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Energietechnik: Künstliche Fotosynthese

Die Natur macht es uns vor: die Umwandlung von Solarenergie in energiereiche Moleküle. Künstliche Blätter aus Metall, die mit Sonnenlicht Wasserstoff erzeugen, haben bereits heute einen höheren Wirkungsgrad als Pflanzen. Das optimale Material für die Gewinnung von Brennstoffen aus Wasser und Sonnenlicht könnte jedoch eine Substanz sein, die chemisch eng mit dem Chlorophyll verwandt ist.
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Fossile Brennstoffe sind nur begrenzt verfügbar, und ihre Vorräte dürften teils in wenigen Jahrzehnten erschöpft sein. Zudem bringt ihre Nutzung einen bedrohlichen Klimawandel mit sich. Die Zeit, in der sich der Wohlstand besonders der westlichen Industrienationen auf Öl und Kohle gegründet hat, neigt sich deshalb dem Ende zu. Zugleich erwarten Experten allein bis 2030 eine 50-prozentige Steigerung des heutigen Energiebedarfs. Wind- und Wasserkraft sowie Energie aus Biomasse und Erdwärme dürften ihn auf Dauer nicht allein decken können. Zudem ist der Wind launisch und weht nicht immer und überall. Die Sonne hingegen liefert mehr als genug Energie: 120  000 Terawatt an Strahlungsleistung erreichen die Erdoberfläche. Bei einem weltweiten Energieverbrauch von etwa 13 Terawatt im Jahr 2000 könnte eine einzige Stunde Sonnenstrahlung also den Jahresbedarf der ganzen Welt decken! Fotovoltaikanlagen und Solarthermiekraftwerke zapfen diese Quelle bereits an und gewinnen daraus Strom.

Ähnlich dem unzuverlässigen Wind scheint allerdings auch die Sonne nicht den ganzen Tag und nicht überall. Elektrizität für die sonnenfreie Zeit ist aber nur schwer zu speichern und mit erheblichen Verlusten zu transportieren. Die gewonnene elektrische Energie lässt sich in großen Mengen nach heutigem Stand der Technik lediglich über den Umweg der Elektrolyse in Form von Wasserstoff nutzen, und dieser Weg ist noch sehr ineffektiv. Deshalb widmen sich immer mehr Forscher weltweit einer wesentlich eleganteren Lösung, die uns die Natur seit jeher vormacht: der Fotosynthese. ...

September 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2013

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