Menschengemachte Photosynthese: Künstliches Blatt zieht CO2 aus der Luft

Die Photosynthese gehört zu den genialsten Mechanismen in der Natur. In einem hochkomplexen Prozess wandeln Pflanzen unter Verwendung von Sonnenenergie Wasser und Kohlendioxid in Kohlenhydrate um, wobei Sauerstoff als Abfallprodukt anfällt. Wenn es gelänge, die Photosynthese effizient nachzuahmen, stünde nicht nur eine neue Methode zur Energiegewinnung zur Verfügung, sondern auch ein Mittel, um dem fortschreitenden Klimawandel entgegenzuwirken. Forscher der University of Illinois in Chicago haben nun das erste „künstliche Blatt“ entwickelt, das auch im praktischen Einsatz nutzbar ist.

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Künstliches Blatt funktioniert außerhalb des Labors

Derartige künstliche Photosynthesesysteme funktionierten bisher nur unter Laborbedingungen. „ Selbst die neuesten künstlichen Blätter funktionieren nur im Labor – denn sie nutzen reines Kohlendioxid aus Druckbehältern. Um die Systeme erfolgreich in der realen Welt zu implementieren, müssten sie jedoch in der Lage sein, CO2 aus Stoffgemischen wie Luft oder Rauchgas zu ziehen„, erläutert Meenesh Singh, der den neuen Ansatz mit seinem Team entwickelt hat. Natürliche Blätter nutzen Komponenten wie Spaltöffnungen, um den Gasaustausch mit der Umgebungsluft zu regulieren.

Das künstliche Blatt von Singh und seinen Kollegen nutzt eine transparente Kapsel, die das System umgibt und mit Wasser gefüllt ist. Diese Kapsel besteht aus einer semipermeablen Membran aus quartärem Ammoniumharz, die als Ionentauscher arbeitet und das Verdunsten von vom Sonnenlicht erwärmten Wassers nach außen ermöglicht. „ Indem wir die traditionelle Künstliche-Photosynthese-Technologie mit dieser speziellen Membran umhüllen, kann das ganze System draußen in der Natur funktionieren – wie ein echtes Blatt„, so Singh.

Zehnmal so effizient wie natürliche Photosynthese

Innerhalb der Kapsel befindet sich dann die Photosynthese-Einheit aus einem Lichtabsorber und Katalysatoren. Letztere dienen dazu, das Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umzuwandeln, das letztlich als Grundstoff für die Produktion von synthetischer Energie verwendet werden kann. Genau wie bei der natürlichen Photosynthese fällt auch bei der künstlichen Variante Sauerstoff als Abfallprodukt ab, der gesammelt oder wieder in die Umgebungsluft abgegeben werden kann.

Das Team hat ausgerechnet, dass das entwickelte künstliche Blatt mindestens zehnmal so effizient ist wie sein natürliches Vorbild. 360 dieser Blätter mit einer Abmessung von 1,7 x 0,2 Metern könnten theoretisch etwa eine halbe Tonne Kohlenmonoxid pro Tag produzieren. Wenn man diese Blätter auf einer Fläche von 500 Quadratmetern aufstellen würde, würde die CO2-Konzentration in der Luft innerhalb eines Tages um etwa zehn Prozent sinken.

„ Unser Design nutzt bereits verfügbare Materialien und Technologien, die in Kombination ein künstliches Blatt ergeben, das in Zukunft eine signifikante Rolle bei der Reduzierung von Treibhausgasen in der Atmosphäre spielen könnte„, so Singh.

via University of Illinois at Chicago