Biologisch afbreekbare schimmelbatterij uit de 3D-printer (video)

Onderzoekers van Empa, het Zwitsers federaal instituut voor materiaalonderzoek en -beproeving, hebben een functionerende schimmelbatterij ontwikkeld, die niet alleen volledig gifvrij, maar ook biologisch afbreekbaar. De levende cellen produceren niet heel veel elektriciteit – maar wel genoeg om bijvoorbeeld een temperatuursensor enkele dagen van stroom te voorzien. Zulke sensoren worden gebruikt in de landbouw of bij milieuonderzoek.

Tags:
Empa-wetenschapper Gustav Nystroem met de schimmelbatterij die is omhuld met bijenwas. (Foto: Empa)

Strikt genomen is het trouwens geen batterij, maar een zogenaamde microbiële brandstofcel. Zoals alle levende wezens zetten micro-organismen voedingsstoffen om in energie. Microbiële brandstofcellen maken gebruik van deze stofwisseling en vangen een deel van de energie op als elektriciteit. Tot nu toe werden daar vooral bacteriën voor gebruikt.

Twee soorten schimmels

“Voor het eerst hebben we twee soorten schimmels gecombineerd om een werkende brandstofcel te maken”, vertelt Empa-onderzoeker Carolina Reyes. De stofwisseling van de twee soorten schimmels vult elkaar aan: Aan de anode bevindt zich een gistschimmel waarbij de stofwisseling elektronen vrijmaakt. De kathode wordt gekoloniseerd door een witrotschimmel, die een speciaal enzym produceert waardoor de elektronen worden gevangen en uit de cel worden geleid.

3D-printen

De schimmels worden niet in de batterij “geplant” maar maken vanaf het begin integraal deel uit van de cel. De onderdelen van de schimmelbatterij zijn ge-3d-print. Hierdoor kunnen de onderzoekers de elektrodes zo structureren dat de micro-organismen zo gemakkelijk mogelijk bij de voedingsstoffen kunnen komen. Hiervoor worden de schimmelcellen in de drukinkt gemengd. Makkelijker gezegd dan gedaan: “Het is al uitdagend genoeg om een materiaal te vinden waarin de schimmels goed groeien”, aldus Gustav Nyström, hoofd van het Cellulose and Wood Materials lab. “Maar de inkt moet ook gemakkelijk te extruderen zijn zonder de cellen te doden – en natuurlijk willen we dat het elektrisch geleidend en biologisch afbreekbaar is.”

Op locatie activeren

Dankzij de uitgebreide ervaring van hun laboratorium met 3D-printen van zachte, biogebaseerde materialen, konden de onderzoekers een geschikte inkt op basis van cellulose produceren. De schimmelcellen kunnen de cellulose zelfs als voedingsstof gebruiken en zo helpen om de batterij na gebruik af te breken. Hun favoriete voedingsbron zijn echter eenvoudige suikers, die aan de batterijcellen worden toegevoegd. “Je kunt de schimmelbatterijen in gedroogde toestand opslaan en ze op locatie activeren door simpelweg water en voedingsstoffen toe te voegen”, zegt Reyes.

Weinig onderzocht

Het interdisciplinaire project, onderdeel van een driejarig onderzoeksproject ondersteund door de Gebert Rüf Stiftung, combineert microbiologie, materiaalkunde en elektrotechniek. Om de schimmelbatterijen te karakteriseren, moest microbioloog Reyes niet alleen elektrochemische technieken leren, maar deze ook aanpassen aan 3D-printinkten.

De onderzoekers zijn nu van plan om de schimmelbatterij krachtiger en duurzamer te maken – en om op zoek te gaan naar andere soorten schimmels die geschikt zouden zijn om elektriciteit te leveren. “Schimmels worden nog steeds te weinig onderzocht en gebruikt, vooral op het gebied van materiaalkunde,” vinden Reyes en Nyström.

Tags:

Geef een reactie

Je e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *