ETH und NTU: Umweltfreundliche Brennstoffzelle dank dem Keratin von Hühnerfedern
Brennstoffzellen sollen mittels Membranen aus dem Keratin von Hühnerfedern umweltfreundlicher und auch kostengünstiger werden. Dies ist die Idee eines Forschungsteams der ETH Zürich und der Technischen Universität von Singapur. Es hat bereits ein Patent für die Entwicklung angemeldet.
Quelle: Xuân Tuấn Anh Đặng / pixabay.com / public-domain-ähnlich
Die Federn von Hühnern sollen für umweltfreundlichere Brennstoffzellen sorgen.
In der Lebensmittelindustrie fallen enorme Mengen an Abfällen und Nebenprodukten an, auch in der Geflügelproduktion. So werden jährlich rund 40 Millionen Tonnen Hühnerfedern verbrannt. Dies wiederum setzt nicht nur grosse Mengen an CO2 frei, sondern auch giftige Gase wie Schwefeldioxid.
Ein Team der ETH Zürich und der Technischen Universität in Singapur (NTU) haben nun eine Möglichkeit gefunden, diese Federn sinnvoll zu nutzen: Mithilfe eines einfachen und umweltfreundlichen Verfahrens extrahieren sie aus den Federn das Protein Keratin und wandeln es in feinste Fasern um, sogenannte Amyloidfibrillen. Diese Keratinfäserchen werden schliesslich in der Membran einer Brennstoffzelle verwendet.
Brennstoffzellen erzeugen CO2- freien Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff und setzen dabei lediglich Wärme und Wasser frei. Wie die ETH in ihrer Medienmitteilung schreibt, könnten sie künftig eine wichtige Rolle als nachhaltige Energiequelle spielen. Das Herzstück jeder Brennstoffzelle ist eine halbdurchlässige Membran. Sie lässt Protonen durch, blockiert jedoch die Elektronen, wodurch diese dazu gezwungen werden über einen äusseren Kreislauf von der negativ geladenen Anode zur positiv geladenen Kathode zu fliessen, wodurch elektrischer Strom erzeugt wird.
Herkömmliche Brennstoffzellen mit Membranen aus «Forever Chemicals»
Bislang werden für solche Membranen werden bei herkömmlichen Brennstoffzellen hochtoxische Chemikalien – respektive «Forever Chemicals» - verwendet. Sie sind teuer und sie können aber vor allem in der Umwelt nicht abgebaut werden. Die von den Fachleuten der ETH- und NTU entwickelte Membran hingegen besteht zur Hauptsache aus biologischem Keratin, das umweltverträglich und in grossen Mengen – Hühnerfedern bestehen zu 90 Prozent aus Keratin – verfügbar ist. Dadurch ist die Membran gemäss ETH bereits bei der Herstellung im Labor bis zu dreimal günstiger als eine herkömmliche Membran.
«Seit einigen Jahren erforsche ich intensiv verschiedene Möglichkeiten, Lebensmittelabfälle für erneuerbare Energiesysteme zu nutzen», sagt Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien an der ETH Zürich. «Mit unserer neuesten Entwicklung schliessen wir einen Kreis: Der gleiche Stoff, der beim Verbrennen CO2 und giftige Gase freisetzt, ersetzt an seiner neuen Wirkungsstätte giftige Stoffe und verhindert auch die Freisetzung von CO2, wodurch wir die CO2- Bilanz verbessern.»
Wasserstoff als nachhaltige Energiequelle zu etablieren birgt Herausforderungen
Damit Wasserstoff als nachhaltige Energiequelle etalbliert werden kann, müssen allerdings noch weitere Herausforderungen bewältigt werden. «Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum, nur leider nicht auf der Erde», sagt Mezzenga. Da Wasserstoff hier nicht in reiner Form vorkommt, muss er unter grossem Energieeinsatz hergestellt werden. Auch dabei könnte die neue Membran künftig gute Dienste leisten, wie die ETH schreibt. Denn sie lässt sich nicht nur in Brennstoffzellen einsetzen, sondern auch bei der Wasserspaltung.
Bei der sogenannten Elektrolyse wird Gleichstrom durch das 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 oft die Zugabe von Säuren. Die neue Membran ist jedoch protonendurchlässig und ermöglicht so die für die Wasserspaltung nötige Teilchenwanderung zwischen Anode und Kathode, selbst in reinem Wasser.
In einem nächsten Schritt will das Forschungsteam untersuchen, wie stabil und langlebig die Keratin- Membran ist und sie allenfalls verbessern. Zudem hat es bereits gemeinsam ein Patent für die Membran angemeldet und sucht nun nach Investoren oder Firmen, die die Technologie weiterentwickeln und auf den Markt bringen. (mgt/mai)
