Reisstroh wirkt auf den ersten Blick wie ein einfacher Reststoff. Für Bakterien ist es das nicht. Die Halme bestehen aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Manche Bestandteile sind leichter zugänglich, andere müssen erst aufgeschlossen werden. Genau diese Unterschiede entscheiden darüber, wie gut Mikroorganismen daraus Energie gewinnen können.

Ein Forschungsteam um Mahmoud Bayoumi hat nun untersucht, welche Form von Reisstroh sich für welchen bioelektrochemischen Prozess eignet. In Scientific Reports verglich die Gruppe zerkleinertes Reisstroh, alkalisch vorbehandeltes Reisstroh-Hydrolysat und Xylan. Xylan ist ein Zuckerpolymer aus der Hemicellulose. Getestet wurden die Substrate in einer mikrobiellen Brennstoffzelle und in einer mikrobiellen Elektrolysezelle.

Auf die richtige Fraktion kommt es an

In mikrobiellen Brennstoffzellen bauen Bakterien organische Substanzen unter sauerstoffarmen Bedingungen ab. Dabei geben sie Elektronen an eine Elektrode ab. So entsteht ein elektrischer Strom. Im Versuch lief dieser Weg am besten mit Xylan. Die Zelle erreichte eine Spannung von 852 Millivolt und eine Leistungsdichte von etwa 9 Watt pro Quadratmeter Elektrodenfläche. Auch die organische Belastung im Ansatz nahm stark ab.

Das Ergebnis passt zur Stofflogik. Xylan ist weniger sperrig als das ganze Reisstroh und für die eingesetzten Mikroorganismen leichter nutzbar. Beim unbehandelten Stroh stört der Ligninanteil den Zugang zu den Zuckerketten. Beim Hydrolysat können wiederum Nebenprodukte der alkalischen Vorbehandlung die mikrobielle Aktivität bremsen.

Für Wasserstoff zählt die Mischung

Anders fiel der zweite Teil der Studie aus. In mikrobiellen Elektrolysezellen wird zusätzlich Spannung angelegt, damit aus dem Abbau organischer Stoffe Wasserstoff entsteht. Hier war nicht Xylan am stärksten, sondern das Reisstroh-Hydrolysat. Über 32 Tage entstanden damit bis zu 670 Milliliter Wasserstoff. Die maximale Produktionsrate lag bei etwa 9 Millimol pro Tag und Liter. Mit Xylan waren es 190 Milliliter.

Die Forschenden führen den Unterschied darauf zurück, dass das vorbehandelte Hydrolysat eine breitere und besser verfügbare Nährstoffmischung liefert. Für die Wasserstoffbildung kann das günstiger sein als ein einzelner Zuckerbaustein. Der Vergleich zeigt damit auch, dass es nicht nur auf den Rohstoff ankommt. Entscheidend ist, welche Fraktion in welchem System eingesetzt wird.

Noch bleibt es ein Laborvergleich. Die Zellen arbeiteten portionsweise und nicht in einem kontinuierlichen Prozess. In der Brennstoffzelle diente zudem Kaliumdichromat als Elektronenakzeptor statt Luftsauerstoff. Das ist eine kontrollierte Laborbedingung und kein direkt übertragbarer Praxisaufbau. Für eine Anwendung müssten Stabilität, Energie- und Stoffbilanzen sowie Skalierung geprüft werden. Als Befund bleibt aber ein klarer Hinweis. Reisstroh kann je nach Aufschluss unterschiedliche Wege in der Bioenergie eröffnen, wenn Mikroorganismen und elektrochemische Systeme gezielt kombiniert werden.

ag