Organisch gewachsene Schaltkreise Forscher machen Rose zum Akku

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„Cyborg-Pflanze“ als Energieträger: Schon 2015 war es Forschern der Linköping-Universität gelungen, eine Rose zu einer lebenden Antenne zu machen. Nun wird die Blume zum Energiespeicher: Hunderte Male lasse sie sich ohne Leistungsverlust laden.

Bereits Ende 2015 war es einer Arbeitsgruppe schwedischer Wissenschaftler der Universität Linköping gelungen, analoge und digitale Schaltkreise innerhalb einer lebenden Pflanze zu erzeugen. Dem Forschungsteam war es gelungen, Drahtverbindungen und ein digitales logisches Gate innerhalb einer Pflanze natürlich wachsen zu lassen. Nun konnte die Gruppe um Magnus Berggren von der Linköping-Universität in Norrköping (Schweden) nachweisen, dass sich mit dieser Methodik eine Pflanze auch als elektrischer Energiespeicher nutzen lässt.

Dabei nimmt die Pflanze - eine abgeschnittene Rose - einen leitfähigen und bioverträglichen Kunststoff mit dem Wasser auf. Im Stängel, in den Blättern und in der Blüte wird der Kunststoff zu einem Gel, das elektrischen Strom leiten kann. Das Team um Magnus Berggren von der Linköping-Universität in Norrköping (Schweden) stellt seine Forschungsergebnisse in den „Proceedings“ der US-nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS) vor.

Ihre im November 2015 erstmals vorgestellten Studien zu Pflanzen als elektrischen Leitern haben Berggren und Co. mittlerweile entscheidend verbessert: Roger Gabrielsson, einer der Co-Autoren der Studie, entwickelte mit ETE-S einen Kunststoff, der den Strom um zwei Größenordnungen besser leitet als die zuvor verwendete Substanz. Zudem bleibt ETE-S nicht nur im Xylem, dem röhrenförmigen Teil des Gefäßsystems, sondern breitet sich auch in den Wänden der Pflanzenzellen und in deren Zwischenräumen (zusammen Apoplast genannt) aus.

Das Versuchsobjekt Rose steht etwa 24 Stunden in einer wässrigen Lösung von ETE-S. Wie die Pflanze sonst Mineralien und andere Stoffe mit dem Wasser aufsaugt, so gelangt auch der Kunststoff in die Rose. Dort verdickt er sich zum Hydrogel, indem sich die ETE-S-Moleküle zu Polymeren zusammenschließen.

Aus Beobachtungen mit Hilfe bildgebender Verfahren schließen die Wissenschaftler, dass ein Abwehrmechanismus der Pflanze bei der Polymerbildung hilft. Demnach unterstützen reaktive Sauerstoffspezies (ROS), auch Sauerstoffradikale genannt, die Polymerisation des Kunststoffs. Die Moleküle werden eigentlich gebildet, um ein Eindringen von Mikroorganismen bei Verletzungen der Pflanze zu verhindern.

Um aus der Rose einen Energiespeicher zu machen, nutzen die Forscher die Polymerstränge in den größeren Gefäßen als Elektroden und das ETE-S im Apoplast als Elektrolyt. Dies ist vergleichbar mit dem Aufbau einer Batterie oder eines Akkus. „Wir waren in der Lage, die Rose hunderte Male zu laden, ohne Leistungsverlust der Vorrichtung“, wird Eleni Stavrinidou, Erstautorin der Studie, in einer Mitteilung der Linköping-Universität zitiert. Die Größenordnung der Energiespeicherung entspreche jener von Superkondensatoren. Bereits jetzt könne die präparierte Rose eine Ionenpumpe oder verschiedene Sensoren mit Energie versorgen.

Die Studie sei originell und sehr solide gemacht, befindet Andreas Offenhäusser vom Forschungszentrum Jülich. „Allerdings weiß ich noch nicht, wo das hinführt.“ Dass auf diesem Weg der Mensch eines Tages die Photosynthese der Pflanzen direkt zur Energiegewinnung nutzen kann, hält er für eher unwahrscheinlich.

Auch Mario Birkholz vom IHP Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder) ist der Auffassung, dass der Studieninhalt „ein ganzes Stück weit von der Anwendung entfernt“ ist. Er sieht die Ergebnisse der Berggren-Gruppe als spannende Grundlagenforschung an. „Wenn man so will, ist diese Forschung die wissenschaftliche Umsetzung des Begriffs Kabelbaum.“ Kritisch sieht Birkholz höhere Spannungen in der Pflanze: Zum Stoffwechsel der Pflanzenzellen gehörten auch elektrische Prozesse, die vom eingebrachten Stromkreis gestört werden könnten.

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