Energie aus Wasser und Sonnenlicht
Forscher versuchten die Energiegewinnung der Pflanzen unter Wasser nachzuahmen. Das uralte Naturprinzip wäre ein eleganter Weg aus der Energiekrise und schont maximal das Klima.
MÜLHEIM. Seit mehr als drei Milliarden Jahren funktioniert das Prinzip wie am Schnürchen. Pflanzen nutzen das Sonnenlicht als primäre Energiequelle für ihre sogenannte Photosynthese. Das ist die Umwandlung von Sonnenenergie in Nährstoffe. Oder genauer gesagt: Es ist die chemische Verwandlung von wenig energiereichen Stoffen in energiereiche Substanzen in der Pflanze. Mittels Sonnenlicht.
Pflanzen, Algen und Cyanobakterien (Blaualgen) spalten mit Sonnenlicht Wasser und stellen aus Kohlendioxid ( CO ) energiereiche chemische Verbindungen her. Dabei entstehen Kohlenhydrate, die der Natur als solarer Brennstoff in der lebenden Zelle dienen.
Viele Probleme der Energieversorgung könnten sich künftig nach diesem Vorbild der Natur lösen lassen: In der Photosynthese erzeugen Pflanzen sowie Algen und einige Bakterienarten mit der Energie des Sonnenlichts Zucker und andere energiereiche Substanzen. Einem Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Energie- konversion in Mülheim an der Ruhr gelang es, diesen Prozess nachzuahmen. Sie verwendeten für ihre Forschung eine spezielle Bakterienart. Die Wissenschafter konnten klären, wie die Struktur eines Mangan-Kalzium-Komplexes ist, an dem diese Bakterien mithilfe der Sonnenenergie Wasser spalten und Sauerstoff erzeugen.
Mit ihren Einsichten in die Photosynthese liefern die Wissenschafter eine Blaupause für künstliche Systeme, die die Energie des Sonnenlichts in chemischen Energieträgern speichern könnten. Sie legen auch das wissenschaftliche Fundament, um im Rahmen einer künstlichen Photosynthese aus Sonnenlicht und Wasser umweltfreundlich und kostengünstig Brennstoffe zu erzeugen und uns von den fossilen Energieträgern Erdöl, Kohle und Erdgas einst vielleicht unabhängig zu machen.
Durch die Entschlüsselung des Vorgangs dieses sogenannten wasserspaltenden Katalysators auf atomarer Ebene ist auch die Aufklärung des Mechanismus der Wasserspaltung an sich in greifbare Nähe gerückt.
Mit diesen Erkenntnissen ergeben sich wichtige Einsichten für das Design ähnlicher synthetischer Katalysatoren, die Wasser mit umweltfreundlichen, kostengünstigen und gut verfügbaren Elementen spalten.
Derzeit werden zu diesem Zweck das teure Platin und andere seltene Metalle oder Metallkomplexe eingesetzt. Das verteuert die großtechnische Produktion von erneuerbaren Energieträgern wie Wasserstoff oder macht sie gar unmöglich.
Mit solchen Bio-Katalysatoren wie ihre Versuchsbakterien könnte sich Wasserstoff oder ein anderer solarer Brennstoff dagegen kostengünstig erzeugen lassen. Man müsste die Photovoltaikanlagen mit solchen wasserspaltenden Katalysatoren kombinieren, um solare Brennstoffe zu erzeugen, statt Strom zu produzieren.
Damit könnte die Energiewirtschaft das Hauptproblem der Photovoltaik überwinden: Sonnenlicht steht als Energiequelle nicht rund um die Uhr zur Verfügung, und Elektrizität eignet sich wenig, um Fahrzeuge anzutreiben. Das Konzept des solaren Brennstoffs ermöglicht es hingegen, Sonnenenergie direkt in chemischen Verbindungen zu speichern und somit unabhängig von Zeit und Ort zu nutzen.