Neues Molekül soll Sonnenlicht in umweltfreundliche Treibstoffe verwandeln
Die Natur war schon häufig Vorbild für die Entwicklung neuer Technologien. Nun hilft sie auch bei der Herstellung von umweltfreundlichen Treibstoffen. Und zwar mithilfe von künstlicher Photosynthese.
Dieser sind Forscher der Universität Basel einen Schritt näher gekommen. Und zwar, indem sie ein Molekül mit besonderen Eigenschaften entwickelt haben. Ihre Forschungsergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift “Nature Chemistry” veröffentlicht.
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Was ist der Unterschied zwischen künstlicher und natürlicher Photosynthese?
Pflanzen brauchen Sonnenlicht, um CO2 in Zucker umzuwandeln. Dieser Prozess wird Photosynthese genannt und der entstandene Zucker (Kohlenhydrate) dient dann anderen Lebewesen als Energielieferant.
Dieser natürliche Prozess lässt sich theoretisch auch imitieren und zur Herstellung von sogenannten Solartreibstoffen, wie Wasserstoff, Methanol oder synthetisches Benzin, nutzen. In der Praxis ist die künstliche Photosynthese aber noch nicht angekommen.
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Was macht das Molekül so besonders?
Mit dem neu entwickelten Molekül kommen die Forscher der künstlichen Photosynthese aber näher. Grund dafür ist sein besonderer Aufbau. Denn mithilfe von Licht können in dem Molekül 2 positive und 2 negative Ladungen gleichzeitig gespeichert werden. Genauer gesagt funktioniert das so:
Das Molekül besteht aus 5 miteinander verknüpften Teilen. Auf der einen Seite des Moleküls befinden sich 2 Teile, die Elektronen abgeben und dadurch positiv geladen werden. Auf der anderen Seite befinden sich ebenfalls 2 Teile, diese nehmen aber Elektronen auf und werden so negativ geladen.
In der Mitte des Moleküls haben die Forscher einen Baustein platziert, der Sonnenlicht einfangen kann, wodurch dann Energie für chemische Reaktionen verfügbar ist. Diese Energie kann dann für die Elektrolyse, also die Aufspaltung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff, genutzt werden.
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Schwaches Licht reicht für Reaktion aus
Um die künstliche Photosynthese anzustoßen, nutzten die Forscher 2 Lichtblitze. Durch diese Lichtblitze wird eine Reaktion ausgelöst, sodass jeweils eine positive und eine negative Ladung entsteht.
“Diese schrittweise Anregung erlaubt es, deutlich schwächeres Licht zu nutzen. Wir bewegen uns damit schon in der Nähe der Stärke von Sonnenlicht”, sagt Hauptautor Mathis Brändlin. Das ist besonders, da in früheren Forschungsarbeiten starkes Laserlicht nötig war, um die künstliche Photosynthese anzustoßen. Sonnenlicht ist im Vergleich dazu schwach, da es über eine große Fläche verteilt und nicht so gebündelt ist wie Laserlicht.
Weil die Ladungen lange genug stabil bleiben, um sie für weitere chemische Reaktionen zu nutzen, können so auch CO2-neutrale Solartreibstoffe entwickelt werden, die bei der Verbrennung nur so viel CO2 ausstoßen, wie bei der Herstellung benötigt wurde. Eine komplett künstliche Photosynthese ist durch das neu entwickelte Molekül zwar nicht möglich, geben die Forscher zu. “Aber wir haben ein wichtiges Puzzleteil identifiziert und realisiert”, sagt Oliver Wenger, der ebenfalls an der Studie beteiligt war.