DARPA testet Energieversorgungssystem für Unterwassersensoren mit Meerwasser

DARPA erprobt ein Energieversorgungssystem für Unterwassersensoren mit Meerwasser

Forschende der Michigan Technological University entwickeln mikrobielle Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz. Diese könnten Meeressensoren mit Energie versorgen, indem sie organische Stoffe nutzen, die bereits im Meerwasser vorhanden sind.

DARPA-BLUE-Programm für autonome Unterwassersensoren

Das Vorhaben entsteht im Rahmen des DARPA-Programms BLUE (BioLogical Undersea Energy). Ziel ist es, autonome Energiequellen für Unterwassersensoren zu entwickeln, die über lange Zeit betrieben werden können. Derzeit sind die meisten dieser Geräte auf Batterien angewiesen, deren Austausch durch das kostspielige und aufwendige Bergen an die Oberfläche erfolgt.

Die Technologie basiert auf mikrobiellen Brennstoffzellen. Darin „verarbeiten“ Bakterien organische Substanzen im Wasser und geben während ihres Stoffwechsels Elektronen ab. Das System fängt diese Elektronen auf und wandelt sie in elektrischen Strom um. Anders als bei herkömmlichen Energiequellen ist kein separater Brennstoffvorrat erforderlich, weil alle notwendigen Stoffe bereits in der Umgebung vorhanden sind.

Mikrobielle Brennstoffzellen im Meerwasser

Eine Schwierigkeit besteht darin, dass der Ozean deutlich weniger organisches Material enthält als etwa Abwasser, in dem solche Technologien häufiger eingesetzt werden. Zusätzlich beeinträchtigt die hohe Sauerstoffkonzentration die Aktivität der Bakterien.

Um diese Hürden zu überwinden, setzen die Forschenden granulierte Aktivkohle in röhrenförmigen Zellen ein. Sie bündelt organische Stoffe, bietet den Bakterien eine Oberfläche zur Bildung von Biofilmen und steigert die Stromerzeugung auch unter sauerstoffreichen Bedingungen.

Tests in der Chesapeake Bay und Galveston Bay

Die Prototypen wurden bereits unter realen Bedingungen erprobt. In der Chesapeake Bay arbeitete das System rund 30 Tage unter Wasser und erzeugte weiterhin Strom. In der Galveston Bay testete das Team eine modulare Ausführung: Drei von vier Einheiten produzierten erfolgreich Energie.

Nach Angaben der Entwickelnden könnte die Technologie künftig Unterwassersensoren, Systeme zur Umweltüberwachung und Netze akustischer Sensoren mit Strom versorgen.

Als nächster Schritt sind umfangreichere Tests mit 10 „mikrobiellen Brennstoffzellen“ in der Chesapeake Bay geplant. Die zum Atlantischen Ozean gehörende Bucht liegt zwischen den US-Bundesstaaten Virginia und Maryland und reicht weit ins Landesinnere. Dabei soll geprüft werden, ob das System für einen langfristigen autonomen Betrieb von bis zu einem Jahr geeignet ist.