Riesenmuschel könnte großes Problem von Solarenergie lösen

Die meisten Solarzellen bestehen heutzutage aus Silizium. Solche PV-Anlagen kommen über einen Wirkungsgrad von 22 bis 25 Prozent nicht hinaus. Selbst neuartige Perowskit-Tandem-Solarzellen schaffen nicht mehr als 35 Prozent, sind aber noch längst nicht serienreif.

Eine Lösung für einen deutlich höheren Wirkungsgrad könnte ausgerechnet ein im Wasser lebendes Tier liefern. Nimmt man sich die Riesenmuschel im Westpazifik als Vorbild, könnte sich die Ausbeute des Sonnenlichts verdreifachen lassen. 

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Riesenmuscheln sind höchst effizient

Die Riesenmuschel lebt in einer Symbiose mit kleinen Algen. Diese einzelligen Algen befinden sich aufgereiht wie Baumstämme innerhalb der Muschel, die Öffnung der Muschel befindet sich darüber und wirkt wie eine Baumkrone. 

Trifft Sonnenlicht auf die Muschel, schafft es das Lebewesen, dieses Licht höchst effizient zu streuen und in das Innere weiterzuleiten. Durch diese Streuung schafft es die Muschel, jede der senkrecht angeordneten Algen gleichmäßig und von allen Seiten mit ausreichend Sonnenlicht zu versorgen.

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3 Mal höhere Effizienz

Die Geometrien und Lichtstreuungsmechanismen der Riesenmuscheln hat ein Forschungsteam an der renommierten Yale University nachgebaut. Nach mehreren Versuchen konnte dabei eine Quanteneffizienz von rekordverdächtigen 67 Prozent erreicht werden. 

Eine Pflanze in tropischer Umgebung kommt normalerweise nicht über 14 Prozent hinaus. "Die Wahrheit ist, dass die Muscheln bei der Umwandlung von Solarenergie effizienter sind als jede bestehende Solarzellentechnologie", sagt die Forscherin Alison Sweeney in einer Aussendung.

Herkömmlichen Solarzellen, die auf den Dächern im Einsatz sind, würden nicht über 20 Prozent Effizienz hinauskommen, erklärt die leitende Forscherin in einem Video. Die Quanteneffizient ist aber nicht mit dem Wirkungsgrad zu verwechseln, der bei Solarmodulen meist angegeben wird. 

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Die Quanteneffizienz gibt bei Solarmodulen an, wie viele Elektronen ein eintreffendes Photon freisetzen kann. Liegt diese Effizienz bei 100 Prozent, kann jedes Photon ein Elektron freisetzen. 

Die Quanteneffizienz von Solarmodulen ist lediglich ein Aspekt, der sich auf den Wirkungsgrad auswirkt. Die Quanteneffizienz selbst ist abhängig vom Material und dem Aufbau der Solarzelle sowie von der Wellenlänge des eintreffenden Lichts.

Riesenmuschel als Vorbild für Algenproduktion

Das Forschungsteam der Yale University will an den Erkenntnissen ansetzen, noch mehr solche Beispiele in der Natur aufspüren. In weiterer Folge soll versucht werden, die Ergebnisse in Solarmodulen umzusetzen, um sie effizienter zu machen.

Es wäre auch denkbar, dass sich mit den Mechanismen der Riesenmuschel große Fortschritte bei der Algenproduktion erzielen lassen. Algen können nämlich in vielerlei Hinsicht einen dienlichen Rohstoff darstellen, beispielsweise für Biotreibstoff.