Saubere Energie? Mutter Natur weiß es immer noch am Besten
Während die Sorge um die Sicherung sauberer Energie weltweit steigt, bemühen sich Forscher weiterhin um Lösungen für eine ausreichende Energieversorgung. Die meisten Experten haben sich dem Sonnenlicht zugewendet, um ihr Ziel zu erreichen. Die Herausforderung ist jedoch festzustellen, wie sich Sonnenenergie am besten einfangen, übertragen und speichern lässt. Nun hat ein internationales Forscherteam entdeckt, dass die komplexen Systeme in der der Natur die Antwort auf dieses Problem geben könnten. Die in der Fachzeitschrift Nature Chemistry präsentierte Studie legt den Schwerpunkt auf natürliche Antennenkomplexe. Ihre Forschung wurde zum Teil durch das Projekt PHOTPROT ("The dynamic protein matrix in photosynthesis: from disorder to life") gefördert, dem eine Finanzhilfe des Europäischen Forschungsrat (ERC) in Höhe von 2,86 Mio. EUR unter dem Siebten Rahmenprogramm der EU (RP7) gewährt wurde. Nachdem die Wissenschaftler aus Kanada, den Niederlanden, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten natürliche Sonnenlicht sammelnde Antennenkomplexe untersucht hatten, haben sie die Informationen in einem Leitfaden für Forscher und Ingenieure zusammengestellt, die sich mit der Gestaltung künftiger Solar-Energie-Technologien befassen. Mit Blick auf die natürliche Photosynthese bietet das Team einen Einblick in die Frage, wie künstliche molekulare Energieschaltungen entwickelt werden können, um Sonnenenergie zu sammeln, zu regeln, zu verstärken und zu dirigieren. Mit diesen Informationen könnten Experten sich in das im Überfluss vorhandene Sonnenlicht einklinken, seine Energie konvertieren und speichern und dann den Strom über weite Entfernungen verteilen. All dies wäre dann in mikroskopischen Energiegittern möglich. "Mehr als 10 Millionen Milliarden Photonen fallen pro Sekunde auf ein Blatt," lautet es im Digital Journal, das Dr. Greg Scholes zitiert, einen Chemiker von der Fakultät für Chemie an der University of Toronto in Kanada. "Davon wird jedes rote Photon von Chlorophyll-Pigmenten eingefangen, die das Pflanzenwachstum anregen." Eine der Herausforderungen besteht darin, die Energie aus Sonnenlicht, die nur für eine Milliardstel Sekunde durch Chromophore, das sind die Farb- oder Pigmentmoleküle, eingefangen und gespeichert wird, zu lenken bevor sie verloren geht. Die Forscher sagen, dass trotz der Tatsache, dass Experten seit mehr als einem Jahrhundert Photosynthese erforschen, die Replikation der an diesem komplexen natürlichen Prozess beteiligten Design-Prinzipien erst möglich sein wird, wenn Veränderungen an der Ausführung der bestehenden chemischen Syntheseverfahren durchgeführt wurden. Wir benötigen neue Ansätze, um die Art und Weise nachzumachen, wie Chromophore angeordnet sind und wie die natürliche molekulare Anregungsenergie abgestimmt ist, um die Lichternte innerhalb von Solar-Antennen-Komplexen in Blättern und Algen zu optimieren. Sie fügen hinzu, dass der Transport von elektronischer Anregungsenergie in der Natur wahrscheinlich die größte Herausforderung der chemischen Dynamik ist. Die Ergebnisse ihrer Arbeit können zu einem Rahmen für die Gestaltung und die Synthese von funktionierenden künstlichen Photosynthese-Antennen und- systemen im molekularen Maßstab führen. Dabei ist die Entwicklung künstlicher Chromophore mit großer Aufnahmekapazität der Schlüssel, wobei die Pigmentmoleküle in optimalen Mustern auf den Antennen arrangiert werden und von den kollektiven Eigenschaften der Licht-absorbierenden Moleküle profitieren, so die Forscher. "Solarenergie soll im nächsten Jahrhundert einen erheblichen Teil des weltweiten Energiebedarfs decken, da das Sonnenlicht die größte Energiequelle ist, die uns zur Verfügung steht," zitiert das Digital Journal den Co-Autor Graham Fleming von der University of California, Berkeley in den Vereinigten Staaten. "Aber um Sonnenenergie aus Sonnenlicht effizient zu nutzen, müssen wir sowohl das wirkungsvolle Einfangen von Photonen als auch die Übertragung von elektronischer Anregungsenergie verstehen und verbessern."Weitere Informationen finden Sie unter: Nature Chemistry: http://www.nature.com/nchem/index.html(öffnet in neuem Fenster) University of Toronto: http://www.utoronto.ca/(öffnet in neuem Fenster) Europäischer Forschungsrat: http://erc.europa.eu/(öffnet in neuem Fenster)
Länder
Niederlande, Vereinigtes Königreich