Die Pilze ernähren sich von Einfachzuckern, die den Batteriezellen zugesetzt werden. „Man kann die Pilzbatterien im getrockneten Zustand lagern und vor Ort durch einfache Zugabe von Wasser und Nährstoffen aktivieren“, erklärt Reyes.

Wie werden Pilzbatterien hergestellt?

Die Pilze werden sozusagen nicht in die Batterie „eingepflanzt“, sondern sind von Anfang an Teil ihres materiellen Fundaments.

Es wird 3D-gedruckt, um die Elektroden auf eine bestimmte Weise zu strukturieren, die den Mikroorganismen einen einfachen Zugang zu den Nährstoffen ermöglicht. Pilzzellen werden in die Druckfarbe eingemischt – keine leichte Aufgabe für die interdisziplinären Forscher.

„Es ist schon schwierig genug, ein Material zu finden, in dem die Pilze gut wachsen“, sagt Gustav Nyström, Leiter der Abteilung Zellulose und Holzmaterialien der Empa.

„Aber die Tinte muss sich auch leicht extrudieren lassen, ohne die Zellen abzutöten – und natürlich wollen wir, dass sie elektrisch leitfähig und biologisch abbaubar ist.“

Dank der umfangreichen Erfahrung ihres Labors im 3D-Druck weicher, biobasierter Materialien konnte das Team eine geeignete Tinte auf Zellulosebasis herstellen. Die Pilzzellen können die Zellulose sogar als zusätzlichen Nährstoff nutzen und so dazu beitragen, dass die Batterie nach dem Gebrauch kaputt geht.

Wo könnten Pilzbatterien eingesetzt werden?

Große, pilzbetriebene Elektronikgeräte sind noch eine Herausforderung, da diese lebenden Zellen nicht viel Strom produzieren.

Sie könnten jedoch genug Energie liefern, um einen Temperatursensor mehrere Tage lang mit Strom zu versorgen, beispielsweise für die Landwirtschaft oder die Forschung in abgelegenen Regionen.

Und das volle Potenzial der Pilze müssen die Forscher noch ausloten.

„Pilze werden immer noch unzureichend erforscht und genutzt, insbesondere im Bereich der Materialwissenschaften“, sind sich Reyes und Nyström einig.

Die Forscher planen nun, die Pilzbatterie leistungsfähiger und langlebiger zu machen – und nach anderen Pilzarten zu suchen, die Strom liefern könnten.