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Schwerpunkt Fotosynthese: Wie Pflanzen Wasser spalten

In einem frühen Schritt der pflanzlichen Fotosynthese wird Wasser in seine elementaren Bestandteile zerlegt. Wie das genau geschieht, zeigen nun spektroskopische Experimente sowie eine neue Strukturanalyse des dafür zuständigen Proteins. Die Erkenntnisse könnten helfen, Solarsysteme zu entwickeln, die den natürlichen Vorgang nachahmen.
Fotosynthese

Das enorme Wirtschaftswachstum in den letzten 100 Jahren und unser heutiger Wohlstand beruhen hauptsächlich auf der Erschließung und Nutzung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Doch diese wertvollen Ressourcen gehen langsam zur Neige. Zudem setzt ihre ungehemmte Nutzung gewaltige Mengen an Treibhausgasen frei. Die Folge ist eine globale Erwärmung, die große Probleme für das Klima, die Umwelt und das Leben auf der Erde mit sich bringt.

Erneuerbare Energiequellen zu erschließen, gehört daher zu den wichtigsten Anliegen moderner Forschung und Technologie. An vorderster Stelle steht dabei die Nutzung des Sonnenlichts. Ließe es sich dazu verwenden, Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, wären all unsere Energieprobleme auf einen Schlag gelöst. Bisher existiert allerdings kein chemisches Verfahren, das die Anforderungen an Wirkungsgrad, Umsatzraten, Stabilität, Skalierbarkeit, Verfügbarkeit der chemischen Grundstoffe und letztlich Kosten erfüllt.

Die Natur dagegen praktiziert die Wasserspaltung mittels Licht schon seit Jahrmilliarden. Diese stellt einen der elementaren Schritte der Sauerstoff bildenden (oxygenen) Fotosynthese dar, mit der Pflanzen organisches Material aufbauen. Zwar ist ihr grundlegender Ablauf schon seit Langem bekannt, doch wurden wichtige Details erst jüngst geklärt. ...

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  • Quellen

Cox, N. et al.: Biological Water Oxidation. In: Accounts of Chemical Research 46, S. 1588 - 1596, 2013

Siegbahn, P.: Structures and Energetics for O2 Formation in Photosystem II. In: Accounts of Chemical Research 42, S. 1871 - 1880, 2009

Umena, Y. et al.: Crystal Structure of the Oxygen-Evolving Photosystem II at a Resolution of 1.9 Å. In: Nature 473, S. 55 - 60, 2011