In jedem Baum steckt eine ausgetüftelte Wasserstoffproduktionsstätte. Ach was, in jedem Blatt! Bildrechte: imago/Shotshop

Chemie Wie die Pflanzen: Forschenden gelingt Wasserstofferzeugung mit Sonnenlicht

04. Oktober 2022, 13:28 Uhr

An Wasserstoff führt in Zukunft kein Weg vorbei. Das Element spielt eine Schlüsselrolle bei der Energieversorgung der Zukunft. Forschenden aus Würzburg ist jetzt die Herstellung ohne zusätzliche Stromerzeugung gelungen. Das Vorbild steckt mal wieder in der Natur.

Dass Mutter Natur zuweilen die besten Ideen hat, ist soweit nichts Neues; auch beim Thema Energieversorgung der Zukunft deutet einiges darauf hin. In Wasserstoff steckt nicht nur viel Energie, sondern auch viel Hoffnung – zum Beispiel als Speicher für erneuerbare Energie oder als klimafreundlicher Brennstoff. Klimafreundlich ist Wasserstoff allerdings nur, wenn zur Erzeugung Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet wurde.

Forschende aus Würzburg haben es sich zur Aufgabe gemacht, die Wasserstoffproduktion noch nachhaltiger zu machen – ohne den Umweg gehen zu müssen, Wasser mit elektrischem Strom zu spalten. In der Natur geht's schließlich auch ohne: Dort findet die Wasserspaltung bei der Photosynthese statt und wird durch die Energie der Sonne angetrieben.

Künstliches Enzym für die Reaktion

Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Der Sauerstoff stört in diesem Fall – ihn zu entziehen ist aber ein komplexer Prozess. Die Chemikerinnen und Chemiker aus Würzburg hatten dazu bereits vor einigen Jahren erfolgreich eine Art künstliches Enzym gebaut. So ein Enzym funktioniert als Katalysator, also Reaktionsbeschleuniger und kann die Wasserspaltung erledigen. Basis dafür ist Ruthenium, ein chemisches Element, das zu den Übergangsmetallen gezählt wird und auch für Katalysen eingesetzt wird.

Den Forschenden der Uni Würzburg ist es jetzt gelungen, die Reaktion effizient ablaufen zu lassen. Dabei wurden sogar ähnlich hohe Aktivitäten wie im natürlichen Vorbild, also in Pflanzen erreicht. Damit ist ein weiterer Schritt zum langfristigen Ziel der Gruppe getan: Der Katalysator soll dann in ein künstliches Bauteil eingebaut werden, das mit Sonnenlicht Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Das sei allerdings nicht so lapidar wie es klingt und brauche noch seine Zeit, so die Forschenden. Dafür müsse der Katalysator "mit weiteren Komponenten zu einem funktionierenden Gesamtsystem gekoppelt werden – mit lichtsammelnden Farbstoffen und mit sogenannten Reduktionskatalysatoren."

flo

Links/Studien

Die Studie Enzyme-like water preorganization in a synthetic molecular cleft for homogeneous water oxidation catalysis erschien am 3. Oktober 2022 in Nature Catalysis.

DOI: 10.1038/s41929-022-00843-x