"Suchen Stoff, der das Wasser teilt"

24. November 2008, 16:38
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Der Weg in eine solare Zukunft führt über die Nachahmung der Fotosynthese, meint Fotochemiker Günther Knör im STANDARD-Interview

Der Weg in eine solare Zukunft führt über die Nachahmung der Fotosynthese, meint Fotochemiker Günther Knör. Wie die Spaltung von Wasser in seine Bestandteile vor sich geht, erklärte er Margarete Endl.

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STANDARD: Sie wollen die Fotosynthese der Pflanzen imitieren. Warum?

Knör: Wir versuchen die Sonnenenergie so zu speichern, wie die Natur es uns vormacht: in Form von chemischen Verbindungen, die wir dann als Brennstoffe nutzen können. Sollte uns das gelingen, wäre es ein riesiger Schritt in eine nachhaltige solare Zukunft.
Standard: Wie macht es die Natur?

Knör: Die Natur nutzt farbige Substanzen wie das Chlorophyll der Blätter. Das Chlorophyll absorbiert das Sonnenlicht und nimmt dabei Energie auf. Damit werden positive und negative Ladungen der Moleküle voneinander getrennt. Energiereiche Elektronen werden dabei auf vorgegebenen Pfaden durch das Blatt transportiert. Im Prinzip fließt hier also ein elektrischer Strom, wie das auch in jeder Solarzelle geschieht. So kann das Sonnenlicht aber noch nicht genutzt werden, denn all das geschieht nur, solange Licht da ist.

Die Natur hat sich im Verlauf der Evolution für eine chemische Langzeitspeicherung entschieden: Der eigentliche Trick der Fotosynthese besteht darin, durch Licht freigesetzte Elektronen auf engstem Raum mit sehr hoher Energiedichte einsperren zu können. Das geschieht in Form von chemischen Bindungen, die zwischen Atomen neu gebildet werden. Pflanzen produzieren so durch Fotochemie und Katalyse Zucker, Stärke und andere Speichermoleküle. Die sind letztlich die Basis unserer Ernährung und aller fossilen und nachwachsenden Brennstoffe.

STANDARD: Woran arbeiten Sie konkret?

Knör: Wir suchen nach Katalysatoren, mit denen man Wasser durch Sonnenlicht in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen kann. Das wollen wir ähnlich wie die Pflanzen direkt auf fotochemischem Weg erreichen. Die Forscher scheitern aber noch immer am ersten entscheidenden Schritt: an der Verknüpfung von zwei Sauerstoffatomen. Dazu haben wir einige neuen Ideen.

Es ist uns gelungen, künstliche Blattfarbstoffe zu entwickeln, die Tageslicht nutzen, um Wassermoleküle katalytisch umzuwandeln. Dabei entsteht als Zwischenprodukt Wasserstoffperoxid, das sehr leicht weiter in Sauerstoff gespalten werden kann. Mit den so freigesetzten Elektronen und Protonen können Chemiker durch Katalyse solaren Wasserstoff gewinnen. Ganz einfach gesagt: Wir suchen einen Stoff, den man ins Wasser gibt, und das Wasser teilt sich.

STANDARD: Man gibt einen Stoff ins Wasser, und es teilt sich?

Knör: Genau. Das geschieht ja seit Milliarden von Jahren überall dort, wo Wasser, Licht und Leben auf der Erde existieren. Fast jedes Sauerstoffmolekül, das wir gerade einatmen, ist so entstanden. Es ist noch niemandem gelungen, diesen fotokatalytischen Prozess vollständig zu kopieren.

STANDARD: Sie haben MIT-Professor Dan Nocera letztes Jahr für ein Seminar nach Linz geholt und im Juli selbst am MIT einen Vortrag gehalten. Arbeiten Sie zusammen?

Knör: Ich habe es bisher vermieden. Wir pflegen einen Austausch, halten aber bestimmte Dinge voreinander geheim. Konkurrenz belebt das Geschäft. Ich kann natürlich mit seiner Gruppe nicht konkurrieren. Die besten Postdocs der Welt wollen am MIT arbeiten. Nocera ist auch an einem großen nationalen Projekt beteiligt, gemeinsam mit alten Haudegen wie Harry Gray und Nathan Lewis vom Caltech in Kalifornien. Dort wird massiv investiert und geforscht. DER STANDARD, Print-Ausgabe, 25.11.2008)

Zur Person

Der Fotochemiker Günther Knör ist seit 2006 Vorstand des Instituts für Anorganische Chemie an der Johannes-Kepler-Universität Linz.

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