Mit Hühnerfedern zur grünen Stromproduktion

Ein Forschungsteam der ETH Zürich und der Nanyang Technological University Singapore (NTU) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem auf ökologische Weise aus Hühnerfedern die wichtige halbdurchlässige Membran für Brennstoffzellen hergestellt werden kann. Das Verfahren kann den Einsatz hochtoxischer Stoffe, die normalerweise verwendet werden, ersetzen.

In der Studie "Renewable Energy from Livestock Waste Valorization: Amyloid-Based Feather Keratin Fuel Cells", die in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht ist, nutzen die Forscher ein Verfahren, mit dem sie aus den Federn das Protein Keratin extrahieren. Daraus gewinnen sie Amyloidfibrillen, sehr feine Fasern, die in der Membran von Brennstoffzellen verwendet werden können.

Diese halbdurchlässige Membran bildet das Herzstück einer jeden Brennstoffzelle, aus der elektrische Energie CO₂-frei aus Wasser- und Sauerstoff hergestellt werden kann. Die Membran ist halbdurchlässig, lässt also Protonen durch und hält Elektronen auf. Die Elektronen wandern in einem eigenen Kreislauf von der negativ geladenen Anode zur positiv geladenen Kathode. Dadurch entsteht elektrischer Strom.

Bisher kommen in den Brennstoffzellenmembranen hochgiftige Chemikalien zum Einsatz, sogenannte Forever Chemicals, die nicht abgebaut werden können und zugleich teuer in der Herstellung sind. Die Forschenden setzten deshalb auf Hühnerfedern als Grundlage für die Membranen. Sie sind als Abfallprodukt der Geflügel verarbeitenden Industrie preiswert und in großen Mengen zu haben. Rund 40 Millionen Tonnen Hühnerfedern fallen pro Jahr an, schreiben die Wissenschaftler. Die Membran kann somit im Labor etwa dreimal günstiger hergestellt werden als Membranen im herkömmlichen Verfahren. Als weiterer Nebeneffekt müssen weniger Hühnerfedern verbrannt werden, wodurch weniger CO₂ und giftige Gase, wie etwa Schwefeldioxid, in die Atmosphäre gelangen.

Auch in der Wasserstoffproduktion einsetzbar

Das Wissenschaftsteam sieht noch einen weiteren Anwendungsfall für die neue Membran. So könnte sie im Falle der Wasserstoffproduktion bei der Elektrolyse eingesetzt werden. Hierbei wird Gleichstrom durch Wasser geleitet, sodass sich an der positiv geladenen Anode Sauerstoff bildet. An der negativ geladenen Anode entsteht Wasserstoff. Bei diesem Verfahren sind dem Wasser in der Regel Säuren beigesetzt, die die Leitfähigkeit des Wassers erhöhen. Die protonendurchlässige Membran könnte die nötige Teilchenwanderung zwischen Anode und Kathode ermöglichen. Das würde nach Angaben der Wissenschaftler auch in reinem Wasser funktionieren, sodass insgesamt eine nachhaltigere Wasserstoffproduktion möglich wäre.

Die Forscher der ETH und der NTU wollen nun ihre Forschung weiter verstärken. Sie untersuchen zunächst die Stabilität und Langlebigkeit der Membran, um sie eventuell zu verbessern. Das Wissenschaftsteam hat die Membran bereits zum Patent angemeldet. Jetzt sind die Forschenden auf der Suche nach Investoren und Unternehmen, die die Membran gemeinsam weiterentwickeln und auf den Markt bringen wollen.

(olb)