TEIL C

MICRO ENERGY HARVESTING

Biologische Systeme

Die hier aufgeführten Umsetzungen des Micro Energy Harvesting lassen sich in erster Linie in bakterielle Systeme sowie in Geräte unterteilen, die auf muskulären Wirkungen oder auch der Strömung des Blutkreislaufes basieren.

Bei den als erstes behandelten bakteriellen Systemen kommen Mikroben, Einzeller und Algen zum Einsatz, deren treibstoff-generierende Nahrung hauptsächlich die Inhaltsstoffe von Abwässern und Sedimenten sowie organisches Material wie Pflanzen oder Tiere sind. Ihre Nutzung erfolgt hauptsächlich durch mikrobielle oder enzymatische Bio-Brennstoffzellen, die ebenfalls bei den anschließend behandelten Flüssigkeiten, insbesondere denen des Körpers, wie Blut, Urin, Speichel, Schweiß usw., zum Einsatz kommen. Zur Erinnerung: Ein menschlicher Körper enthält mehr Bakterien als menschliche Zellen, und ein Milliliter Süßwasser kann bis zu einer Million Bakterien enthalten.

Insekten und andere Lebewesen bilden - allerdings nicht als Nahrung, sondern lebendig - die nächste Gruppe, die zur Energieproduktion herangezogen wird. Daran schließen sich Systeme an, die durch unterschiedliche Muskeln in Betrieb gesetzt werden, angefangen von Herzmuskeln bis hin zu Fingern, die auf Tastaturen anschlagen. In der alphabetischen Reihenfolge geht es dann mit Pflanzen aller Art weiter, sodann mit Tieren und zum Abschluß werden noch einige Technologien vorgestellt, die sich den obigen Zuordnungen entziehen.

Bakterielle Systeme (I)

Bakterielle Systeme, deren Funktion auf einer Umwandlung von Biomasse beruht, sind in Form von Biogasanlagen schon weit verbreitet. Die zellulären ,Werktätigen’ lassen sich aber auch in kleinerem Maßstab nutzen. So beschreibt Michael Potter, Professor für Botanik an der University of Durham, bereits 1911 eine einfach aufgebaute biologische Brennstoffzelle, die mit dem Elektronentransfer von Escherichia coli-Bakterien funktioniert, deren Technik aber in Vergessenheit gerät, da die Spannung, die sich aus solchen Zellen gewinnen läßt, nicht sehr hoch ist.

Barnet Cohen von der Johns Hopkins Medical School in Baltimore entwickelt 1931 mikrobielle Halbzellen, die in Serie geschaltet eine Spannung von bis zu 35 V generierten, dabei allerdings nur einen Stromfluß von 2 mA erreichen.

Forschungen, Enzyme direkt für die Oxidation in Bio-Brennstoffzellen einzusetzen, beginnen erst in den frühen 1960er Jahren als Produkt des Interesses der NASA, Möglichkeiten zu finden, menschlichen Abfall an Bord von Raumfahrzeugen in nutzbare Energie zu recyceln, sowie als Bestandteil der Suche nach einem künstlichen Herzen, konkret als Energiequelle dafür, die direkt in den menschlichen Körper eingesetzt werden könnte.

Die erste enzymatische Brennstoffzelle (Enzymatic Fuel Cell, EFC) wird 1963 von Richard S. Berk an der Wayne State University in Detroit, Michigan, gemeinsam mit Jamies H. Canfield, einem Mitarbeiter der Firma Magna Corp. im kalifornischen Anaheim, hergestellt. In ihrem Papier beschrieben sie den elektrochemischen Einfluß von photosynthetischen Organismen, die auf Platinelektroden wachsen oder sich in deren Nähe befinden.

Sie stellen dabei die elektrochemische Daten von zwei Halbzellsystemen vor, bestehend aus blau-grünen Meeresalgen und Rhodospirillum rubrum, und zeigen, wie ihre Kombination zum Bau einer biologischen Solarbatterie führt, die Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt. Im Ein-Elektroden-Betrieb erreicht eine sandgestrahlte Platinelektrode, die mit einer Population von Meeresalgen bewachsen ist, bei Beleuchtung eine Stromdichte von 4,3 µA/cm², während eine Zelle, die aus einer Algen-Kathode und einer Suspensions-Anode mit R. rubrum besteht, nach kontinuierlicher Beleuchtung für 21 Stunden eine  Spannung von 0,96 V und ein Stromdichte von 75 µA/cm² liefert. Die Forschungen erfolgen mit Förderung durch die U.S. Navy.

Eine weitere Arbeit zu diesem Thema bildet die ebenfalls 1963 erschienene Studie von M. G. DelDuca et al., die Wasserstoff verwendeen, welcher mittels Fermentation von Glukose durch Clostridium butyricum als Reaktant an der Anode einer Wasserstoff/Luft-Brennstoffzelle erzeugt wird. Das dabei auftretende Problem der instabilen Wasserstoffproduktion durch die Mikroorganismen wird allerdings erst 1976 durch eine Weiterentwicklung von S. Suzuki, I. Karube et al., gelöst – dem Team, auf das auch das aktuelle Designkonzept der biologischen Brennstoffzellen zurückgeht.

1964 folgt die Veröffentlichung einer Studie über Enzyme-verwendende Bio-Brennstoffzellen von A. T. Yahiro, S. M. Lee und D. O. Kimble, die bei der Firma Space-General Corp. in El Monte, Kalifornien, tätig sind. Hier wird die Verwendung einer aus Plexiglas konstruierten Zelle beschrieben, die mit Platin-Folienelektroden und einer Ionenaustauschmembran ausgestattet ist. Zum Einsatz kommen Flavoprotein-Enzyme und sowohl Glucoseoxidase- als auch D-Aminosäure-Oxidase-Systeme. Die Zelle erzeugt 175 - 350 mV.

Weitere Publikationen aus dieser Zeit befassen sich primär mit implantierbaren Brennstoffzellen für ein künstliches Herz. Da man jedoch bald erkennt, daß die Leistungsdichte und die Lebensdauer den Anforderungen eines künstlichen Herzens nicht genügen, richten sich die weiteren Arbeiten auf implantierbare Zellen für andere medizinische Anwendungen. Signifikante Umsetzungen sind aus dieser Zeit aber nicht nachzuweisen.

Die Forschungen gehen erst in den 1980er und frühen 1990er Jahren weiter, nachdem klar ist, daß metallische Katalysatoren die gewünschten Ergebnisse nicht liefern würden. Nun werden ehrgeizige Bemühungen unternommen, aus Bio-Brennstoffzellen ,grüne’ Stromquellen zu machen. So wird die Idee beispielsweise von M. J. Allen und später von H. Peter Bennetto aufgegriffen, die beide am Kings College London tätig sind und hauptsächlich untersuchen, wie das Ganze überhaupt funktioniert. Um 1983 setzen A. P.  F. Turner et al. erstmals Übergangsmetallkomplexe als Redoxvermittler in Bio-Brennstoffzellen ein, während B. Persson und L. Gorton im Jahr 1985 über eine Anode berichten, die auf einem adsorbierten Redox-Mediator basiert.

Die Idee der mikrobiellen Brennstoffzelle (Microbiologial Fuel Cell, MFC) erlebt in den 1990er Jahren eine Renaissance, als der Koreaner Byung Hong Kim entdeckt, daß sich bestimmte Bakterienarten besonders gut für diese Zellen eignen. Immerhin können diese anders als herkömmliche Batterien praktisch unbegrenzt Strom liefern – solange nämlich die Bakterien am Leben sind und genug Nahrung bekommen. Ein weiterer Vorteil von MFCs ist, daß sie das durch Photosynthese erzeugte organische Material verwenden, welches von der Pflanze über die Wurzeln ausgeschieden wird und bis zu 70 % des pflanzlichen Gesamtumsatzes beträgt.

G. T. R. Palmore und H.-H. Kim beschreiben 1999 eine stark verbesserte membranartige Zelle mit diffundierenden Komponenten in beiden Kammern, deren Output über 1 V beträgt.

In den frühen 2000er Jahren beginnt an der University of Massachusetts (UMass) in Amherst ein Forschungsteam unter der Leitung des Mikrobiologen Derek R. Lovley die Fähigkeit des Bakteriums Geobacter zu erforschen, aus organischer Substanz Strom zu erzeugen und zu leiten. Den Stamm Geobacter metallireducens hatte Lovley erstmals im Jahr 1987 im Sand-Sediment des Potomac River in Washington D. C. isoliert, während der Geobacter sulfurreducens zum ersten mal 1994 von Caccavo Jr. et al. beschrieben wurde.

Bis zum Jahr 2005 gelingt es dem Forschungsteam um Lovley, den Mechanismus dieser Fähigkeit zu identifizieren. Es handelt sich um Pili genannte, haarähnliche Ausstülpungen, welche die Geobacter wie Girlanden aus Nanodrähten umgeben und einen dünnen Biofilm schaffen, der Elektronen aus dem Organismus zu Eisen im Schlamm oder Abwasser leitet.

Im Laufe der Folgejahre schaffen es die Wissenschaftler einen Geobacter-Stamm zu entwickeln, der bei der Erzeugung von Energie acht mal effizienter als andere Stämme ist, was dazu dazu beiträgt, daß es die elektrische Mikrobe 2009 auf die Liste der 50 Top-Erfindungen des Time Magazine schafft.

Zu diesem Zeitpunkt arbeiten auch Forscher an der University of Minnesota - Twin Cities um Daniel Bond an einer von der National Science Foundation (NSF) finanzierten Studie über den G. sulfurreducens, bei der festgestellt wird, daß das Bakterium Proteine besitzt, welche die Elektronen den ganzen Weg zu der Elektrode führen, was im Vergleich zu anderen Bakterien einzigartig ist.

Im Jahr 2010 erregt die Forschung die Aufmerksamkeit der US-Marine, die an einen möglichen Einsatz in MFCs denkt, die mit Meerwasser laufen – weshalb das aktuelle Projekt von Lovley auch von der Marine zusammen mit dem Energieministerium und der National Science Foundation (NSF) finanziert wird. Wie bereits im April bekannt wird, arbeitet das Office of Naval Research (ONR) zudem selbst an der Entwicklung einer mikrobiellen Brennstoffzelle, die Strom aus Nährstoffen im Schlamm und Abwasser beziehen soll.

Navy-Forscher des Space and Naval Warfare Systems Center (SPAWAR) verwenden bereits kleine und leichte MFCs zum Betrieb von Sensoren, um die im Pazifik gefährdeten grünen Meeresschildkröten zu verfolgen. Nun hat man das Ziel, eine MFC zu entwickeln, die stark genug ist um ein 120 cm langes, autonomes Roboter-Unterwasserfahrzeug zu versorgen, das auf dem Meeresboden ruhend Meeresorganismen zerlegt, um seine Batterien wieder aufzuladen.

Im Juni 2011 verlautet, daß das U.S. Naval Research Laboratory (NRL) eine neue Art der Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet, die Bakterien nutzt, um variablem Auftrieb zur Verfügung zu stellen. Dieser ermöglicht einem autonomen Ozean-Sensor, mit Leichtigkeit an der Oberfläche zu bleiben bzw. zu tauchen. Aus diesem Grund besteht die Ernte des mikrobiellen Stoffwechsels auch nicht aus Strom, sondern aus dem Nebenprodukt Gas.

Das Gerät wird Zero Power Ballast Control (ZPBC) genannt, weil es keine Energiequelle benötigt, um in der Wassersäule nach unten und oben zu sinken bzw. zu steigen. Der zylindrische Sensor besteht aus zwei Kammern: einen oberen Abschnitt, der die gesamte Elektronik und die Ventile enthält, und einer unteren Kammer, die unter Druck gesetzt wird, während die Bakterien wachsen.

In einem Test in Sattahip an der Küste von Thailand wird das System verwendet, um einen Bathythermograph-Sensor zu bewegen, eine Fallsonde zur Bestimmung des Temperatur- und Druckprofiles im Meer. Dabei erzeugen die Bakterien genügend Wasserstoffgas, um den Zylinder an der Oberfläche schwimmen zu lassen. Das Crimson Viper genannte Experiment wird im Rahmen einer Partnerschaft zwischen dem US-Pazifik-Kommando und der Abteilung Wissenschaft und Technologie der Royal Thai Defense durchgeführt.

Anfang 2012 ist zu erfahren, daß man sich am NRL nun auch mit autonomen Mikro-Rovern beschäftigt, die nur rund 1 kg wiegen. Gefördert durch Mittel aus dem NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) Programm untersucht der Robotiker Gregory Scott an der Abteilung für Raumfahrttechnik die Machbarkeit winziger Planeten-Roboter, die durch MFCs angetrieben werden. Dabei konzentriert sich seine Forschung auf Reinkulturen anaerober Bakterien, wie Geobacter sulfurreducens, sowie auf die Erhöhung der produzierten Energie.

Scott rechnet damit, daß ein Teil der mikrobiellen Energie verwendet wird, um die On-Board-Elektronik und Steuerungssysteme aufrecht zu erhalten, während der Rest eine Batterie oder einen Kondensators langsam auflädt. Sobald genügend Energie gespeichert ist, würde der autonome Roboter in der Lage sein, wissenschaftliche Instrument mit höherem Stromverbrauch zu verwenden oder sich weiter fortzubewegen.

Eine weitere Arbeitsgruppe der UMass um den amerikanischen Physiker Mark Tuominen kann bereits 2011 nachweisen, daß ein dünner Film aus G. sulfurreducens elektrischen Strom mit einer Leitfähigkeit von ca. 5 Millisiemens pro cm leitet. Es dauert anschließend bis zum Oktober 2014, bis eine neue Studie ausführlich belegt, daß die Bakterien tatsächlich Strom wie ein Kupferdraht leiten – was ein völlig neues Feld für selbstorganisierende Elektronik eröffnet und die bisherigen Zweifler zum Verstummen bringt.

Mittels den neuen elektrostatischen Kraftmikroskopie (Electrostatic Force Microscopy, EFM) gelingt es, einen visuellen Eindruck des elektrischen Stroms zu gewinnen und zu belegen, daß die Pili der Geobacter eine Ladung ähnlich wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen leiten, und dies unter gleichartigen Bedingungen von Temperatur und pH-Wert.

Im Mai 2013 wird berichtet, daß die o.e. Lovley-Laborgruppe unter Leitung von Amit Kumar einen Stamm stromerzeugender Geobacter sulfurreducens-Bakterien entwickelt habe, der unter Verwendung von Wasserstoffgas als alleinigem Elektronendonor sowie Kohlendioxid als alleiniger Kohlenstoffquelle gedeihen kann. Die Arbeit wird durch eine Finanzierung durch das US Department of Energy und das Office of Naval Research unterstützt.

Zurück zur allgemeinen Chronologie: Das Intelligent Autonomous Systems Laboratory, eine Kooperation zwischen der University of the West of England (UWE) und der University of Bristol (später: Bristol Robotics Laboratory, BRL), stellt im Jahr 2003 einen autonomen Miniroboter namens Ecobot I vor, der von acht mikrobiellen Brennstoffzellen (Microbial Fuel Cell, MFC) angetrieben wird, die mit Zuckerwasser betankt werden. EcoBot steht dabei für den Begriff Ecological Robot.

MFCs enthalten in der Regel zwei Elektronen, die durch eine Ionenaustauschmembran getrennt sind. Die Bakterien wachsen und breiten sich auf der Anodenseite aus, wo sie einen Biofilm bilden (d.h. ein dichtes Zellaggregat) und als Katalysatoren für die Umwandlung des organischen Substrats in CO₂, Protonen und Elektronen dienen.

Bereits 2004 folgt mit dem Ecobot II ein Modell, das sich selbst mit Treibstoff versorgt. Bestimmte Enzyme der in seinen Brennstoffzellen lebenden Mikroben zersetzen organisches Material (Fliegen, Käfer, Pflanzen usw.) und setzen dabei den Zucker frei, der wiederum den Bakterien als Brennstoff für ihren Stoffwechsel dient, bei welchem die Elektronen entstehen, die den Stromfluß erzeugen. Bereits im Versuchsaufbau reicht das aus, um eine Maschine mit dem Gewicht von 1 kg im Zeitlupentempo von 10 cm pro Stunde voran zu bewegen.

2010 wird der etwa 6 kg schwere EcoBot III präsentiert, der sich durch den Verzehr und das Ausscheiden von Biomasse ebenfalls selbst mit Strom versorgen und eine ganze Woche lang unbeaufsichtigt laufen kann. Der Bot verwendet einen Satz von 48 MFCs, um aus deren Stoffwechselprozeß die Elektronen zu beziehen, die er für den Betrieb seiner Ultra-Low-Power-Schaltung benötigt.

Der Roboter ernährt sich dabei aus teilweise verarbeitetem Abwasser, indem er zu einem Trog navigiert und dort aufnimmt, was er für den unter Sauerstoffausschluß ablaufenden Gärprozeß benötigt, bei dem die Mikroorganismen die im Abwasser enthaltenen Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxid, Protonen und energiereiche Elektronen zerlegen. Unverdaute Materie wird alle 24 Stunden mittels einer Pumpe, die Druckwellen verwendet, in ein Katzenklo ausgeschieden.

Die Effizienz des EcoBots von nur 1 % ist bislang noch sehr bescheiden, soll zukünftig aber stark verbessert werden. Dafür ist der Verbrauch schon jetzt sehr niedrig: In einem Test benötigt der Roboter für eine Betriebsdauer von fünf Tagen lediglich acht dicke Fliegen. Immerhin ist Chitin, der Hauptbestandteil von Insektenpanzern, ein Mehrfachzucker.

Das Projekt von Ioannis Ieropoulos und seinen Kollegen wird vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) gefördert und in Zusammenarbeit mit Wessex Water umgesetzt. Weshalb als Lockstoff für die Fliegen auch stinkendes Abwasser dient – das gleichzeitig auch die Bakterien enthält, die aus den Fliegen schlußendlich den Strom gewinnen.

Im Februar 2013 wird berichtet, daß ein Team unter der Leitung von Peter Walters eine 3D-gedruckte Pumpe hergestellt habe, die für ihren Betrieb den Druck nutzt, der durch lebende Hefe erzeugt wird.

Der unter Verwendung von Formgedächtnislegierungen entstandene künstliche Muskel soll der vierten Generation, dem EcoBot IV,  als eine Art Herz mit einem Volumen von 24,5 ml dienen, das den Herzschlag imitiert und den Roboter mit Treibstoff versorgt. Dabei wird das Ventil der Pumpe, das die Bewegung der Membran steuert, durch Strom aus einer MFC angetrieben, die ihre Energie wiederum aus menschlichem Urin bezieht (s.u.).

Die Technik ist nicht sehr kompliziert: Membran öffnet sich, um den durch die Hefe erzeugten Druck freizugeben, expandiert und schrumpft dann wieder, um einen neuen Zyklus zu beginnen. Bei der Kompression wird der Urin in die Brennstoffzelle gepumpt. Das Team hofft, daß der neue Bot in der Lage sein wird, den durch die Hefe entstehenden Abfall abzupumpen und sich davon zu ernähren.

Immerhin ist die uringespeiste MFC in der Lage, genug Strom zu erzeugen, um Kondensatoren aufzuladen, deren gespeicherte Energie verwendet wird um einen Pumpzyklus des künstlichen Herzens zu starten. Das Array aus 24 MFCs, das derzeit kontinuierlich rund 3,2 mW Leistung bei einer Spannung von 3 V produziert, benötigt anschließend 2 - 3 Stunden, um die Kondensatoren erneut aufzuladen. Sowohl die Hartplastik-Elemente als auch die Formen für die weichen Silikonteile der Pumpe werden mit einem 3D-Drucker hergestellt.

Im Jahr 2014 kooperiert das Bristol Robotics Laboratory (BRL) mit der University of Bath, um einen preiswerten Sensor zur Überwachung der Wasserqualität in Entwicklungsländern zu entwickeln. Das im 3D-Druck erstellte Gerät wird durch Bakterien mit Strom versorgt und kann direkt in Flüssen und Seen aufgestellt werden, um eine kontinuierliche Überwachung in Echtzeit zu ermöglichen. Sobald die Bakterien durch den Kontakt mit Giftstoffen im Wasser gestört werden, fällt die Stromausbeute rapide ab und der Sensor gibt Alarm.

Das Gerät ist in der Lage, das Vorhandensein selbst sehr kleinen Mengen von Schadstoffen im Wasser zu erfassen. Im Test detektieren die Forscher um Prof. Mirella Di Lorenzo winzige Konzentrationen von Cadmium in Mengen, die weit unter den akzeptierten Grenzwerten liegen.

Ende 2015 folgt der Schwimmroboter Row-bot, der von Ruderwanzen inspiriert ist und seine Energie ebenfalls aus Schmutzwasser gewinnt. Die Teile für den Rahmen werden mit einem 3D-Drucker angefertigt und von einer elastischen Membran umhüllt. Während er von einen 0,75 W Motor und vier Rudern angetrieben über die Wasseroberfläche gleitet, strömt nährstoffhaltiges Wasser ins Innere seiner Brennstoffzelle.

Ähnlich wie der EcoBot III soll auch der Row-bot zukünftig selbständig nach Nahrung suchen und sich dabei beispielsweise an Konzentrationsunterschieden im Wasser orientieren – um sowohl Nahrung zu finden, als auch die am stärksten belasteten Zonen eines Gewässers. Im nächsten Schritt ist das Hinzufügen von Überwachungs- und Kontrollsystemen geplant, damit der Roboter für Umweltanalytik- und Sanierungsprojekte verwendet werden kann.

Wie im Oktober 2011 bekannt wird, arbeiten schon zwei Teams an der Entwicklung mechanischer Insektenfallen für Roboter wie den EcoBot, welche die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula Ellis) imitieren, eine fleischfressende Pflanze aus der Familie der Sonnentaugewächse. Dies bedeutet in erster Linie, Materialien zu finden, welche nicht nur die Anwesenheit eines Insekts erkennen, sondern sich auch sehr schnell schließen können. Die Blätter der lebenden Pflanze schnappen nämlich in nur 100 Millisekunden zu.

An der Seoul National University (SNU) in Südkorea werden die Versuche von Seung-Won Kim und seinen Kollegen mit Formgedächtnismaterialien durchgeführt, die zwischen zwei stabilen Formen wechseln, wenn sie Druck, Wärme oder einem elektrischen Strom ausgesetzt werden. Das Gewicht eines Insekts aktiviert eine Feder aus dem Formgedächtnismetall, die zwei als Blätter wirkende Kohlefaser-Schalen kräftig zusammenklappen läßt. Um die Falle wieder zu öffnen reicht es, an die Feder einen Strom anzulegen.

Das SNU-Team stellt im März 2014 einen neuartigen Betätigungsmechanismus vor, der eine abwickelbare Fläche nutzt und aus künstlichen Blättern besteht, die aus einem asymmetrisch laminierten, kohlenstoffaserverstärkten Material hergestellt werden.

Prof. Mohsen Shahinpoor an der University of Maine (UMaine) in Orono entwickelt wiederum eine künstliche Venusfliegenfalle aus einer Substanz, die er selbst vor einigen Jahren erfunden hatte. Das Ionic Polymeric Metal Composite (IPMC) benannte Nanomaterial besteht aus Polymermembranen, die mit Gold-Elektroden beschichtet sind und als künstliche Muskeln agieren. Fährt ein Strom durch die Membran, biegt sie sich in eine Richtung – wird die Polarität umgekehrt, in die andere. Das mechanische Biegen des Materials produziert wiederum eine Spannung, die Shahinpoor nutzt, um damit Sensoren zu versorgen.

Wenn ein Käfer auf der Falle landet und damit eine kleine Spannung erzeugt, löst er damit eine größer Stromquelle aus, um an den ,Blättern’ entgegengesetzte Ladungen anzulegen, sodaß sie sich gegenseitig anziehen und die Falle schließen.

Interessanterweise kursierte bereits im Jahr 2004 eine Meldung durch die Blogs, der zufolge Prof. Ismet Gursul und sein Wissenschaftlerteam von der Universität Bath an der Konstruktion eines rund 15 cm langen Flugzeugs arbeiten sollen, das sich seinen eigenen Treibstoff ‚fängt’ und daher ohne Auftanken oder Batteriewechsel über längere Zeit autonom agieren kann. Wie Vögel und Insekten soll sich das Mikro-Flugzeug selbst mit Nahrung versorgen. Leider lassen sich darüber keine Details mehr finden.

Im Februar 2011 wird wiederum von einer fleischfressenden Uhr berichtet. Die Carnivorous Clock der britischen Designer James Auger und Jimmy Loizeau, die tatsächlich schon aus dem Jahr 2009 stammt, wird durch eine MFC angetrieben und ist mit einem großen Laufband ausgestattet, auf dem sich klebriger Honig befindet. Auf diesem sollen sich Fliegen verfangen, die weitergeleitet schließlich unten in einen kleinen Shredder fallen, wo sie zerkleinert und einer Brennstoffzelle zugeführt werden.

Die MFC erzeugt den Machern zufolge genügend Energie, um die kleine LCD-Uhr an der Unterseite zu versorgen – die für zwölf Tage Betriebszeit acht Fliegen ,verbraucht’. In Zukunft soll auch das Laufband, das gegenwärtig noch Strom aus der Steckdose benötigt, mit einer MFC betrieben werden, was dann jedoch einige Insekten mehr erfordern würde.

An anderer Stelle wird daran gearbeitet, energieautarke Roboter für militärische und zivile Zwecke zu entwickelt, welche die Biomasse ebenso verwerten können wie konventionelle Treibstoffe. Eine deratige Roboter-Plattform soll sozusagen als Allesfresser agieren und selbst auf ‚Futtersuche’ gehen, um sich verlorene Energie aus der Vegetation in der Umgebung zurückzuholen.

Als eine Art Vorläufer der Geräte, welche Biomasse verarbeiten, kann der Canard Digérateur des französischen Ingenieurs und Erfinders Jacques de Vaucanson aus dem Jahr 1739 betrachtet werden, ein mechanischer Automat in Form einer Ente, welche die Fähigkeit zu haben schien, Getreidekörner zu fressen, sie zu verstoffwechseln und wieder auszuscheiden. Tatsächlich wurde die Nahrung in einem Innenbehälter gesammelt, während vorgespeicherter Entenkot aus einem zweiten Behälter ausgeschieden wurde, doch Vaucanson hoffte ernsthaft, daß eines Tages ein wirklich verdauender Automat ausgeführt werden könnte. Seine mechanische Ente bestand aus mehr als 400 beweglichen Einzelteilen, konnte mit den Flügeln flattern, schnattern und Wasser trinken.

Am anderen Ende der Zeitskala ist der belgische Konzeptkünstler Wim Delvoye zu verorten, dem es nach mehreren Jahren Forschungsarbeit und mit der Hilfe von Wissenschaftlern im Jahr 2006 gelingt, mit seinem Werk Cloaca Vaucansons Traum zu verwirklichen und eine Maschine zu präsentieren, die den Verdauungsvorgang des Menschen exakt simuliert und von echten visuell nicht zu unterscheidende Exkremente produziert.

Was sich Vaucanson allerdings nie hätte vorstellen können: Die Exkremente werden anschließend in Folie eingeschweißt und sehr erfolgreich als ,Kunstwerke’ an Sammler und Händler verkauft...

 

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