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Eine '''Bio-Brennstoffzelle''' wandelt die chemische [[Reaktionsenergie]] eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in [[elektrische Energie]] um. Im Gegensatz zu konventionellen [[Brennstoffzelle]]n handelt es sich bei den Bio-Brennstoffen um biologische Energieträger.

== Brennstoffzellen-Typen ==
=== Mikrobielle Brennstoffzellen ===
{{Hauptartikel|Mikrobielle Brennstoffzelle}}
[[Datei:Funktion einer Glucose-Brennstoffzeller.tif|mini|Funktion einer Glucose-betriebenen Brennstoffzelle]]

In ''mikrobiellen Brennstoffzellen'' (''MBZ'') werden lebende [[Mikroorganismus|Mikroorganismen]], die im Rahmen ihres [[Energiestoffwechsel]]s organische Substanzen verarbeiten, unmittelbar zur Energiegewinnung genutzt. Die beim Stoffwechsel entstehenden Elektronen werden von diesen Mikroorganismen auf eine [[Elektrode]] übertragen und ermöglichen so die Stromgewinnung. Die Mikroorganismen erfüllen dabei in der MBZ die Funktion eines [[Biokatalysator]]s. Anwendungen von mikrobiellen Brennstoffzellen liegen in der Energiegewinnung aus Abwässern und Abfällen, die aktuell erreichbaren Stromdichten erlauben jedoch noch keine ökonomisch sinnvolle Nutzung in größerem Umfang.<ref>Bruce E. Logan: ''Microbial Fuel Cells.'' 1. Auflage. John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-0470239483.</ref>

=== Blutzucker-Brennstoffzelle ===
Durch eine elektrochemische Umsetzung des körpereigenen [[Blutzucker]]s könnte Energie zur Versorgung von medizinischen [[Implantat]]en gewonnen werden. Damit wäre insbesondere für Langzeitimplantate ein operativer Batteriewechsel überflüssig. Eine solche Brennstoffzelle arbeitet nach dem Prinzip der [[Mitochondrium|Energieerzeugung lebender Zellen]]. Dabei wird am [[Elektrischer Pol|Minuspol]] [[enzym]]atisch [[Glucose]] oxidiert und der gewonnene [[Wasserstoff]] wird in [[Elektron]]en und [[Proton (Chemie)|Protonen]] aufgespalten. Die Elektronen fließen durch einen äußeren Leiter über einen Verbraucher zum Pluspol und die Protonen diffundieren durch einen Separator. Am Pluspol reagieren unter enzymatischer Hilfe die Elektronen und Protonen mit Sauerstoff zu Wasser.<ref>Sven Kerzenmacher: ''Glukose-Brennstoffzellen als autarke Energieversorgung für medizinische Mikro-Implantate: Stand der Technik und aktuelle Entwicklungen.'' In: Proceedings ''MikroSystemTechnik Dresden'', 10/2007.</ref> Ablagerungen und [[Bindegewebskapsel|Verkapselung]] sind seit den 1970ern ungelöste Probleme und verhindern die Serienreife der Implantate.<ref>{{Internetquelle|autor=Philipp Hummel |url=https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/medizin/herzschrittmacher-eigener-energieversorgung/ |titel=Herzschrittmacher mit eigener Energieversorgung |werk=Ingenieur.de |datum=2021-11-25 |abruf=2023-01-16}}</ref>

=== Enzymatische Brennstoffzelle ===
Eine enzymatische Brennstoffzelle ist ein spezieller Bio-Brennstoffzellentyp, der [[Enzym]]e als [[Katalysator]] für die Oxidation des Brennstoffes nutzt. Die Enzyme stellen somit eine Alternative zu teuren Katalysator-Metallen dar.<ref>G. Tayhas: ''Microbial and Enzymatic Biofuel Cells.'' In: M.E. Himmel: ''Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production.'' (= Kapitel 14). American Chemical Society, 1994, ISBN 9780841229563.</ref>

Die Enzyme bieten dabei gegenüber konventionellen Katalysatoren diverse Vorteile. So lassen sich die Enzyme vergleichsweise einfach in großer Zahl erzeugen und haben daher eine deutlich bessere Verfügbarkeit als beispielsweise Standard-[[Platin#Katalytische Eigenschaften|Platinkatalysatoren]].

Darüber hinaus arbeiten Enzyme gut mit organischen Brennstoffen wie Zucker und Alkohol zusammen, so dass nicht nur günstige Brennstoffe zum Einsatz kommen können, sondern auch Anwendungen im Bereich der [[Medizintechnik]], z. B. für Implantate, in Frage kommen. Nachteile gegenüber Katalysator-Metallen sind, dass [[Enzym]]e eine deutlich kürzere Haltbarkeit besitzen und sie anfälliger gegenüber aggressiven Reaktionsbedingungen sind.

== Anwendungen ==
Derzeit (Stand 2012) gibt es noch keine kommerzielle Anwendung von Bio-Brennstoffzellen. Wie sich anhand aktueller Forschungsprojekte erkennen lässt, sind z. B. folgende Anwendungen denkbar:
* [[Energy Harvesting]] – z. B. zur batterieunabhängigen Stromversorgung von Implantaten mit einer Blutzucker-Brennstoffzelle<ref>{{Internetquelle |url=http://forschdb.verwaltung.uni-freiburg.de/servuni/forschdbuni.recherche0?xmldokumentart=Projekt&lfdnr=7524&sprache=D&Layout=uni&Ausgabeart=bs&Rahmen=1&Variante=3 |titel=Projektbeschreibung Uni Freiburg: Graduiertenkolleg „Micro Energy Harvesting“ – Implantierbare Direkt-Glukose-Brennstoffzellen |zugriff=2012-07-18}}</ref>
* Verwertung biogener Reststoffe, z. B. in Abwassern, vgl. [[Mikrobielle Brennstoffzelle]].<ref>{{Internetquelle |url=http://www.bio-pro.de/standort/5_bioregionen/bioregio_freiburg/06052/index.html?lang=de&artikelid=/artikel/06036/index.html |titel=Batterien, die von Abfall leben |hrsg=BIOPRO Baden-Württemberg GmbH |datum=2011-01-10 |zugriff=2012-07-18}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Biosensor]]

== Weblinks ==
* [https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/strom-aus-weintrauben/ ''Strom aus Weintrauben.''] Auf: ''wissenschaft.de'' vom 14. Mai 2003.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Brennstoffzelle]]
[[Kategorie:Bioenergie]]

Bio-Brennstoffzelle - Versionsgeschichte

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