{"id":66460,"date":"2020-12-25T02:31:00","date_gmt":"2020-12-25T01:31:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=66460"},"modified":"2020-12-23T13:31:54","modified_gmt":"2020-12-23T12:31:54","slug":"neue-energieumwandlungsschicht-fuer-biosolarzellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/neue-energieumwandlungsschicht-fuer-biosolarzellen\/","title":{"rendered":"Neue Energieumwandlungsschicht f\u00fcr Biosolarzellen"},"content":{"rendered":"\n

Fotosynthese-Proteine k\u00f6nnen Lichtenergie in andere Energieformen umwandeln. Diese Technik wollen Forscherinnen und Forscher auch f\u00fcr die industrielle Produktion von beispielsweise Brennstoffen nutzbar machen.<\/p>\n\n\n\n

Ein Forschungsteam der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum (RUB) hat mit Kollegen aus Lissabon eine halbk\u00fcnstliche Elektrode hergestellt, die in Biosolarzellen Lichtenergie in andere Energieformen umwandeln k\u00f6nnte. Die Technik basiert auf dem Fotosynthese-Protein Photosystem I aus Cyanobakterien. Die Gruppe zeigte, dass sie ihr System mit einem Enzym koppeln konnten, das die umgewandelte Lichtenergie f\u00fcr die Wasserstoffproduktion nutzte. Die Ergebnisse sind im Oktober 2020 online vorab in der Zeitschrift Angewandte Chemie ver\u00f6ffentlicht worden.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Arbeiten kooperierte die RUB-Gruppe um Panpan Wang, Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Julian Szczesny, Dr. Adrian Ruff, Dr. Felipe Conzuelo und Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Zentrum f\u00fcr Elektrochemie mit dem Team um Anna Frank, Prof. Dr. Marc Nowaczyk und Prof. Dr. Matthias R\u00f6gner aus der Biochemie der Pflanzen sowie Kollegen der Universidade Nova de Lisboa.<\/p>\n\n\n\n

Kurzschlussgefahr<\/h5>\n\n\n\n

Photosystem I ist in Cyanobakterien und Pflanzen Teil der Fotosynthese-Maschinerie. Mithilfe von Lichtenergie kann es Ladungen trennen und so hochenergetische Elektronen erzeugen, die auf andere Molek\u00fcle \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen, zum Beispiel auf Protonen f\u00fcr die Produktion von Wasserstoff.<\/p>\n\n\n\n

Bereits in fr\u00fcheren Arbeiten hatten die Bochumer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den lichtsammelnden Proteinkomplex Photosystem I genutzt, um Elektroden f\u00fcr Biosolarzellen zu konzipieren. Sie trugen dazu eine Photosystem-I-Monoschicht auf eine Elektrode auf. In solchen Monoschichten sind die Photosysteme nicht \u00fcbereinandergestapelt, sondern liegen nebeneinander in derselben Ebene. Photosystem I kommt aber \u00fcblicherweise als Trimer vor, es lagern sich also immer drei Photosysteme zusammen. Da sich die Trimere nicht dicht an dicht packen lassen, entstehen L\u00f6cher in der Monoschicht, wodurch es zu Kurzschl\u00fcssen kommen kann. Das beeintr\u00e4chtigt die Leistungsf\u00e4higkeit des Systems. Genau dieses Problem l\u00f6sten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der vorliegenden Arbeit.<\/p>\n\n\n\n

L\u00f6cher in der Photosystem-Schicht gestopft<\/h5>\n\n\n\n

In dem Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus <\/em>liegt Photosystem I haupts\u00e4chlich als Trimer vor. Durch eine neue Extraktionstechnik konnten die Forscher zus\u00e4tzlich Monomere aus dem Organismus isolieren und erzeugten damit auf der Elektrode eine Photosystem-I-Monoschicht, in der die Monomere die L\u00f6cher zwischen den Trimeren f\u00fcllten. Damit verminderten sie die Kurzschlusseffekte. Das System erzielte doppelt so hohe Stromdichten wie ein System, das nur aus Trimeren bestand.<\/p>\n\n\n\n

Um zu zeigen, wozu die Technik prinzipiell genutzt werden kann, koppelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sie an ein Hydrogenase-Enzym, das mithilfe der durchs Photosystem bereitgestellten Elektronen Wasserstoff produzierte. \u201eK\u00fcnftige Arbeiten werden sich auf eine noch effizientere Kopplung zwischen der Photosystem-Monoschicht und den integrierten Biokatalysatoren richten, um praktische Biosysteme zur Umwandlung von Sonnenenergie zu realisieren\u201c, geben die Autoren einen Ausblick in ihrer Publikation.<\/p>\n\n\n\n