Technische Photosynthese

Die Natur als Vorbild

Photosythese

Pflanzen, Algen und einige Bakterien nutzen die Photosynthese, um mit Hilfe von Licht aus Wasser und Kohlendioxid energiereiche Substanzen aufzubauen. Dieses Verfahren entwickelte sich in der Natur im Verlauf von mehreren Milliarden Jahren und verbesserte sich immer weiter. Warum setzen wir diesen optimierten Prozess nicht ein, um in technischem Maßstab Energie zu erzeugen?  Tatsächlich arbeiten weltweit viele Wissenschaftler genau daran: Sie verwenden dazu Mikroalgen oder experimentieren mit künstlichen Wirkstoffen, die im Reagenzglas Prozesse anstoßen können, die der Photosynthese ähnlich sind. Ihr Ziel ist in allen Fällen dasselbe: Licht soll Wassermoleküle spalten, so dass neben Sauerstoff auch molekularer Wasserstoff entsteht, der als Energieträger genutzt werden kann. Dieser könnte dann flüssige Kraftstoffe wie Benzin, Diesel oder Kerosin ersetzen.

 

Herausforderungen

Dieser Plan klingt einfach, ist in der Praxis aber nur sehr schwer umzusetzen. Es reicht nämlich nicht aus, einfach nur die bei der pflanzlichen Photosynthese beteiligten Moleküle nachzubauen und in ein Reagenzglas zu stecken. Sie brauchen eine Umgebung, in der es wie bei der pflanzlichen Zelle zum Beispiel Kanäle für den Transport von Wasser, Sauerstoff und Wasserstoffkernen gibt.  Hinzu kommt, dass die Moleküle, die für die Photosynthese verantwortlich sind, nach rund 30 Minuten zerfallen; sie müssen daher permanent ersetzt werden. Das passiert in lebenden Organismen ganz natürlich, im Labor hingegen stellt es Wissenschaftler vor große Probleme. Hier haben die Chemiker noch eine Menge Arbeit vor sich, manche Experten glauben sogar, dafür sei die Entwicklung einer „neuen Chemie“ nötig.

Die Kraft der Algen

Aber zum Glück gibt es Algen: Manche von ihnen können von Natur aus – unter bestimmten Bedingungen – Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen und sind darum nahe liegende Kandidaten als Wasserstofflieferanten. Im Prinzip genügt es, die Mikroorganismen in Aquakulturen oder Algenreaktoren zu füttern und mit Licht zu versorgen. Das Wasserstoffgas aus ihrem Inneren steigt automatisch an die Oberfläche des Algen-Tanks und kann dort abgesaugt werden. Ein Problem ist derzeit die geringe Effizienz: Nur rund ein Prozent der Lichtenergie, die auf die Algen-Tanks trifft, wird in chemische Energie des Wasserstoffs umgesetzt. Mit Hilfe von gentechnischen Verfahren wollen Forscher die Algen dazu bewegen, effektiver zu arbeiten. Bis zur Massenproduktion von Algen-Wasserstoff werden aber wohl noch einige Jahre vergehen.