Künstliche Fotosynthese kann Brennstoffe aus Sonne und Wasser ermöglichen.
Pflanzen, Algen und Cyanobakterien tun es – Sie nutzen Sonnenlicht, um Wasser zu spalten und aus CO2 energiereiche chemische Verbindungen, wie z. B. Kohlenhydrate, herzustellen. Diese dienen den Zellen als solare Brennstoffe. Der Prozess wird “Fotosynthese” genannt und ist dem ein oder anderen vielleicht noch aus dem Biologie-Unterricht bekannt.
Energieerzeugung mit künstlicher Fotosynthese
Man weiß schon lange, wie die Fotosynthese grundsätzlich abläuft. Doch nun hat ein deutsch-französisches Forscherteam wichtige Details im Ablauf geklärt, die bei der Entwicklung künstlicher Systeme zur Speicherung chemischer Energieträger aus Sonnenlicht führen könnten. Ziel ist es, mit Hilfe einer künstlichen Fotosynthese umweltfreundliche, kostengünstige Brennstoffe aus Sonnenlicht und Wasser herzustellen und so von fossilen Energieträgern unabhängig zu werden. Die neuen Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt hin zu diesem Ziel.
In einem bestimmten Protein der Zellmembran, Fotosystem II genannt, sitzt ein Metallkomplex als Katalysator für die Wasserspaltung. Der Komplex besteht aus vier Mangan-Atomen und einem Kalzium-Atom. Verbunden werden die Atome durch Sauerstoffbrücken. Bei der Fotosynthese durchläuft der Komplex einen komplizierten Prozess, in dem Wasserstoff und Sauerstoff freigesetzt werden.
Energieversorgung nach Vorbild der Natur
Die Forscher haben nun herausgefunden, wie der Prozess unmittelbar vor der Sauerstoffbildung abläuft. Dies ist ein wichtiges Puzzleteil im Verständnis der Fotosynthese, um nach ihrem Vorbild künstliche Systeme zur lichtinduzierten Wasserspaltung zu entwickeln. Man sucht insbesondere umweltfreundliche, kostengünstige Elemente, mit denen man Wasser spalten kann. Bisher wurden dafür Platin oder andere seltene Metalle verwendet, wodurch eine großtechnische Produktion erneuerbarer Energieträger fast unmöglich wurde.
Mit neuen Katalysatoren nach Vorbild der Natur könnte man solare Brennstoffe kostengünstig produzieren. Man könnte sie mit Fotovoltaik-Anlagen kombinieren und so die Sonnenenergie unabhängig vom verfügbaren Sonnenlicht in chemischen Verbindungen speichern. Auch für den Verkehrssektor beispielsweise öffnen sich dadurch neue Perspektiven, in Zukunft nicht mehr auf fossile Brennstoffe angewiesen sein zu müssen.
Quelle: www.cec.mpg.de
Bild: © Martina Liel