Bei der natürlichen Photosynthese erzeugen Pflanzen in ihren Blättern mit Hilfe von Lichtenergie energiereiche Stoffe aus energieärmeren Substanzen. Als Endprodukt entsteht dabei Zucker als Energieträger. Dieses Grundprinzip imitiert auch das künstliche Blatt - allerdings erzeugt es am Ende elektrische Energie. Das System besteht unter anderem aus Silizium, um die Sonnenenergie einzufangen, aus elektronischen Bauteilen und vor allem aus speziellen Katalysatoren. Das sind Substanzen, die chemische Reaktionen beschleunigen, welche unter normalen Umständen nicht stattfinden oder nur verlangsamt ablaufen würden. Stellt man dieses Blatt nun in etwa vier Liter Wasser und setzt es Sonnenlicht aus, produziert es Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Gase können dann eine Brennstoffzelle versorgen, in der elektrische Energie und Wasser als Endprodukte der sogenannten Knallgasreaktion entstehen, die bei der Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet.
Umweltfreundliche Energie für die Zukunft
Die Idee, die Photosynthese der Pflanzen künstlich nachzuahmen, ist nicht neu. Doch bisher scheiterten die Forscher daran, dass zu teure Materialien verwendet werden mussten. Ein weiteres Problem war auch, dass die Spaltung von Wasser den Katalysator verbrauchte und funktionsunfähig gemachte. Pflanzen umgehen dieses Problem, indem sie ihr Photosynthese-System beständig erneuern. Künstliche Blätter konnten das bisher nicht, und der erste Prototyp von John Turner vom U.S. National Renewable Energy Laboratory in Bolder, USA, vor etwa zehn Jahren hielt daher nur zwanzig Stunden.
Das Team um Daniel Nocera konnte nun aus kostengünstigem Material, nämlich Nickel und Kobalt, einen stabilen Katalysator entwickeln und so diese beiden Probleme umgehen. In Laborstudien arbeitete ein erster Prototyp 45 Stunden, ohne in seiner Aktivität nachzulassen. «Die Natur wird von der Photosynthese angetrieben. Ich glaube, dass die zukünftige Welt ebenso von der Photosynthese angetrieben wird - in Form von künstlichen Blättern», sagte Nocera in Anaheim. Sie könnten eine effektive und vor allem kostengünstige Alternative zur bisherigen Solarzelltechnik bieten, ist der Chemiker überzeugt.
Vorbild aus der Natur - Künstliches Blatt erzeugt Strom aus Wasser und Sonne
Anaheim (dapd). US-amerikanische Forscher haben eine Art künstliches Blatt geschaffen, das aus Wasser und Sonnenlicht elektrische Energie erzeugen kann. Ähnliches läuft bei der Photosynthese von Pflanzen ab. Optisch hat das künstliche Blatt allerdings keinerlei Ähnlichkeit mit seinem natürlichen Vorbild, sondern ist vielmehr eine Art spielkartengroße Solarzelle, wie die Wissenschaftler ihre Neuentwicklung jetzt auf einer Konferenz beschrieben. Bei der künstlichen Photosynthese entstehen aus Sonnenlicht und Wasser Sauerstoff und Wasserstoff. Diese beiden Gase reagieren dann in einer sogenannten Brennstoffzelle miteinander und erzeugen Strom. «Das künstliche Blatt eignet sich besonders als kostengünstige Energiequelle für arme Haushalte in Entwicklungsländern», sagte Forschungsleiter Daniel Nocera vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Er stellte das System auf dem 241. National Meeting of the American Chemical Society im kalifornischen Anaheim vor.
