Ein Enzym namens Huc benötigt nur kleinste Mengen von Wasserstoff aus der Luft, um daraus Energie zu erzeugen. Bildrechte: imago images/Alexander Limbach

Neue Energiequelle Enzym wandelt Wasserstoffmoleküle in Elektrizität um

08. März 2023, 17:00 Uhr

Batterien, die immer geladen sind, so lange sie Luftkontakt haben: Eine australische Forschungsgruppe hat ein Enzym entdeckt, mit dem das funktionieren könnte.

Elektrische Geräte, die sich selbst aufladen, ohne externe Stromquelle, ohne Solarzellen, einfach so durch die Umgebungsluft. Was klingt wie eine Utopie, könnte gar nicht mehr so weit entfernt sein. Ein Enzym namens Huc soll es möglich machen.

"Wenn wir Huc erst einmal in ausreichenden Mengen produziert haben, sind der Nutzung zur Erzeugung sauberer Energie buchstäblich keine Grenzen mehr gesetzt", sagt Dr. Rhys Grinter von der Universität in Melbourne. Gemeinsam mit Doktorandin Ashleigh Kropp und Professor Chris Greening hat er das Enzym und seine möglicherweise bahnbrechenden Eigenschaften genauestens untersucht.

Überleben in der Antarktis und in Vulkanen

Gefunden wurde das Enzym in der Bakterienart Mycobacterium smegmatis. Diese kommt sowohl in verschiedenen Erdböden als auch im menschlichen Körper, genauer gesagt im Genitalbereich vor. Letzteres ist aber in diesem Fall nicht entscheidend. Die Forschungsgruppe stellte sich vielmehr die Frage, wie dieses Bakterium in extrem kargen Böden überleben kann, was es also am Leben erhält.

Wir wussten nicht, wie sie das machen - bis jetzt.

Prof. Chris Greening, Monash University Melbourne

"Wir wissen schon seit einiger Zeit, dass Bakterien den Spurenwasserstoff in der Luft als Energiequelle nutzen können, um zu wachsen und zu überleben, auch in antarktischen Böden, Vulkankratern und in der Tiefsee", sagt Professor Greening. "Aber wir wussten nicht, wie sie das machen - bis jetzt."

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So sieht die Bakterienart Mycobacterium smegmatis unter dem Rasterelektronenmikroskop aus. Die stäbchenförmigen Bakterien sind etwa 0,003 bis 0,005 Millimeter lang. Bildrechte: imago/Science Photo Library

Enzym arbeitet auch gefroren und erhitzt

Die Forschungsgruppe extrahierte ein Huc genanntes Enzym aus den Bakterien und untersuchte es mit mehreren hochmodernen Methoden. Im Laufe der Forschung wurde klar, dass Huc gasförmige Wasserstoff-Moleküle aus der Umgebungsluft in Elektrizität umwandelt - und das auch noch äußerst effizient und stabil.

"Im Gegensatz zu allen anderen bekannten Enzymen und chemischen Katalysatoren verbraucht Huc Wasserstoff unterhalb des atmosphärischen Niveaus - nur 0,00005 % der Luft, die wir atmen", sagt Rhys Grinter.
Und in Sachen Stabilität fügt Ashleigh Kropp hinzu: "Es ist erstaunlich stabil. Es ist möglich, das Enzym einzufrieren oder auf 80 Grad Celsius zu erhitzen, und es behält seine Fähigkeit, Energie zu erzeugen." Dadurch werde auch klar, warum die Bakterien, die Huc in sich tragen, in extremsten Umgebungen überleben können.

In Zukunft "luftbetriebene" Geräte?

Huc ist also so etwas wie eine natürliche Batterie, die nur aus Luft oder aus zugesetztem Wasserstoff dauerhaft elektrischen Strom erzeugt. Noch ist die Forschung in einem sehr frühen Stadium, aber Potenzial für "luftbetriebene" elektrische Geräte, zum Beispiel als Alternative zu solarbetriebenen sieht die australische Forschungsgruppe auf jeden Fall. Bakterien, die Enzyme wie Huc produzieren, seien weit verbreitet und könnten auch in großen Mengen gezüchtet werden. Die Enzym-Quelle müsse also nie versiegen.

Noch handelt es sich "nur" um Grundlagenforschung. Das Hauptziel künftiger Arbeit sei, die Huc-Produktion zu steigern, sagt Rhys Grinter.