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Nutzen, was von uns übrigbleibt: Bioenergie durch Urin

Mikrobielle Brennstoffzelle
Diese mikrobiellen Brennstoffzellen waren ursprünglich zum Betreiben eines Roboters gedacht. | Bild: WDR

Bis zu zwei Liter Urin scheiden wir jeden Tag aus. Bis zu zwei Liter landen in der Kanalisation – und das, obwohl Urin alles andere als unnütz ist: Forscher an der Universität von Westengland in Bristol haben herausgefunden, wie aus unserem Urin Strom erzeugt werden kann. Der Durchbruch gelang ihnen mithilfe von sogenannten mikrobiellen Brennstoffzellen. Diese enthalten lebende Mikroorganismen wie zum Beispiel Bakterien, die durch ihren Stoffwechsel die Nährstoffe im Urin zersetzen und dabei Strom erzeugen.

Autonome Roboter waren der Anfang

In einem Behälter mit Urin sind Schilder mit den Bestandteilen.
Urin bringt für die Verwendung mit mikrobiellen Brennstoffzellen viele Vorteile. | Bild: WDR

Seit 17 Jahren arbeitet Ingenieur und Bioenergieexperte Prof. Ioannis Ieropoulos mit seinem Team an der Technologie, Strom aus Urin zu erzeugen. Alles begann damit, dass der Forscher von einem autonomen Roboter träumte, der sich ohne menschliche Hilfe selbst mit Energie versorgen sollte. In ersten Recherchen stießen die Forscher schnell auf mikrobielle Brennstoffzellen. Diese waren zur damaligen Zeit wenig erforscht, aber keineswegs neu. Schon 1911 wurde die Technologie das erste Mal vom Engländer Michael Potter in einer Publikation erwähnt, lange aber kaum beachtet.  

Für Ieropoulos und sein Team waren sie aber vielversprechend. Zuerst nutzten sie als Ausgangsmaterial noch Zucker, doch irgendwann kamen sie auf die Idee, es mit menschlichen Ausscheidungen zu versuchen. Während sie Abwasser mithilfe der Brennstoffzellen sogar reinigen konnten, erzeugten sie damit aber zu wenig Strom. Unverdünntes Urin erzeugte aber dreimal so viel Energie. Das war der Durchbruch.

Urin: Das perfekte Elektrolyt

Ioannis Ieropoulos
Seit 17 Jahren arbeitet Ioannis Ieropoulos an der Technologie, die mit Urin Strom erzeugt. | Bild: WDR

Urin besteht zu 95 Prozent aus Wasser. Die restlichen fünf Prozent setzen sich aus verschiedensten Bestandteilen zusammen. Essentiell für die Stromerzeugung sind die enthaltenen Kohlenhydrate, die von den Bakterien zersetzt werden können. Zudem ist der Säuregehalt von Urin fast neutral, was eine Umgebung schafft, in der sich Bakterien wohlfühlen. Aber auch die Leitfähigkeit von Urin ist perfekt für die Brennstoffzellen.

Die Zellen selbst sind leere Keramikzylinder, bei denen sowohl an der Außenseite, als auch an der Innenseite Elektroden befestigt werden. Die äußere Elektrode ist dabei dem Urin ausgesetzt. Bei der Zersetzung der Kohlehydrate durch die Bakterien entstehen positive Teilchen (Protonen) und negative (Elektronen). Über den am Pluspol befestigten Draht wandern die Elektronen in das Innere der Brennstoffzelle. Von den Elektronen angezogen, bewegen sich die Protonen durch die Keramik-Schicht ins Innere der Zelle. Hier entsteht ein Überschuss negativer Ladung. Durch den Ausgleich der Elektronen können so LED-Lampen zum Leuchten gebracht und Handys geladen werden. Letzteres dauert aber noch sehr lang: 24 Stunden braucht es, bis ein Smartphone komplett geladen ist.

Forschungsprojekt bei einem Musik-Festival vorgestellt

Häufig bleibt Forschung hinter verschlossenen Türen der Institute. Beim "PeeProject" der Wissenschaftler aus Bristol ist das anders: Sie wollten ihre Ergebnisse der Welt präsentieren und Wissenschaft für ganz normale Menschen erlebbar machen. Zweimal waren sie deshalb schon auf dem Glastonbury-Festival, dem mit 180.000 Besuchern größten Musik-Festival seiner Art in Europa. Und wo das Bier in Strömen fließt, sind auch Toiletten gefragt: Die Forscher haben daher extra für das Festival ein Urinal gebaut. 440 Brennstoffzellen sind darin verbaut, um die elektrische Spannung zu erreichen, die für die Beleuchtung der Anlage nötig ist. Die Besucher des Festivals konnten so sofort selbst sehen, wie sie beim Toilettengang Strom erzeugen – selten gibt es die Möglichkeit, Wissenschaft so greifbar zu erleben.

Doch damit nicht genug: Die Forscher hatten noch eine viel weitreichende Idee. Die Technologie ist hervorragend geeignet für Flüchtlingscamps und Entwicklungsländer. Strom ist dort nicht selbstverständlich, Toiletten häufig nicht beleuchtet. Immer wieder kommt es an solchen Orten zu Übergriffen auf Frauen. Aber auch potentiell gefährliche Insekten und Reptilien können im Dunkeln nicht gesehen werden. Die Technologie der Briten könnte hier helfen. Und sie tut es auch: In einer Mädchenschule in Uganda konnte schon mit großem Erfolg ein Prototyp installiert werden. Im Juni 2018 kam noch eine Schule, in einem Slum in Nairobi in Kenia hinzu. Weitere Projekte sind schon in Planung.

Installation noch teuer

Leuchtende Glühbirne in Nahaufnahme
In Zukunft könnte die Technologie zum Beispiel Strom für ganze Slums erzeugen. | Bild: WDR

Ein Toilettengang, also circa 200 Milliliter, mehr braucht es nicht, um genug Strom für eine Handyladung zu produzieren. In Zukunft reicht vielleicht sogar weniger. Das "Pee-Project" konnte über die Jahre schon viele Unterstützer, wie zum Beispiel Oxfam, hinter sich versammeln. Trotzdem ist die Installation eines Systems im Ausland sehr kostenaufwändig. Die Materialien allein kosten rund 4.500 Euro. Weitere Aufwendungen wie Reisekosten, Unterkunft und Transport der Materialien lassen die Kosten für eine Installation auf bis zu 9.000 Euro ansteigen.

Ioannis Ieropoulos wünscht sich, dass die Kosten für ein System bald bei nicht mehr als etwa 560 Euro liegen. Er träumt von einer Zukunft, in der jeder Haushalt auf der Welt diese Technologie nutzt und damit seinen eigenen Strom erzeugt – egal ob in den Entwicklungsländern oder in den westlichen Industriestaaten.

Was einmal mit der Idee, einen autonomen Roboter mir Energie zu versorgen begann, könnte bald eine Lösung sein, Energie kostengünstig, dezentral und sauber zu produzieren.

Autorin: Lena Gräf (WDR)

Stand: 27.08.2019 22:01 Uhr

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