Mit Hühnerfedern grünen Strom produzieren

In der Lebensmittelindustrie fallen enorme Mengen an Abf?llen und Nebenprodukten an, so auch in der Gefl¨¹gelproduktion. J?hrlich werden rund 40 Millionen Tonnen H¨¹hnerfedern verbrannt. Das setzt nicht nur grosse Mengen an CO₂ frei, sondern auch giftige Gase wie Schwefeldioxid.

Forschende der ETH Z¨¹rich und der Technischen Universit?t in Singapur (NTU) haben nun eine M?glichkeit gefunden, diese Federn sinnvoll zu nutzen. Mithilfe eines einfachen und umweltfreundlichen Verfahrens extrahieren sie aus den Federn das Protein Keratin und wandeln es um in feinste Fasern, sogenannte Amyloidfibrillen. Diese Keratinf?serchen werden schliesslich in der Membran einer Brennstoffzelle verwendet.

Brennstoffzellen erzeugen CO₂-freien Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff und setzen dabei lediglich W?rme und Wasser frei. Sie k?nnten k¨¹nftig eine wichtige Rolle als nachhaltige Energiequelle spielen. Das Herzst¨¹ck jeder Brennstoffzelle ist eine halbdurchl?ssige Membran. Sie l?sst Protonen durch, blockiert jedoch die Elektronen, wodurch diese dazu gezwungen werden ¨¹ber einen ?usseren Kreislauf von der negativ geladenen Anode zur positiv geladenen Kathode zu fliessen, wodurch elektrischer Strom erzeugt wird.

Industrieabf?lle sinnvoll nutzen

In herk?mmlichen Brennstoffzellen werden f¨¹r solche Membranen bislang hochtoxische Chemikalien (?Forever Chemicals?) verwendet. Sie sind teuer und in der Umwelt nicht abbaubar. Die von den ETH- und NTU-Forschenden entwickelte Membran hingegen besteht haupts?chlich aus biologischem Keratin, das umweltvertr?glich und in grossen Mengen ¨C H¨¹hnerfedern bestehen zu 90 Prozent aus Keratin ¨C verf¨¹gbar ist. Die Membran ist dadurch bereits bei der Herstellung im Labor bis zu dreimal g¨¹nstiger als herk?mmliche Membrane.

?Seit einigen Jahren erforsche ich intensiv verschiedene M?glichkeiten, Lebensmittelabf?lle f¨¹r erneuerbare Energiesysteme zu nutzen?, sagt Raffaele Mezzenga, Professor f¨¹r Lebensmittel und weiche Materialien an der ETH Z¨¹rich. ?Mit unserer neuesten Entwicklung schliessen wir einen Kreis: Der gleiche Stoff, der beim Verbrennen CO₂ und giftige Gase freisetzt, ersetzt an seiner neuen Wirkungsst?tte giftige Stoffe und verhindert auch die Freisetzung von CO_2, wodurch wir die CO₂-Bilanz verbessern?, so Mezzenga.

Vielseitig einsetzbar

Um Wasserstoff als nachhaltige Energiequelle zu etablieren, m¨¹ssen jedoch noch weitere Herausforderungen bew?ltigt werden. ?Wasserstoff ist das h?ufigste 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 k?nnte die neue Membran k¨¹nftig gute Dienste leisten, denn sie l?sst 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, w?hrend an der negativ geladenen Kathode Wasserstoff entweicht. Reines Wasser ist f¨¹r diesen Prozess zu wenig leitf?hig und erfordert oft die Zugabe von S?uren. Die neue Membran ist jedoch protonendurchl?ssig und erm?glicht so die f¨¹r die Wasserspaltung n?tige Teilchenwanderung zwischen Anode und Kathode, selbst in reinem Wasser.

Zum Patent angemeldet

In einem n?chsten Schritt werden die Forschenden nun untersuchen, wie stabil und langlebig ihre Keratin-Membran ist und sie allenfalls verbessern. Das Forschungsteam hat bereits gemeinsam ein Patent f¨¹r die Membran angemeldet und sucht nun nach Investoren oder Firmen, die die Technologie weiterentwickeln und auf den Markt bringen.