Die Sonne als Treibstoffquelle#
Um aus Sonnenstrahlen Energie zu gewinnen, ahmen Wissenschafter die Photosynthese nach.#
Mit freundlicher Genehmigung übernommen aus der Wiener Zeitung, 4. September 2018
Von
Samuel Zettinig
Cambridge/Wien. Die Photosynthese ist ein wesentlicher Antrieb des Lebens auf der Erde. Für Pflanzen, Algen oder manche Bakterien ist der Prozess die zentrale Quelle ihrer Lebensenergie. Sie wandeln Sonnenlicht in chemische Energie um.
Auch der Mensch nutzt Sonnenlicht zur Energiegewinnung, etwa zur Erzeugung von Elektrizität mit Photovoltaik-Anlagen. Und er könnte sich künftig sogar die Photosynthese selbst zunutze machen. Denn diese ermöglicht es, mit Hilfe von Sonnenlicht umweltfreundliche Treibstoffe als Alternative zu fossilen Energieträgern herzustellen.
Semi-künstliche Photosynthese#
Ein Team der britischen Universität Cambridge konnten mithilfe von semi-künstlicher Photosynthese neue Methoden erschließen, mit denen Lichtenenergie erzeugt und gespeichert werden kann. Die Wissenschafter haben Sonnenlicht verwendet, um so wie bei der natürlichen Photosynthese Wasser zu spalten. Dabei entstehen zwei Nebenprodukte: Sauerstoff, der die Entstehung von Tier und Mensch auf der Erde überhaupt erst ermöglicht hat, und Wasserstoff, der als nahezu unbegrenzte Quelle für erneuerbare Energien genutzt werden könnte.
Durch eine Mischung aus künstlich und biologisch hergestellten Komponenten kann bei der semi-künstlichen Photosynthese mehr Lichtenergie als in der Natur absorbiert werden. Die natürliche Photosynthese sei nämlich nicht sonderlich effizient, betont Studienautorin Katarzyna Sokol in einer Aussendung zu der im Fachmagazin "Nature Energy" veröffentlichten Studie. Der Prozess, bei dem Pflanzen Sonne in Energie umwandeln, habe sich im Lauf der Evolution nämlich so entwickelt, dass unsere grünen Freunde nur so viel Energie erzeugen, wie sie zum Überleben benötigen. "Das sind aber nur ein bis zwei Prozent der potenziell möglichen Menge, die hergestellt und gespeichert werden könnte", erläutert Sokol.
Seit Jahrzehnten arbeiten Forscher an künstlicher Photosynthese, jedoch ohne bahnbrechende Ergebnisse im Bereich erneuerbare Energien oder Treibstoffe. Das Hauptproblem: Für künstliche Photosynthese werden Katalysatoren benötigt. Dabei handelt es sich um Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen oder überhaupt erst möglich machen. Derzeit vorhandene Katalysatoren sind jedoch entweder zu teuer für die Industrie oder sogar umweltschädlich bis giftig.
Enzym aus der Vergangenheit#
Sokol und ihr Team konnten das Problem mit Enzymen umgehen - also mit von Lebewesen produzierten Katalysatoren. Für ihre semi-künstliche Photosynthese haben die Forscher sogar ein Enzym aus der Vergangenheit wiederbelebt. Das Hydrogenase-Enzym war jahrtausendelang im genetischen Material einer Alge ausgeschalten, weil diese es nicht brauchte, um zu überleben. "Wir konnten die Inaktivität umgehen, um die Reaktion zu erzielen, die wir benötigen", meint Sokol.
Das Hydrogenase-Enzym schafft etwas Ähnliches wie die natürliche Photosynthese: Es spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff und unterstützt somit die künstliche Reaktion.
Studienleiterin Katarzyna Sokol hofft, dass ihre Ergebnisse zu der Forschung an erneuerbaren Energien beitragen: "Wir konnten eine Reaktion herstellen, die in der Natur nicht vorkommt. Das könnte eine großartige Grundlage für die Entwicklung von Solartechnologien sein." Die Forschungsergebnisse könnten unter anderem zu neuen, umweltfreundlichen Treibstoffen auf der Basis von Wasserstoff führen.