Künstliche Photosynthese schlägt Solarzellen

Mithilfe der Photosynthese gewinnen Pflanzen Energie aus Sonnenlicht und CO2. Forscher*innen der TU München ließen sich von dem Prozess inspirieren und entwickelten ein eigenes Verfahren, mit dem in Zukunft Synthesegas hergestellt werden soll.

Entstanden ist ein gelbliches Pulver, das sogenannte „Nanozym“, erklärt Projektleiter Roland Fischer vom Lehrstuhl für Anorganische und Metallorganische Chemie in einer Aussendung. In Wasser aufgelöst und mit Licht bestrahlt, wandelt das Nanozym Kohlendioxid in Kohlenmonoxid um und stellt dabei gleichzeitig Wasserstoff her. Die Innovation des Systems ist dabei, dass es beim Nanozym 2 Reaktionszentren gibt – eines für Kohlenmonoxid und eines für Wasserstoff. 

Die Herausforderung dabei war, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Dafür übernimmt ein Molekül die Aufgabe einer Energie-Antenne, ähnlich wie beim Chlorophyll-Molekül bei Pflanzen. So werden Lichtteilchen aufgenommen und Elektronen zu den beiden Reaktionszentren weitergeleitet.

Hohe Energieausbeute

„Unsere Energieausbeute aus dem Licht ist mit 36 Prozent spektakulär hoch“, sagt Philip Stanley, der das Thema im Rahmen seiner Doktorarbeit erforscht hat. „Wir können bis zu jedes dritte Photon, also Lichtteilchen, in chemische Energie umsetzen. Bisherige Systeme waren hier höchstens im Bereich von jedem zehnten Teilchen.“

Sogar im Vergleich mit Photovoltaik kann sich die Effizienz sehen lassen. Tandem-Solarzellen liefern unter Laborbedingungen Werte von rund 33 Prozent. Industriell gefertigte Solarpaneele erreichen Wirkungsgrade von etwa 20 Prozent.

Besser als Pflanzen

Die hohe Energieausbeute lässt die Forscher*innen hoffen, dass eine technische Umsetzung für die Industrie schnell vonstattengeht. Künstliche Photosynthese ist übrigens bereits deutlich effizienter als jener Prozess, der in der Natur vorkommt. Dort wird im Schnitt weniger als ein Prozent der Sonnenenergie umgewandelt.