Bionisches Blatt macht aus Sonnenlicht Treibstoff

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Bionisches Blatt wandelt Sonnenlicht in Treibstoffe um
Bionisches Blatt wandelt Sonnenlicht in Treibstoffe um

Seit einigen Jahren forschen Menschen rund um den Globus an einer Möglichkeit, die Photosynthese der Pflanzen nach-zuahmen und den sauberen Energieträger Wasserstoff zu erzeugen, mit dem moderne Brennstoffzellen angetrieben werden. Forscher an der Harvard Universität setzen ebenfalls auf die Natur, gehen aber noch einen Schritt weiter. Sie haben ein bionisches Blatt entwickelt, das Sonnenlicht zunächst in Wasserstoff und dann weiter in eine Vielzahl von Energieträgern umwandeln kann. Dabei haben die Forscher sogar die Effizienz der Natur übertroffen.

Wasserstoff steht schon heute als sauberer Energieträger der Zukunft in den Startlöchern. Ein mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug emittiert ausschließlich Wasser. Für das Klima und die Umwelt ist das ein riesiger Vorteil. Doch noch ist die Herstellung von reinem Wasserstoff energieintensiv. Dabei muss Wasser mittels Elektrolyse in seine Bestandteile aufgespalten werden. Doch es gibt auch eine zweite Möglichkeit, die sich Forscher von der Natur abgeschaut haben: Die sogenannte Photolyse.

Dabei erfolgt die Aufspaltung des Wassers durch CO2 und Sonnenlicht. Dieser natürliche Prozess ist Teil der Photosynthese der Pflanzen. Viele Wissenschaftler rund um den Globus forschend daher aktuell an einer Möglichkeit, die Photolyse künstlich nachzuahmen und so effizient und günstig Wasserstoff herstellen zu können. Ein Team der Harvard Universität hat diese Möglichkeit allerdings auf ein noch fortgeschritteneres Level gebracht. Das stellt sogar die Natur in den Schatten.

Die Forscher haben ein bionisches Blatt entwickelt, das Sonnenlicht, CO2 und Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff umwandelt. Doch anstatt an diesem Punkt aufzuhören, geht das neue Blatt noch einen Schritt weiter: Es wandelt den entstandenen Wasserstoff in verschiedenen flüssige Brennstoffe um. Das geschieht mittels des Bakteriums Ralstonia eutropha, das in Kontakt mit einem Katalysator gebracht wird und den Wasserstoff und CO2 in verschiedene Endprodukte umwandeln kann, darunter Biomasse, Treibstoffe, oder in andere CO2 basierende Produkte.

„Das ist ein wahres künstliches Photosynthese-System“, so Professor Daniel Nocera, einer der beteiligten Wissenschaftler. „Vorher wurde künstliche Photosynthese lediglich zum Aufspalten des Wassers benutzt, aber unseres ist ein wirkliches A-Z- System, und wir haben dabei die Effizienz der Natur deutlich übertroffen“.

Ursprünglich war geplant gewesen, mit dem bionischen Blatt Isopropanol herzustellen. Aber der verwendete Katalysator zur Aufspaltung des Wassers griff die DNA der Bakterien an. Deshalb überarbeiteten die Forscher ihr Blatt und versuchten es mit einem anderen Ka-talysator – mir Erfolg. Die neue Version arbeitet sogar noch effizienter als seine natürlichen Vorbilder.

Die Forscher schreiben, bei der Erzeugung von Biomasse und flüssigen Brennstoffen könne das System pro Kilowattstunde Elektrizität rund 180 Gramm CO2 umwandeln. Würde man das System mit bestehenden Solaranlagen kombinieren, erreiche es einen Wirkungsgrad von zehn Prozent – das übertrifft sogar die Natur. Natürliche Photosynthese erreicht gerade einmal ein bis zwei Prozent.

„Das schöne an der Biologie ist, dass sie der großartigste Chemiker der Welt ist. In der Biologie laufen chemische Prozesse ab, die für uns nicht einfach nachzuahmen sind. Im Prinzip haben wir nun eine Möglichkeit, viele verschiedene auf Kohlenstoff basierte Moleküle herzustellen. Damit hat es ein unglaublich vielseitiges Potenzial“, so die Biochemie-Professorin Pamela Silver.

Quellen: Sciencemag.org / Trends der Zukunft

 

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