Mit künstlicher Photosynthese Energie gewinnen

Ein weiteres Mal ist es Forschern gelungen, das System Natur zu imitieren. Nun entwickelten sie ein künstliches Blatt in Spielkartengröße, das ähnlich der natürlichen Photosynthese aus Wasser und Sonnenlicht Energie erzeugen kann.

Die Photosynthese ist die Lebensgrundlage der Pflanzen. Im Laufe der Evolution entwickelte sich dieses perfekte System, das der Pflanze zur Energiegewinnung und damit für das Wachstum dient. Die Pflanze benötigt dafür lediglich Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht. In dem biochemischen Prozess werden Wassermoleküle gespalten und Kohlenhydrate werden aufgebaut, die von der Pflanze sowohl als Energieträger als auch als Baustoff genutzt werden. Als „Abfallprodukt“ entsteht zudem Sauerstoff.

Auf der Suche nach alternativen, erneuerbaren Energiequellen versuchen Forscher immer neue Wege zu gehen. So hat der amerikanische Forscher John Turner bereits vor über zehn Jahren ein künstliches Blatt entwickelt, das das Prinzip Photosynthese zur Energiegewinnung nutzen sollte. Doch in dem künstlichen System werden Katalysatoren benötigt, die die Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff ermöglichen. Turners künstliches Blatt funktionierte mit einem auf Platin basierenden Katalysator zwar effektiv, für eine breite Anwendung war es jedoch viel zu teuer. Zudem wurde der Katalysator durch die Spaltung von Wasser verbraucht und damit funktionsunfähig. Sein erster Prototyp hielt daher nur zwanzig Stunden.

Nickel und Kobalt als preisgünstige Katalysatoren

Wissenschaftler vom Massachuetts Institute of Technology im US-amerikanischen Cambridge haben die Idee wieder aufgegriffen und eine preisgünstigere Variante entwickelt. Ihr künstliches Blatt besteht aus Silizium, um die Sonnenenergie einzufangen sowie aus der notwendigen Elektrik. Als preisgünstige und stabile Katalysatoren dienen Nickel und Kobalt.

Nach Angaben der Forscher ist das künstliche Blatt nur so groß wie eine Spielkarte. Die Anwendungsweise ist denkbar einfach: ein Behälter wird mit etwa vier Liter Wasser gefüllt, das Blatt hineingelegt und das Ganze in die Sonne gestellt. Mithilfe der Katalysatoren und Sonnenlicht wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gepalten, die dabei gewonnene Energie kann in einer Brennstoffzelle gespeichert werden. Ein Prototyp arbeitete bereits 45 Stunden ununterbrochen ohne dass die Leistung nachließ. Das System scheint demnach nicht nur preisgünstiger sondern auch deutlich stabiler als Turners kostspielige Variante.

Energieversorgung vor allem für Schwellen- und Entwicklungsländer

Das künstliche Blatt arbeitet zehnmal effektiver als die Vorlage aus der Natur. Ein einziges Blatt würde die Energie produzieren, die ein Haushalt in einem Entwicklungsland benötigt. Der Forscher hofft daher, dass das künstliche Blatt zukünftig vor allem für die die Energieversorgung in Entwicklungs- und Schwellenländern eingesetzt werden kann.