Benthische mikrobielle Brennstoffzelle
In einer BMBZ wird die natürliche Potentialdifferenz zwischen Wasser und Sediment ausgenutzt, um durch „Anzapfen“ mikrobieller Stoffwechselvorgänge nutzbaren Strom zu gewinnen. Die Anode befindet sich dabei im anoxischen Sediment, und die Kathode im mit Sauerstoff angereicherten Wasser. Es bedarf keiner protonendurchlässigen Membran wie bei herkömmlichen Brennstoffzellen, denn der Protonenfluss ist über die oxisch-anoxische Grenzschicht an der Wasser-Sediment-Grenze gewährleistet. Wichtig ist dabei die natürliche Potentialdifferenz zwischen Wasser und Sediment von ca. 0,7 V, die den Stromfluss ermöglicht.
Die für den Stromfluss notwendigen Elektronen werden durch Stoffwechselprozesse der die Anode besiedelnden Mikroorganismen frei. Dies sind meist Eisen (III)- oder Sulfatreduzierer, die die Eigenschaft haben, die Elektrodenoberfläche als Elektronenakzeptor zu nutzen. Die Elektronen beziehen diese Bakterien aus dem Abbau von organischem Material. Aber auch rein chemische Prozesse können an den Elektrodenoberflächen ablaufen: So kann Sulfid zu Schwefel oxidiert werden.
Die Versorgung der bakteriellen Gemeinschaft um die Elektrode mit nutzbarem organischem Material ist entscheidend für die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen. Diese ist in Küstengewässern und Schelfmeeren durch das Absinken von organischem Detritus gewährleistet. BMBZ sind daher vor allem dort einzusetzen, wo der Nachschub von organischem Material sichergestellt ist.
Der durch mikrobielle Stoffwechselprozesse erzeugte Strom ist gering, steigt aber mit der Oberfläche der Elektroden an. Der Strom kann gespeichert und impulsartig entladen werden. Daher sind typische Anwendungen für BMBZ Langzeitmessungen mit periodischer Datenerfassung mit Sensoren, die niedrige Energieanforderungen stellen.