| |  | Welche Leistung liefert eine biochemische Brennstoffzelle? |  |
 |  |  |  | Guido
Willems | 17 |
| | Ort: Nottuln |
|  |  |  |  |
|  | | | | | | 
Zum Vergrössern ins Bild klicken! | | | | |
|
| | | |  | | Schule:
Friedensschule
Münster | | Betreuung:
Elgin Wrona
| |  |
| | | | |
Kurzfassung: | | | | In der vorliegenden Arbeit geht es um den Bau einer Brennstoffzelle, die durch die Oxidation von Glucose und durch Reduktion von Wasserstoffperoxid elektrische Energie gewinnt. Zur Oxidation der Glucose verwende ich das Enzym Glucoseoxidase. In einem weiteren Versuch nutze ich Hefepilze zur Katalyse.
Die beiden Redoxpartner sind räumlich voneinander getrennt, sodass eine Elektronenübertragung durch einen Draht möglich ist. Die Elektronenübertragung von Glucose auf die zugehörige Graphitelektrode findet nicht direkt statt, sondern über einen Mediator. Als Mediator teste ich die Farbstoffe Methylenblau und HNQ. Der Mediator wird bei der Oxidation der Glucose zunächst reduziert, später wird er wieder oxidiert. Erst bei der Oxidation des Mediators werden Elektronen an die Elektrode abgegeben.
Außerdem führe ich an der durch das isolierte Enzym katalysierten Brennstoffzelle quantitative Untersuchungen zur maximalen elektrischen Leistungsausbeute und zur Entladezeit durch.
Die maximale Leistungsausbeute bestimme ich, indem ich einen Widerstand in den äußeren Stromkreis einbaue, der dem Innenwiderstand der Brennstoffzelle entspricht. In dieser Anordnung der Schaltung, die man auch als Leistungsanpassung bezeichnet, gibt die Zelle ihre maximale elektrische Leistung an den äußeren Verbraucher ab. In einem weiteren Versuch entlade ich die Zelle mit einem Festwiderstand und zeichne mit Hilfe eines Computers und eines All-Chem-Misst-Messgerätes eine Entladekurve auf.
Die durch Glucoseoxidase katalysierte Brennstoffzelle liefert eine Leistung, die genügt, um einen kleinen Elektromotor zu betreiben. Die Leistungsausbeute der durch Hefepilze katalysierten Zelle ist dafür zu gering.
Die quantitative Messung ergab eine Höchstleistung von 830 µW. Die Entladezeit bei der computergestützten Messung belief sich bei Verwendung eines Entladestroms von etwa 3,7 mA auf 11 min. Danach fiel die Spannung immer weiter ab.
Mit 830 µW ist die maximale Leistung der Zelle recht klein. Ein denkbarer Einsatzzweck ist ihre Verwendung zur Energieversorgung von Herzschrittmachern. Dazu muss jedoch erst ein geeigneter Katalysator gefunden werden, weil die hier verwendeten Katalysatoren nicht ewig haltbar sind.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit ist der Einsatz einer ähnlichen Zelle in der Abwasserwiederaufbereitung. Dort können Mikroorganismen organische Verunreinigungen oxidieren und dabei Elektronen abgeben. Die erzeugte elektrische Energie könnte ins Netz eingespeist werden. | | | | |
Sonderpreis:  Platzierung: | |
