Bruce Logan und Younggy Kim von der Pennsylvania State University haben eine mikrobielle Elektrolysezelle in die Lage versetzt, ohne zusätzliche elektrische Spannung Wasserstoff aus Wasser herzustellen. Sie koppelten dazu das Aggregat mit einer Anordnung von Membranen, die dank der reversen Elektrodialyse (RED) aus der Konzentrationsdifferenz zwischen Salz- und Süßwasser Strom erzeugt. Das ist nötig, weil keine der beiden Anordnungen für sich allein Wasserstoff entwickeln kann. Insgesamt produziert die Elektrolysezelle 1,6 Kubikmeter Wasserstoff pro Kubikmeter durchströmendes Seewasser und Tag und verbraucht keine weitere Energie.

RED-Stack und mikrobielle Elektrolysezelle
© Bruce E. Logan & Younggy Kim, Penn State University / PNAS
(Ausschnitt)
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In einer mikrobiellen Elektrolysezelle oxidieren Mikroorganismen organische Substanz und geben dabei Elektronen an eine Anode ab. Die dabei auftretende Spannung ist jedoch zu schwach, als dass Wasserstoff entstehen könnte – in bisher bekannten Zellen muss man eine zusätzliche Spannung von etwa 0,4 Volt anlegen und benötigt deswegen eine externe Stromquelle. In der Konstruktion von Logan und seinem Kollegen übernimmt dies nun ein RED-Stapel aus nur fünf Einzelzellen, von denen jede etwa 0,15 Volt Spannung produziert. In jeder Zelle sind Salzwasser und Süßwasser durch eine Ionen leitende Membran getrennt. Auf Grund dieser Konzentrationsdifferenz fließen geladene Teilchen durch die Membranen und erzeugen eine Spannung, die der angeschlossenen Elektrolysezelle über die Schwelle für die Wasserstoffproduktion hilft.

Die Konstruktion der beiden Ingenieure setzt mehr als die Hälfte der in Form von Konzentrationsdifferenzen und organischem Treibstoff zugeführten Energie in Wasserstoff um – vor allem aber stehen Salz- und Süßwasser als Treibstoff nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Allerdings äußern sich die Forscher nicht zu der Frage, in welchem Maß die verwendeten Wässer für die reverse Elektrodialyse aufgearbeitet werden müssen. Dafür verweisen sie auf die Möglichkeit, mit Hilfe der Bakterien in der Elektrolysezelle Abwasser zu reinigen. (lf)