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Linz, 07. Oktober 2014
Effizienter als die Natur: JKU-Forschern gelingt künstliche Photosynthese
Photosynthese ist der wichtigste chemische Prozess auf der Erde – sie ermöglicht es,
die Energie der Sonne direkt zu speichern. Bisher waren nur Pflanzen und einige
andere Organismen dazu in der Lage – und seit Neuestem Forscher der Johannes
Kepler Universität (JKU) Linz. Einem Forscherteam um Prof. Günther Knör (Vorstand
des Instituts für Anorganische Chemie) gelang weltweit erstmals ein wesentlicher
Schritt auf dem Weg zur Treibstoffgewinnung und CO2-Fixierung durch künstliche
Photosynthese.
Vom Wissenschafts-Team um Prof. Knör, Leiter des Instituts für Anorganische Chemie und
des Photochemie-Zentrums der JKU, konnte gezeigt werden, dass alle für die Umwandlung
von Sonnenlicht benötigten Funktionen der grünen Blätter durch eine Kombination aus
künstlich hergestellten Farbstoff-Molekülen und Katalysatoren ersetzt werden können.
„Dabei wird, genau wie in der Pflanze, zunächst der Energie-Speicherstoff NAD(P)H
gebildet“,
so
Dr.
Kerstin
Oppelt.
Noch
nie
zuvor
konnte
dieser
Stoff
unter
Reaktionsbedingungen wie in der Natur durch Belichtung von künstlichen Substanzen
erhalten werden.
Entscheidender Durchbruch
Die genauen Auswirkungen der erzielten Resultate sind derzeit noch nicht absehbar.
NAD(P)H kann jedenfalls ohne weitere Energiezufuhr zum Aufbau anderer organischer
Speicherstoffe (beispielsweise von Kohlenhydraten wie Zucker oder Stärke) genutzt werden.
Dabei wird gleichzeitig das Treibhausgas Kohlendioxid gebunden. Letztlich bilden diese auch
als Dunkelreaktionen der Photosynthese bezeichneten Folgeprozesse die Grundlage
unserer Ernährung und unserer derzeitigen Energieversorgung mit fossilen Brennstoffen.
Johannes Kepler Universität Linz, Altenberger Straße 69, 4040 Linz, Österreich, www.jku.at, DVR 0093696
Effizienter als die Natur
„Der von uns hergestellte Blattgrün-Ersatzstoff ist sehr viel stabiler, als das Chlorophyll der
Algen und Pflanzen“, erklärt Knör. Die größte Überraschung aber brachte eine genaue
Analyse der erzielten Energieausbeute des Prozesses. „Es stellte sich sehr bald heraus,
dass unser neu entwickeltes künstliches Reaktionszentrum bei der Bildung des chemischen
Speicherstoffs NAD(P)H deutlich weniger Energieverluste aufweist als das natürliche
Photosystem I (PSI) der grünen Pflanzen!“ So wurde die maximale Energieausbeute der
Lichtreaktionen von etwa 40% in PSI auf nahezu 80% im artifiziellen Photosystem gesteigert.
„Diese ersten Ergebnisse sind sehr vielversprechend und haben international bereits große
Beachtung in Fachkreisen gefunden. Vor dem Hintergrund steigender Bevölkerungszahlen
und zunehmender Energie und Klima-Problematik wird inzwischen weltweit versucht, die
Effizienz der natürlichen Photosynthese auf biologisch-chemischem Weg zu verbessern.
Möglicherweise macht bald die Photosynthese mit ,künstlichen Blättern‘ das Rennen“, so
Knör.
Saubere Energie ohne Treibhausgase
Artifizielle Photosynthese steht im Zentrum der Bemühungen um erneuerbare Energien und
um eine nachhaltige, umweltschonende Chemie der Zukunft. Mit dem biochemisch universell
nutzbaren Speicherstoff NAD(P)H oder auch mit solarem Wasserstoff als dessen technischchemischem Äquivalent lassen sich nach dem Vorbild der Natur zahlreiche andere wertvolle
Produkte aus einfachen Rohstoffen produzieren.
Derzeit arbeitet Prof. Knör mit seinem Team und Kollegen an der JKU bereits erfolgreich am
nächsten Schritt. Die künstliche Photosynthese kann zur direkten Gewinnung von AlkoholBrennstoffen eingesetzt werden. Mit diesem und ähnlichen Prozessen könnten künftig die für
das Klima problematischen CO2-Emissionen gebunden, sowie Nahrung und erneuerbare
flüssige Treibstoffe mit Hilfe von Sonnenlicht, Luft und Wasser gewonnen werden.
Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Günther Knör
Johannes Kepler Universität (JKU)
Institut für Anorganische Chemie
Tel.: 0732 / 2468 5100
E-Mail: gü[email protected]