Algenreaktor und Photovoltaik durch Photosynthese

Algenreaktor und Photovoltaik durch Photosynthese

Jeder hat im Biounterricht das Thema Photosynthese durchgekaut. Pflanzen erzeugen aus Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht Glucose (Zucker) und Sauerstoff. Die Glucose nutzen die Pflanzen zur eigenen Energieversorgung und der Sauerstoff wird als Nebenprodukt in die Umgebung abgegeben. Wir Atmen den Sauerstoff, wir Essen die Pflanzen, aber mehr konnten wir diesem Prozess noch nicht abgewinnen. Bis jetzt.Cereus_jamacaru..

Forschern des Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung ist es gelungen mit der Photosynthese Strom zu erzeugen. Sie pflanzten eine Biobatterie, deren Elektroden aus einem, von Enzymen modifizierten Material bestehen, in einen Kaktus. Diese Batterie erzeugt aus den Produkten der Photosynthese (Glucose und Sauerstoff) einen Strom von 9mV pro Quadratzentimeter Kaktus. Hinzu kommt, dass der Wirkungsgrad der Stromerzeugung proportional zur Lichtintensität ist, da die Intensität des Lichteinfalles die „Brennstoffproduktion“ beeinflusst.

Photosynthesis

Neben dem Aspekt der Umweltfreundlichkeit ist eine Sache bei dieser Stromerzeugung revolutionär… Zum ersten mal ist es möglich Strom zu erzeugen, bei dem CO2 das Ausgangsmaterial der Stromerzeugung ist. Natürlich steht eine wirkliche Nutzung dieses Verfahrens noch in den Sternen, aber in ferner Zukunft sehe ich schon die neuen Kakteen-Kraftwerke.

Neben dieser direkten Stromerzeugung durch Photosynthese ist es Forschern gelungen, mit einfachsten Mitteln, Wasserstoff zu synthetisieren . Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft, da er in Brennstoffzellen zum Einsatz kommt, die ebenfalls ohne die erzeugung von CO2 Strom erzeugen (meistens jedenfalls). Die Grünalge bildet eine große Menge Wasserstoff, wenn ihr die nötigen Nährstoffe zur Photosynthese fehlen. Dies liegt daran, dass bei der Photosynthese Elektronen erzeugt werden, die die Pflanze benötigt, um Glucose und Sauerstoff zu erzeugen. Fehlen ihr aber die nötigen Nährstoffe, muss sie die Elektronen wieder loswerden.

Quelle: Ruhr Uni Bochum

Das Enzym Hydrogenase setzt die Elektronen mit Protonen zu Wasserstoff um, der an die Umgebung abgegeben wird. Die Forscher haben es geschafft, die an dieser Reaktion beteiligten Stoffe zu isolieren, und den Vorgang im Reagenzglas nachzuahmen. Endlich gibt es eine effektive Möglichkeit Wasserstoff zu erzeugen, ohne viel Aufwand und hohe Kosten.

3 Replies to “Algenreaktor und Photovoltaik durch Photosynthese”

  1. Nun will ich(Nichtlehrer und Nichtschüler) doch auch mal meinen Senf dazu geben, nachdem ich von einer Nachhilfe-Lehrerin auf diesen sehr interessanten, lehrreichen und kurzweiligen Blog aufmerksam gemacht wurde.
    Aber es gibt mir keine Ruhe. Das hier kann man nicht alles so stehen lassen, obwohl ich die prinzipielle Meinung teile, dass wir bei den „Erneuerbaren“ erst am Anfang stehen, viel mehr möglich und auch schneller möglich wäre, wenn mehr Forschungsmittel dafür aufgewendet würden und nicht immer wieder von interessierter Seite gebremst würde.

    Ja, Wasser gibt es genug, CO₂ auch, weiß Gott.
    Das Problem ist aber, dass weder H₂O noch CO₂ Energieträger wie Kohle und Erdöl sind. Sie können nicht mehr verbrennen, weil sie quasi schon verbrannt sind. Um wieder als Energieträger fungieren zu können, müssen sie wieder reduziert werden, nämlich zu Wasserstoff, bzw. Kohlenstoff, oder in neue Verbindungen eingebaut werden. Das sind dann die Kohlenwasserstoffe, durch deren Verbrennung dann wieder, na was wohl: Wasser und Kohlendioxid werden. Und da liegt der Hase im Pfeffer. Die zu findenden Technologien müssen in der Lage sein, mit Hilfe von Energie Wasser und Kohlendioxid zu reduzieren und die dafür einzigen wirklich erneuerbaren Energiequellen sind die Sonne und Geothermie, evtl. noch die Gezeiten. Eine Technologie, die wie beim o.g. Kaktus-Kraftwerk auf enzymatischer Oxydation von Glukose beruht, basiert eben nicht auf CO₂ als Ausgangsmaterial, sondern auf Glukose und damit Biomasse. Das tun auch andere Technologien, selbst Feuerungsanlagen auf Holzbasis. Hinein kommt ein Kohlehydrat und heraus kommen wieder CO₂ und Wasser. Wie sollte es auch anders sein? Die Kohlehydrate wurden vorher durch Pflanzen erzeugt, egal ob das nun ein Baum, Maispflanzen, Raps, Bäume oder eben Kakteen sind.
    Wirklich revolutionär wäre eine Technologie dann, wenn sie Photosythese durchführen könnte. Bisher können wir nur auf die eine oder andere Art und Weise die Sonnenenergie nutzen, die die Pflanzen für uns schon in Kohlehydraten konzentriert haben.
    End- nicht Ausgangsprodukt unseres Energieverbrauchs werden aber immer Kohlendioxid und Wasser sein. Das einzige, was wir tun können, ist, nicht mehr CO₂ an die Atmosphäre abzugeben, wie wir daraus entnehmen. Illusionen, wie sie zum Beispiel über die Brennstoffzellen oder andere „Energiegewinnung“ aus Wasserstoff mit Verweis auf die unendlich vorhandene „Energiequelle“ Wasser genährt werden, helfen da nicht weiter. Der Wasserstoff dient nur als Energiespeicher. Wenn die Energie zu seiner Herstellung schmutzig aus fossilen Energieträgern oder Atomkraft gewonnen wird, ist das Augenauswischerei und sollte unseren Kindern nicht beigebacht werden.
    Insofern ist das Beispiel der Uni Bochum schon revolutionär, denn hier wird ein Teilstück der Photosynthese genutzt.
    Sinn haben die beiden genannten Beispiele, die ich übrigens toll finde, nur dann, wenn sie Energie effektiver produzieren ließen, als als die bisherigen Verfahren zur Nutzung von nachwachsenden Energiepflanzen. Große Flächen werden sie auf jeden Fall auch benötigen, denn da Sonnenlicht diffus ist, kann man es eben in großem Stil nur durch große Fläche absorbieren. Wobei wir dann wieder auf den Punkt kommen, ob landwirtschaftlche Nutzfläche zur Energiegewinnung entfremdet werden sollte(Nahrungsmittelpreise!).
    Es gibt ein riesiges Diskussionspotenzial für den Biologie-, Chemie-, Physik-, Mathematik-, Ethikunterricht. Auch wieder ein Beispiel, wie interessant man Unterricht gestalten könnte: Ergebnisoffene Problemlösung. Beispielfrage: Wo kriegt die Alge die nötigen Protonen her?

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