Photosynthese

US-Wissenschaftler entwickeln künstliches Blatt

Ein MIT-Wissenschaftler hat ein System vorgestellt, mit dem sich Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht in seine Bestandteile zerlegen lässt. Wasserstoff und Sauerstoff werden dann in einer Brennstoffzelle aufgefangen und zur Stromerzeugung eingesetzt.

Es gleicht einer Spielkarte, funktioniert aber wie ein künstliches Blatt: Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein Gerät entwickelt, das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff spaltet. Die beiden Gase dienen dann als Treibstoff für eine Brennstoffzelle.

Vier Liter Wasser

Das künstliche Blatt hat in etwa die Größe einer Spielkarte, ist aber dünner. Es besteht aus Silizium, Katalysatoren, die die Spaltungsreaktion anregen, und einigen elektronischen Bauteilen. Wird es ins Wasser gelegt und dem Sonnenlicht ausgesetzt, zerlegt es das Wasser in seine Bestandteile. Mit rund vier Litern Wasser lasse sich ein Haus den ganzen Tag mit Strom versorgen, erklärt Projektleiter Daniel Nocera, der das künstliche Blatt auf dem Frühjahrstreffen der US-Chemikergesellschaft (American Chemical Society, ACS) vorgestellt hat. Das ACS-Treffen findet derzeit im kalifornischen Anaheim statt.

Es sei allerdings nicht das erste künstliche Blatt, schränkte Nocera ein. Ein vergleichbares System sei etwa vor einigen Jahren am US National Renewable Energy Laboratory entwickelt worden. Das sei zwar recht effizient gewesen, es habe jedoch aus teuren Komponenten wie Platin bestanden und nicht einmal einen Tag lang gehalten.

Günstige Bestandteile

Das künstliche Blatt von Nocera hingegen kommt ohne Edelmetall aus. Statt Platin werden Nickel und Kobalt als Katalysator verwendet. Im Labor arbeitete das künstliche Blatt ohne Probleme 45 Stunden am Stück. Nocera entwickelt schon seit längerem günstige Katalysatoren für die Aufspaltung von Wasser, um Wasserstoff für Brennstoffzellen zu gewinnen. 2008 hatte Nocera einen Katalysator vorgestellt, der aus Kobalt und Phosphat besteht.

Das künstliche Blatt sei derzeit etwa zehnmal effizienter als ein natürliches, erklärt der MIT-Forscher. Er ist sicher, dass sich die Effizienz in Zukunft noch weiter steigern lässt. Nocera glaubt, dass künstliche Photosynthese künftig eine wichtige Rolle in der Energieversorgung spielen wird. Er ist nicht der einzige, der sich damit beschäftigt: Ein Team um seine MIT-Kollegin Angela Belcher hat ein Virus so verändert, dass es bestimmte Stoffe an sich bindet. So entsteht ein Nanodraht, der den Sauerstoff aus dem Wassermolekül spaltet.

Kraftwerk für daheim

"Ein praktikables künstliches Blatt war jahrzehntelang einer der Heiligen Grale der Wissenschaften", sagt Nocera. "Wir glauben, dass wir ihn gefunden haben. Das künstliche Blatt verspricht, eine günstige Energiequelle für die Unterkünfte der Armen in den Entwicklungsländern zu sein." Ziel sei, jedem Haushalt ein eigenes Kraftwerk zu verschaffen. In absehbarer Zeit könnten diese erschwinglichen Energieerzeuger in Dörfern in Afrika oder Indien zur Verfügung stehen.