Energielieferant Wasserstoff könnte klimaneutral nach dem Photosyntheseprinzip entstehen.

Vorbild ist die Natur – speziell das Kraftwerk Grünpflanze. Bei der Photosynthese wird in jedem Blatt Sonnenlicht in chemische Energie umgewandelt. Seit langem versuchen Forscher, den komplizierten Ablauf der Natur nachzuahmen. Den Wissenschaftlern am Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Jena ist nun der Durchbruch gelungen: Mit einem der Photosynthese ähnlichen Prozess konnten sie den Energielieferanten Wasserstoff in molekularer Form erzeugen. Dabei entsteht im Labor molekularer Wasserstoff mit einer weltweit einmalig hohen Ausbeute: Pro Katalysatormolekül werden 56 Moleküle Wasserstoff gewonnen. In einer Brennstoffzelle könnte der so gewonnene Wasserstoff in Zukunft ein Auto antreiben – Fortbewegung durch Photosynthese.

In der Natur erfüllen der Blattfarbstoff Chlorophylle und Carotinoide die Funktion einer Lichtantenne. Sie nehmen die Lichtenergie auf und stoßen damit die notwendigen Reaktionen an, um schließlich aus Kohlendioxid und Wasser Zucker zu gewinnen. Im Labor fängt ein spezieller Metallkomplex mit Ruthenium das Licht auf. Das Ruthenium gibt daraufhin ein Elektron ab, das entlang einer Transportkette zum Reaktionszentrum gebracht wird. Den Kern des Reaktionszentrums bildet ein Palladiumatom, dort entsteht schließlich Wasserstoff.

Das Besondere am Jenaer Verfahren: Die Reaktion läuft in einem einzigen Molekül ab. Das ist für die Effizienz des Prozesses entscheidend. „Erst dadurch wird es möglich, die Reaktion weiter zu optimieren und so die höchstmögliche Energieausbeute zu erzielen“, sagt der Projektleiter Dr. Sven Rau von der Universität Jena.

Doch noch schießen einige Elektronen quer. Sie gehen nicht vom Ruthenium auf das Palladium über – und sind damit für die Reaktion verloren. Anders in der Natur: Dort läuft die Photosynthese mit perfekter Zielgerichtetheit ab. Dem möchten sich die Jenaer Chemiker in Kooperation mit dem Institut für Physikalische Hochtechnologie der Universität jetzt weiter annähern. „Mit Hilfe der Spektroskopie werden wir diesen Prozess ganz genau beobachten“, meint Rau. „Dann bauen wir gezielt Barrieren auf, damit die Elektronen nicht mehr vom rechten Weg abkommen, sondern ausschließlich beim Palladium landen.“

Die Reaktionen finden zurzeit noch in Laborgefäßen mit Flüssigkeit statt, aus denen der Wasserstoff abgepumpt wird. Doch die Jenaer Chemiker arbeiten daran, den Katalysator so zu modifizieren, dass die Reaktion zum Beispiel in Fensterscheiben ablaufen kann. Außerdem müssen sie – analog zur Photosynthese – Wasser als Quelle der Elektronen nutzbar machen. Wenn das gelingt, ist der entscheidende Schritt getan: weg von fossilen und nuklearen Energieträgern hin zur direkten Nutzung der natürlichen Quellen Sonnenlicht und Wasser.

(dpa)

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