{"id":89991,"date":"2023-03-24T09:13:52","date_gmt":"2023-03-24T08:13:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=89991"},"modified":"2023-03-24T09:18:17","modified_gmt":"2023-03-24T08:18:17","slug":"durchbruch-auf-dem-weg-zur-biologischen-solarzelle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/durchbruch-auf-dem-weg-zur-biologischen-solarzelle\/","title":{"rendered":"Durchbruch auf dem Weg zur biologischen Solarzelle"},"content":{"rendered":"\n
Forschende stellen bisherige Funktionsweise der Fotosynthese infrage.<\/p>\n\n\n\n
Einem Forschungsteam der Universit\u00e4t Cambridge, der Universit\u00e4t Rostock sowie der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum ist es erstmals gelungen, Elektronen direkt aus den Anfangsstadien der Fotosynthese zu gewinnen. Dieser Durchbruch stellt das bisherige Modell zur grundlegenden Funktionsweise der Fotosynthese infrage und besitzt das Potenzial, die Entwicklung von Solarzellen auf Basis von biologischen Katalysatoren zu revolutionieren. Die Forschungsarbeit wurde in der renommierten Fachzeitschrift \u201eNature\u201c vom 22. M\u00e4rz 2023 online ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n
Mit Sonnenlicht Wasserstoff herstellen<\/h5>\n\n\n\n
Biologische Katalysatoren, sogenannte Enzyme, bestimmen l\u00e4ngst unseren Alltag. Sie werden beispielsweise als Zus\u00e4tze in Waschmitteln verwendet, sie veredeln Lebensmittel oder werden in gro\u00dftechnischen Prozessen eingesetzt, um Medikamente oder Rohstoffe f\u00fcr die chemische Industrie zu produzieren. Im Vergleich zu chemischen Katalysatoren haben sie den Vorteil, dass sie nur mit ganz bestimmten Ausgangstoffen reagieren und daher sehr spezifische Produkte herstellen. Zudem basieren biologische Katalysatoren niemals auf Edelmetallen oder anderen selten Rohstoffen. \u201eIn der Natur haben sich immer L\u00f6sungen durchgesetzt, die nicht durch die Verf\u00fcgbarkeit von Rohstoffen limitiert sind\u201c, sagt Prof. Dr. Marc Nowaczyk, Leiter des Lehrstuhls f\u00fcr Biochemie an der Universit\u00e4t Rostock und Ko-Autor der Studie, der Teile der Arbeiten an der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum im Rahmen der Graduiertenschule Microbial Substrate Conversion, kurz MiCon, angefertigt hat.<\/p>\n\n\n\n
Aber kann man biologische Katalysatoren auch zur Energiegewinnung nutzen, um zum Beispiel mit Sonnenlicht Wasserstoff herzustellen? Auch hierzu liefert die Natur mit dem Prozess der Fotosynthese eine Blaupause. So gut wie alles Leben ist direkt oder indirekt von der Umwandlung von Lichtenergie durch Pflanzen, Algen oder bestimmte Bakterien abh\u00e4ngig, die aus dem Kohlenstoffdioxid der Atmosph\u00e4re Biomasse herstellen. Genauer: Bei der Fotosynthese werden durch die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasser mithilfe von Lichtzufuhr Zuckermolek\u00fcle und Sauerstoff erzeugt. Auch s\u00e4mtliche fossile Energietr\u00e4ger wie Kohle, \u00d6l oder Gas basieren letztendlich auf der Energieumwandlung durch fotosynthetische Organismen. Das Team um Marc Nowaczyk untersucht die molekularen Grundlagen der Fotosynthese und versucht auf dieser Basis biologische L\u00f6sungen zur Umwandlung und Speicherung von Energie zu konzipieren. \u201eWir wollen in einem interdisziplin\u00e4ren Ansatz beispielsweise Hybridsysteme entwickeln, die mithilfe biologischer Katalysatoren und Lichtenergie Wasserstoff als Energietr\u00e4ger produzieren\u201c, erkl\u00e4rt Marc Nowaczyk.<\/p>\n\n\n\n
Voraussetzung daf\u00fcr ist jedoch ein genaues Verst\u00e4ndnis der Funktionsweise der an der Fotosynthese beteiligten Biokatalysatoren, die sogenannten Fotosysteme. Dass dies \u00dcberraschungen mit sich bringen kann, zeigt die vorliegende Studie. Bisher war man davon ausgegangen, dass die Fotosysteme durch ihr Konstruktionsprinzip zwangsl\u00e4ufig hohe Energieverluste aufweisen m\u00fcssten. W\u00e4hrend die ersten Schritte der Energieumwandlung noch hocheffizient sind (bis zu 99 Prozent), geht ein Gro\u00dfteil der Energie bereits auf der Ebene der Fotosysteme durch den Transport von Elektronen verloren (etwa 60 Prozent Energieverlust) und am Ende des Prozesses liegen je nach Organismus weniger als ein Prozent der urspr\u00fcnglichen Lichtenergie chemisch gebunden vor. In der vorliegenden Studie konnte jedoch gezeigt werden, dass die hohen Verluste prinzipiell vermieden werden k\u00f6nnten. Denn mit ultraschneller Spektroskopie wurde nachgewiesen, dass bestimmte synthetische Mediatoren \u2013 kleine chemische Vermittlermolek\u00fcle \u2013 Elektronen zu einem viel fr\u00fcheren Zeitpunkt aus den Fotosystemen abgreifen k\u00f6nnen als bisher gedacht. \u201eUnsere Ergebnisse erm\u00f6glichen v\u00f6llig neue Konzepte f\u00fcr das Design von biologischen Solarzellen, wodurch sich \u2013 zumindest theoretisch \u2013 die Effizienz deutlich verbessern lie\u00dfe\u201c, so Marc Nowaczyk. \u201eBis dies tats\u00e4chlich in der Praxis Anwendung finden wird, ist es aber noch ein l\u00e4ngerer Weg und erfordert weitere Forschung\u201c, erg\u00e4nzt er abschlie\u00dfend.<\/p>\n\n\n\n