Große Ausbeute bei künstlicher Fotosynthese
Ein System, das Flüssigbrennstoff aus Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser herstellt, präsentierten jetzt die US-Professoren Daniel Nocera und Pamela Silver von der Harvard University in Cambridge.
- Richard Martin
Nocera, von Haus aus Chemiker, wurde bekannt, als er 2011 ein künstliches Blatt entwickelte, das Sonnenenergie in Strom verwandelt. Inzwischen sind die beiden Forscher – gemäß ihrem jetzt im Journal Science (DOI: 10.1126/science.aaf5039) vorgestellten Paper – einen Schritt weiter: Ihr neues Verfahren für künstliche Fotosynthese erreicht mit zehn Prozent Wirkungsgrad doppelt so viel wie zuvor das künstliche Blatt.
Ein Zehntel der Energie des auftreffenden Sonnenlichts wird also in Brennstoff umgewandelt. Die Ausbeute ist somit viel größer als bei der natürlichen Fotosynthese, die nur ein Prozent der Solarenergie in Kohlenhydrate für die Pflanze überführen kann. Für den Rückzug von den fossilen Brennstoffen könnte die neue Methode ein Meilenstein sein. "Bill Gates sagte, um unsere Energieprobleme zu lösen, müssten wir eines Tages das tun, was die Fotosynthese leistet – und dass wir irgendwann vielleicht in der Lage sein würden, das noch effizienter umzusetzen als Pflanzen", sagt Nocera und fügt hinzu: "Dieser Zeitpunkt ist erreicht."
Das System der beiden Forscher aus Harvard benutzt Katalysatoren, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Anschließend führt es den Wasserstoff vermischt mit Kohlendioxid speziell designten Bakterien zu. Sie verwandeln die Gase in Flüssigbrennstoff.
Diverse Unternehmen wie Joule Unlimited oder LanzaTech arbeiten ebenfalls daran, Biokraftstoffe auf diese Weise herzustellen. Aber sie benutzen Bakterien, die eher von Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid als von Wasserstoff leben. Das System von Daniel Nocera und Pamela Silver, Professorin für Biochemie und Systembiologie, operiert jedoch bei niedrigeren Temperaturen mit größerer Wirtschaftlichkeit und zu geringeren Kosten.
Das bestätigt der Chemiker und Materialwissenschaftler Peidong Yang von der University of California im amerikanischen Berkeley, der ein ähnliches Verfahren entwickelt hat, aber mit einer geringeren Leistung: "Zu dieser Ausbeute gibt es keine Parallelen."
Für das Verfahren der Harvard-Professoren kommt reines Kohlendioxid infrage, aber auch normale Luft. Es ließe sich demnach kohlendioxidneutral ohne zusätzliche Abgabe von Treibhausgasen betreiben – dann allerdings mit einem geringeren Ertrag. "Die zehn Prozent erreichen wir mit reinem Kohlendioxid", sagt Nocera. Wenn die Bakterien selbst das Kohlendioxid aus der Luft nähmen, erreichten sie ein Ergebnis von drei bis vier Prozent. Aber selbst das ist noch signifikant höher als bei der natürlichen Fotosynthese. Bis die neue Technik kommerziell genutzt werden kann, wird es aber wohl noch einige Jahre dauern. (bsc)
