Das „bionische Blatt“, das Sonnenlicht in flüssigen Kraftstoff verwandelt

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Biologen haben einen Weg gefunden, wie sie mit Hilfe eines künstlichen Blattes und einem bakterienbefallenem Eimer Wasser brennbaren Flüssigtreibstoff aus Sonnenlicht herstellen können. Diese Erfindung könnte den Weg für zahlreiche Innovationen ebnen: die Umwandlung von Sonnenenergie in Biokraftstoff könnte das ärgerliche Problem der Speicherung von ungenutzter Sonnenenergie lösen, weshalb Solarenergie als rentable Stromquelle immer wieder in der Kritik steht. Durch den Prozess könnten auch Kunststoffe, Chemikalien und Substanzen hergestellt werden, die sowohl für die Forschung als auch die Industrie interessant wären.

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Dan Nocera, Chemiker und Professor der Harvard-Universität

Das aktuelle Experiment basiert auf einer vorherigen Forschung, die vom Harvard-Ingenieur Daniel Nocera geleitet wurde. 2011 stellte er ein Gerät vor, das durch ein künstliches Blatt Sonnenenergie in nutzbare Energie verwandelte. Noceras ursprüngliche Erfindung war eine waffelartige Elektrode, die in Wasser schwamm. Sobald ein Strom aus einer Stromquelle, wie etwa einem Solarpanel, die Elektrode durchquerte, trennte sich das Wasser in seine Bestandteile: Wasserstoff und Sauerstoff. Noceras Erfindung erregte viel Aufmerksamkeit, da sie die Möglichkeit eröffnete einen wasserstoffbetriebenen Brennstoff herzustellen, der früher als eine mögliche Alternative zu Benzin in Betracht gezogen wurde. Wasserstoff hat es allerdings nie zur Kraftstoffquelle geschafft, auch wenn andere alternative Energiequellen sich trotz rekordmäßig niedrigen Ölpreisen durchsetzen und etablieren konnten. Der Wasserstofftransport ist teuer und die Kosten für Adoption und Vertrieb hoch. Es würde sich für einen Tankstellenbesitzer beispielsweise eher lohnen auf Biokraftstoff umzusatteln. Laut einer Studie des PNAS Journals, ist es Nocera und einem Team an Wissenschaftlern aus Harvard gelungen aus dem künstlichen Blatt einen brennbaren Biotreibstoff herzustellen. Die Biologen aus Noceras Team haben dafür einen Bakterienstamm derart modifiziert, dass dieser den Wasserstoff konsumiert und in Isopropanol – der aktiven Zutat von Waschbenzin – umwandelt. Dabei wurde der natürliche Prozess der Photosythese nachgeahmt. Durch die Photosynthese benutzen Pflanzen die Sonnenenergie um zu überleben und um zu wachsen.

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Die Photosynthese der Pflanzen diente als Vorbild

Dadurch werden zwei Dinge ermöglicht, die im Bereich alternative Energien bisher schwere Herausforderungen waren:

  1. Solarenergie kann in eine speicherbare Form von Energie umgewandelt werden und
  2. Wasserstoff kann in einen unkomplizierten Treibstoff umgewandelt werden

Eines ist sicher; die Entwicklungen in diesem Bereich werden nicht dazu führen, dass fossile Brennstoffe wie Erdöl und Erdgas in naher Zukunft ersetzt werden, vor allem, weil die Preise für fossile Brennstoffe gerade sehr niedrig sind. Es könnte aber als eine gute Zusatzquelle dienen.

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Pamela Silver, Studienteilnehmerin der Harvard-Universität

„Eine Idee, die Dan Nocera und ich teilen, und es klingt vielleicht ein bisschen verrückt, ist personalisierte Energie, die nicht vom Stromnetz abhängig ist“, teilte Studienteilnehmerin Pamela Silver in einem Telefoninterview für CNBC mit. Normalerweise wird der Strombedarf der Verbraucher durch zentrale Energieerzeugungsanlagen gedeckt. Sie bekommen ihren Strom von Stromnetz, in welches Strom aus Kohle-, Atom- und Solarkraftwerken eingespeist wird. Silver ist der Meinung, dass auf diese Weise Strom auch in Entwicklungsländern gewonnen werden könnte, die keine stabile Energieinfrastruktur besitzen. Auch Menschen, die sich dazu entschließen ohne Netzanschluss zu leben oder keine Möglichkeit des Netzanschlusses haben, könnten sich so mit Elektrizität versorgen. „Statt Treibstoff zu kaufen und zu lagern, könnte jeder seinen Eimer mit Bakterien im Hinterhof haben und daraus Strom gewinnen“, meint Silver. Silver teilte mit, dass das Experiment durchgeführt wurde, damit die Wissenschaftler die Möglichkeiten beweisen konnten. Da das Experiment geglückt ist, können nun andere Möglichkeiten erforscht werden. „Ich will Chemikern nicht zu nahe treten, aber die Biologie ist der beste Chemiker überhaupt“, sagte Silver. „Wir können Medikamente und verschiedene Materialien herstellen – wir haben nur an der Oberfläche der Möglichkeiten gekratzt“. Das Team hofft, dass es verschiedene Bakterienarten herstellen kann, die in der Lage sind unterschiedliche Substanzen herzustellen. Theoretisch könnte das bionische Blatt so mit verschiedenen Bakterien gefüttert werden, je nachdem, welche benötigt werden. Kurzfristige Pläne beinhalten die Steigerung der Effizienz des Geräts, das jetzt schon effizienter Sonnenlicht in Biomasse verwandelt als Pflanzen. Anschließend soll nach neuen Bakterienarten geforscht werden, die das Gerät verwerten kann. „Das Hauptziel, das wahrscheinlich in 20 Jahren erreicht wird ist“, sagte Silver, „die Industrie von fossilen Brennstoffen abzubringen“.

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Manfred Strecker ist Politikwissenschaftler und Mitglied bei Greenpeace. Manfred untersucht seit seinem Jugendalter Möglichkeiten, die Umwelt nachhaltig durch Technologie zu verbessern und schreibt darüber auf Energieinitiative.org .
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