Sechs Chemiker der University of Chicago haben ein neues künstliches Photosynthesesystem entwickelt, das zehnmal produktiver ist als bestehende: Es könnte uns eine nachhaltigere und effizientere Möglichkeit bieten, Energie aus Sonnenlicht zu erzeugen.
Der Prozess der künstlichen Photosynthese nutzt Licht, um Kohlendioxid in Treibstoff umzuwandeln. Dank der Sonnenenergie entstehen organische Moleküle aus einfachen anorganischen Molekülen: Der Prozess der Photosynthese findet statt, wenn Lichtenergie in organisches Material wie Glukose umgewandelt wird. Pflanzen nutzen die Photosynthese, um ihre eigene Nahrung herzustellen.
Eine künstliche Photosynthese
In den letzten zwei Jahrhunderten haben sich die Menschen auf fossile Brennstoffe als Energiekraftwerk verlassen. Hunderte von Millionen Jahren Photosynthese, eingeschlossen in einer angenehmen und energiedichten Substanz. Doch die Verfügbarkeit ist begrenzt und der Verbrauch fossiler Brennstoffe hat enorme negative Auswirkungen auf das Klima der Erde.
Aus diesem Grund untersuchen Wissenschaftler die „künstliche Photosynthese“ als Methode zur Herstellung von Kraftstoffen: ein äußerst schwieriger Prozess, da er eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Pflanze erfordert, was sehr komplex ist.
Die neue Studie, die in Nature Catalysis (Ich verlinke es hier) zeigt ein neues künstliches Photosynthesesystem, das viel produktiver ist als frühere Versionen. Während die normale Photosynthese Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate umwandelt, könnte die künstliche Photosynthese Ethanol, Methan oder andere Kraftstoffquellen erzeugen.
„Das ist etwas, was noch nie zuvor gemacht wurde“, sagte er Wenbin Lin, Professor für Chemie an der University of Chicago und leitender Autor der Studie.
Wie der Prozess funktioniert
Lin und seine Kollegen führten etwas ein, das in aktuellen künstlichen Photosynthesesystemen noch nie enthalten war: Aminosäuren. Dieser Zusatz brachte Verbesserungen für beide Reaktionshälften: den Prozess, der das Wasser aufspaltet, und den Prozess, der dem Kohlendioxid Elektronen und Protonen hinzufügt.
Die erzielten Leistungen haben noch großen Spielraum für Verbesserungen: Die künstliche Photosynthese ist noch weit davon entfernt, eine ausreichende Menge an Treibstoff zu produzieren, um in großem Maßstab genutzt zu werden. „Es muss noch viel verbessert werden, um genug Methan für unseren Verbrauch zu produzieren.“
Neben dem Brennstoff kann die Entdeckung aber bereits für zahlreiche andere großtechnische chemische Reaktionen genutzt werden. Die Herstellung von Alltagsgegenständen wie Medikamenten und Nylon würde nur minimale Mengen an Ausgangsmaterialien erfordern.
„Viele dieser grundlegenden Prozesse sind gleich“, sagt Lin. „Wenn man eine gute Chemie entwickelt, kann man sie in viele Systeme integrieren.“
