Hühnerfedern machen Brennstoffzellen billig
Neues Membranmaterial für die Energiewende hergestellt - Forscher nutzen insbesondere Keratin
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Hühnerfedern: Sie sollen den grünen Strom künftig erheblich verbilligen (Foto: 1113990, pixabay.com) |
Zürich/Singapur (pte012/20.10.2023/11:30)
Federn, die beim Schlachten von Hühnern und anderen Tieren übrigbleiben und als Abfall verbrannt werden, sollen Brennstoffzellen, die Wasserstoff in Strom und Wärme umwandeln, effektiver und billiger machen. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) und der Nanyang Technological University Singapore extrahieren aus dem fedrigen Müll Keratin, ein natürliches Protein, das als Eiweißbaustein ein wesentlicher Bestandteil beispielsweise von Haaren ist.
Entsorgung künftig entlasten
Dieses Naturprodukt wandeln sie in feinste Fasern um, sogenannte Amyloidfibrillen, aus denen sie Membranen weben. Diese werden in Brennstoffzellen als Elektrolyt eingesetzt, die den positiven vom negativen Bereich trennt, aber Protonen passieren lassen, die Atomkerne des Wasserstoffs. Für Elektronen ist die Membran undurchdringlich. Sie müssen über einen äußeren Kreislauf von der negativ geladenen Anode zur positiv geladenen Kathode fließen. Dabei können sie als elektrischer Strom genutzt werden.
In herkömmlichen Brennstoffzellen werden für solche Membranen bislang hochtoxische Chemikalien verwendet. Sie sind teuer und in der Umwelt nicht abbaubar. Die neue Membran besteht dagegen hauptsächlich aus einem umweltverträglichen und in großen Mengen vorhandenem Material. Jährlich fallen davon weltweit 40 Mio. Tonnen an, die meist verbrannt werden. Dabei entstehen große Mengen an CO2 und giftige Gase wie Schwefeldioxid. Nicht nur diese umweltunverträgliche Entsorgung wird künftig zumindest teilweise vermieden. Die neue Membran ist zudem viel billiger. Selbst die Herstellung im Labor, die traditionell teurer ist als eine spätere industrielle Produktion, senkt die Kosten auf ein Drittel.
Wertstoffe aus Essensresten
"Seit einigen Jahren erforsche ich intensiv verschiedene Möglichkeiten, Lebensmittelabfälle für erneuerbare Energiesysteme zu nutzen. Mit unserer neuesten Entwicklung schließen wir einen Kreis: Der gleiche Stoff, der beim Verbrennen CO2 und giftige Gase freisetzt, ersetzt an seiner neuen Wirkungsstätte andere giftige Stoffe", sagt ETHZ-Forscher Raffaele Mezzenga. Um makellos grünen Strom zu produzieren, benötigt die Brennstoffzelle grünen Wasserstoff. Der wird meist in Elektrolyseuren hergestellt, die mit Wind-, Wasser-, Atom- und Solarstrom arbeiten.
Die Hühnerfedermembran könnte auch hier nützlich sein. Bei der Elektrolyse wird Gleichstrom durch Wasser geleitet, worauf sich an der Anode, die dieses Mal positiv geladen ist, Sauerstoff bildet, während an der negativ geladenen Kathode Wasserstoff entweicht. Reines Wasser ist für diesen Prozess zu wenig leitfähig und erfordert die Zugabe von Säuren oder Laugen. Die neue Membran ist jedoch protonendurchlässig und ermöglicht so die für die Wasserspaltung nötige Teilchenwanderung zwischen Anode und Kathode, selbst in reinem Wasser.
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