Effektive künstliche Fotosynthese bald Wirklichkeit?

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Künstliche Photosynthese bald Wirklichkeit
Künstliche Photosynthese bald Wirklichkeit

Seit Jahren sucht die Wissenschaft den Schlüssel, um die Fotosynthese der Pflanzen auch für uns Menschen nutzbar zu machen. Die künstliche Fotosynthese würde es der Menschheit ermöglichen, praktisch unbegrenzt saubere Energie zu erzeugen. Schweizer Forschern ist es nun erstmals gelungen, eine wichtige Phase der Fotosynthese im Labor mithilfe künstlicher Moleküle nachzuempfinden.

Die Natur hat uns Menschen in vielen Bereichen noch mehr als nur eine Nasenspitze voraus. Über Jahrmillionen wurden Prozesse derart perfektioniert, dass die Wissenschaft sie heute zwar größtenteils erklären, aber meist nicht nachahmen kann. Dennoch forschen Teams rund um die Welt daran, die Abläufe in der Natur auch für uns nutzbar zu machen. Daraus ist ein ganzes Forschungsgebiet entstanden: Die sogenannte Bionik.

In der Bionik sind bereits einige bahnbrechende Entwicklungen gelungen. So konnten Forscher einen beton-ähnlichen Werkstoff entwickeln, der Risse selbstständig wieder verschließt (CEP berichtete). Auch in der Architektur orientiert man sich zunehmend an der Natur. Der Aufbau von Ameisen- und Termitenhügeln dient als Vorbild für moderne Belüftungs- und Heizsysteme.

An einem uralten natürlichen Prozess der Natur wird derzeit besonders intensiv geforscht. Die Fotosynthese der Pflanzen. Dabei erzeugt die Pflanze ihre lebensnotwendige Energie nur mithilfe der Sonne, Wasser und CO2. Eine nachhaltige und völlig saubere Art der Energieerzeugung, die für uns Menschen einen enormen Wert hätte. Doch bislang konnte die Fotosynthese im Labor nur teilweise bzw. unter Zugabe von Hilfsreagenzien nachempfunden werden. 

Solche Hilfsreagenzien haben jedoch den Nachteil, dass dafür viel Energie aufgewendet werden muss. Damit wäre eine nachhaltige Umwandlung von Sonnenlicht in chemisch gespeicherte Energie nicht möglich. Chemikerteams der Universitäten Basel und Zürich konnten nun erstmals eine der wichtigsten Phasen der natürlichen Fotosynthese in künstlichen Molekülen nachvollziehen, ohne dass dafür energiereiche Hilfsreagenzien vonnöten waren.

Grüne Pflanzen sind nach der Absorption von Sonnenlicht in der Lage, elektrische Ladungen vorübergehend zu speichern, indem sie einen sogenannten molekularen Ladungsakkumulator verwenden. Genau diesen Vorgang konnten nun die beiden Forschungsteams im Labor bei künstlichen Molekülen beobachten, die sie eigens dafür herstellten.

Die Chemiker regten die künstlichen Moleküle mit einem Laser an, worauf erstmals zwei negative Ladungen für eine kurze Zeitdauer gespeichert werden konnten. Es gelang, die Ladungen für eine ausreichend lange Zeit – nämlich während 870 Nanosekunden – zu speichern, damit sie für die künstliche Fotosynthese auch tatsächlich nutzbar wären.

“Unsere Resultate bedeuten einen grundlegend wichtigen Schritt auf dem Weg in Richtung künstliche Fotosynthese”, betonen die beiden Leiter der Forschungsarbeit, Prof. Oliver Wenger (Universität Basel) und Prof. Peter Hamm (Universität Zürich). Die Wissenschaftler räumen jedoch ein, dass es bis zur angestrebten hohen Nachhaltigkeit des Verfahrens noch immer ein weiter Weg sei.

Im nächsten Schritt wollen die beiden Forschungsgruppen die Ladungsakkumulation in einen chemischen Treibstoff umwandeln – ganz nach dem Vorbild von Grünpflanzen. Diese nutzen die Ladungsakkumulation zum Aufbau von lebensnotwendigen, energiereichen Substanzen. US-Forschern ist die Umwandlung zu Treibstoff mithilfe eines künstlichen Blattes bereits gelungen (CEP berichtete). Im Gegensatz zum Ansatz der Schweizer Forschern ist für dieses Verfahren jedoch ein Katalysator notwendig.

Quelle: www.chemie.de

 

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