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Energie aus Photosynthese

Der Natur auf der Spur

Die Natur zum Vorbild : Forschungsinstitute suchen nach der künstlichen Photosynthese. Denn schon Einzeller und Algen wandeln ihre Nahrung in chemische Energie um.

Die Hoffnung der Wissenschaftler: Wenn es gelänge, die Photosynthese der Pflanzen technisch nachzuahmen, ließen sich Energieträger wie Wasserstoff und Biosprit künstlich produzieren – ein großer Schritt hin zur Unabhängigkeit von fossilen Energien. Einige Forscher sehen in der künstlichen Photosynthese sogar die Lösung der Energieprobleme der dritten Welt. Mit Licht, Kohlendioxid, einem Katalysator und einigen Litern Wasser kann sich nach ihrer Vorstellung in ein paar Jahren jeder Haushalt selbst mit Energie versorgen.

Natürliche Photosynthese

Der natürliche „Lichtfänger“ der Pflanzen ist ihr Blattgrün: Chlorophyll. Tagsüber spalten sie mit dem eingefangenen Sonnenlicht das Wasser, das sie aus der Erde aufnehmen, in dessen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. In der Nacht verarbeiten Pflanzenzellen dann die Wasserstoffteilchen mit dem Kohlendioxid aus der Luft zu energiereichen Zuckermolekülen. Die Pflanzen verwandeln also einen Teil des einfallenden Lichts in den Energieträger Zucker. So speichern sie die Sonnenenergie in einer chemischen Verbindung.

… und ihre Kopie ...

Weltweit sind Wissenschaftler der künstlichen Photosysnthese auf der Spur. In Toronto und London erforschen Wissenschaftler Aufbau und Struktur der natürlichen Sonnenfänger und die Wandlungsprozesse in Blättern, um effiziente Kopien fürs Labor entwickeln zu können. In Kalifornien finanziert sogar das amerikanische Energieministerium ein „Zentrum für künstliche Photosynthese“.

Auch in Deutschland wird geforscht: In Freiburg bastelt Professor Christoph Nebel am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik an der künstlichen Lichternte. Als Lichtfänger probiert er das Eiweiß Cytochrom-C aus. Er ordnet die lichtempfindlichen Eiweißmoleküle auf einer Fläche aus dem Trägermaterial Kohlenstoff an und benetzt sie mit salzhaltigem Wasser. Fällt Licht auf sie, setzt es die Wasserspaltung in Gang: Wasserstoff entwickelt sich. Das Gas lässt sich mit einer Brennstoffzelle zu Strom oder zur Basis von flüssigem Treibstoff verwandeln.

… mit künstlichen Blättern

Am weitesten fortgeschritten sind wohl die Versuche des Chemikers Daniel Nocera, Professor am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT). Er hat es 2008 geschafft, mit einem Katalysator Wasser zu spalten – ohne teure Elektrolyse-Maschinen und Chemikalien. Einige Jahre tüftelte er weiter und stellte im Herbst 2011 schließlich ein „künstliches Blatt“ vor. Auf einem Solarmodul der Größe einer Spielkarte bringt er den Katalysator an. Stellt man das Modul in ein Wasserglas, das von der Sonne beschienen wird, beginnen schnell Bläschen bzw. Gasperlen aufzusteigen: Wasserstoff.

Zukunftsperspektiven

Künstliche Blätter bestehen aus einem Photovoltaik-Modul und einem Katalysator; In Wasser sie erzeugen Wasserstoff.  -  Westend61/F1online

Mit Wassergläsern kann man natürlich nicht in industriellem Maßstab Energie gewinnen. Sonnenlicht ohne den Zwischenschritt Wasserstoff in Treibstoff umzuwandeln, ist bisher nirgendwo gelungen. Aber Daniel Noceras Idee vom Haus als Kraftwerk und Tankstelle könnte vor allem in Entwicklungsländern ohne zentrale Energieversorgung weiterhelfen. Dafür spricht, dass das Verfahren unkompliziert ist und mit einfachen Materialien funktioniert.

„Außer der Sonne brauchst du keine Energie mehr von irgendjemandem sonst ...“, so die Vorstellung des Chemikers. Es reicht ein „künstliches Blatt“ auf dem Hausdach, das mit einigen Litern Wassern pro Tag und Sonnenlicht genu Energie für alle Hausbewohner erzeugt. Daniel Nocera hat eine Firma gegründet, um die Idee kommerziell zu verwerten. Jüngst kündigte er eine Kooperation mit dem indischen Milliardär Ratan Tata an. Mit dessen Unterstützung möchte der Professor auf indischen Dächern schon bald die ersten Prototypen seines „künstlichen Blatts“ installieren.


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