Einem internationalen Wissenschaftlerteam ist ein großer Durchbruch für die Zukunft nachhaltiger Kraftstoffe gelungen. Sie erreichten diesen wichtigen Meilenstein, indem sie die Methoden einiger der saubersten Energieerzeuger der Welt kopierten – Pflanzen. Wissenschaftler der University of Cambridge und der Ruhr-Universität Bochum haben eine neue Technik entdeckt, die den natürlichen Prozess der Photosynthese in Pflanzen nachahmt und mit der Wasserstoffkraftstoff hergestellt werden kann, eine extrem saubere (keine Kohlendioxidemissionen) und im Wesentlichen unbegrenzte Energiequelle.
In einem im Fachjournal Nature Energy Scientific veröffentlichten Artikel erläuterte das Wissenschaftlerteam seine prinzipielle Methode, Wassermoleküle mit Sonnenlicht in die einzelnen Wasserstoff- und Sauerstoffatome aufzuspalten, aus denen sie bestehen. Die Technik spiegelt die Photosynthese wider, den natürlichen Prozess, bei dem Pflanzen Wassermoleküle spalten, wenn sie Sonnenlicht in Energie umwandeln, um sich selbst zu ernähren. Diese Errungenschaft hat weitreichende Auswirkungen – Erwin Reisner, Hauptautor der Studie, sagte Newsweek, dass „die Umwandlung von Solarenergie in erneuerbare Brennstoffe und Chemikalien — d. H. Die Synthese von Solarkraftstoffen — eine wichtige Strategie für die Stromversorgung unserer Gesellschaft in einem postfossilen Zeitalter ist.“
Künstliche Photosynthese ist an sich nicht revolutionär — Techniken, um diesen Effekt zu erzielen, gibt es seit Jahrzehnten. Was diese jüngste Entdeckung so wichtig macht, ist ihr teils künstlicher, teils natürlicher Ansatz. Dies ist das erste Mal, dass eine künstliche Photosynthesemethode speziell zur Erzeugung erneuerbarer Energie modelliert wurde.
Die vollständig künstliche Photosynthese ist ein komplexer Prozess, der die Verwendung problematischer Katalysatormaterialien erfordert, die schwierig zu verarbeiten sind und erhebliche Herausforderungen mit sich bringen. Viele dieser Katalysatoren sind entweder zu teuer, toxisch oder einfach nur ineffizient, so dass sie zwar im Labor arbeiten können, aber für eine breite Anwendung oder kommerzielle Anwendungen unrealistisch sind. Im Vergleich dazu sind natürlich vorkommende Enzyme reichlich vorhanden und effizient, was sie zur perfekten Lösung für die nachhaltige Synthese von Solarbrennstoffen macht.
Das Team der Universität Cambridge und der Ruhr-Universität Bochum nutzt vor allem Hydrogenase, ein Enzym, das seit Millionen von Jahren in Algen schlummert. Hydrogenase kombiniert mit synthetischen Pigmenten, um Sonnenlicht zu provozieren, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff ohne Unterstützung zu spalten. Wie Reisner erklärte, versucht dieses Team, „eine neue Forschungslinie zu etablieren, indem es das Beste aus der natürlichen und künstlichen Welt kombiniert und hocheffiziente und reichlich vorhandene biologische Katalysatoren wie Enzyme mit synthetischen Materialien in Solargeräten kombiniert für eine effiziente Synthese von Solarbrennstoffen.“
Die natürliche Photosynthese ist zwar äußerst effektiv, lässt jedoch Raum für viele Verbesserungen. Pflanzen produzieren nur die minimale Menge an Elektrizität, die zum Überleben notwendig ist, und gehen den Weg des geringsten Widerstands. Tatsächlich produzieren sie nur etwa 1 oder 2 Prozent der Energie, die sie potenziell umwandeln und speichern können. Vor diesem Hintergrund untersuchte das Cambridge-Ruhig-Team Prozesse mit höherem Energieertrag, die Pflanzen über Milliarden von Jahren der Evolution auslaufen ließen. Dies veranlasste die Wissenschaftler, das lange ruhende Hydrogenase-Enzym zu verfolgen. Ihr semi-künstlicher Prototyp, der erste und sicherlich nicht der letzte seiner Art, kann bereits viel mehr vom Sonnenspektrum nutzen.
Diese bahnbrechende Forschung ist nur der Anfang eines viel längeren Prozesses zur Kommerzialisierung. Das neue Verfahren ist nur ein Prototyp, der die Tür für eine neue Ära der Wasserstoffbrennstoff- und Photosyntheseforschung öffnet, die zu noch massiveren Durchbrüchen für sauberen, nachhaltigen Kraftstoff führen wird.
Diese Forschungslinie ist nur einer der vielen Wege, die von den vielen Wissenschaftlern rund um den Globus erforscht werden, die sich der Suche nach Lösungen für das bevorstehende Ende fossiler Brennstoffe und einen dringenden Bedarf an saubereren Energien widmen. Erst vor einem Monat machte ein Team chinesischer Wissenschaftler einen ähnlich aufregenden Fortschritt bei der Herstellung von Solarenergie, indem es einen Weg entdeckte, den Syntheseaufwand für flüssigen Solartreibstoff zu erhöhen. Gleichzeitig arbeitet Attis Industries mit dem Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology zusammen, um eine effiziente Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Kohlenwasserstoffbrennstoffe zu entwickeln, die mit der aktuellen Infrastruktur kompatibel sind, und die Universität Amsterdam hat herausgefunden, dass solare Brennstoffe bis zu den 2030s mit traditionellen fossilen Brennstoffen wettbewerbsfähig werden könnten.
Von Haley Zaremba für Oilprice.com
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