Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/1004/74415.html    Veröffentlicht: 12.04.2010 16:33    Kurz-URL: https://glm.io/74415

Viren helfen, Wasser zu spalten

Wichtiger Schritt, um mit Hilfe von Sonnenlicht Wasserstoff zu gewinnen

Pflanzen machen das seit Urzeiten: Sie wandeln Sonnenlicht in chemische Energie, indem sie etwa Wasser zerlegen. Wissenschaftler in den USA haben jetzt einen Teil der Zerlegung von Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht nachgebildet. In etwa zwei Jahren wollen sie auf diese Weise Wasserstoff gewinnen, der beispielsweise Brennstoffzellen antreiben kann.

Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology haben nach eigenen Angaben einen Weg gefunden, Wassermoleküle durch künstliche Photosynthese aufzuspalten. Mit Hilfe genetisch veränderter Viren ist dem Team um Angela Belcher gelungen, Wasser auf die gleiche Weise in seine chemischen Bestandteile zu zerlegen, wie Pflanzen das tun.

Photosynthese nachgebildet

Über Jahrmilliarden hätten Pflanzen hoch organisierte Systeme zur Photosynthese entwickelt, schreiben die Wissenschaftler im britischen Fachmagazin Nature Nanotechnology. Sie hätten metallische und molekulare Katalysatoren eingesetzt, um eine vergleichbare Reaktion zu erzeugen.

Die Wissenschaftler veränderten ein Virus mit dem Namen M13 so, dass es Iridiumoxidmoleküle und Zinkporphyrine an sich bindet. So entstand eine Art Nanodraht, der den Sauerstoff aus dem Wassermolekül spaltet. Zinkporphyrin ist ein biologischer Farbstoff, der das Sonnenlicht absorbiert. Das Iridiumoxid ist der Katalysator, der die Reaktion antreibt.

Virus als Gerüst

Das M13-Virus ist wie ein Gerüst, das dafür sorgt, dass die Pigmente und der Katalysator im richtigen Abstand angeordnet werden, damit die Reaktion richtig ablaufen kann. Anfangs tendierten die Drähte allerdings nach einer Weile dazu, zu verklumpen. Die Wissenschaftler umhüllten sie daraufhin mit einem speziellen Gel, das die Nanodrähte in Form hält.

Halbzeit auf dem Weg zur Wasserstoffproduktion

Die Pigmente seien wie Antennen, die das Licht fingen, erklärt Belcher. Sie leiten die Energie durch das Virus wie durch einen Draht. Die Kombination der Viren und der Porphyrine ergebe eine sehr gute Energiebilanz. "Wir setzen Komponenten ein, die auch andere vor uns schon genutzt haben, aber wir setzen auf die Biologie, die sie für uns organisiert und erlangen so eine höhere Effizienz", sagt Belcher.

Halbzeit

Allerdings, so schränken die Wissenschaftler ein, können sie erst die Hälfte der Reaktion durchführen - nämlich den Sauerstoff aus dem Wasser spalten. Die Wasserstoffatome werden dabei jedoch in Protonen und Elektronen aufgespalten. Die Wissenschaftler entwickeln jetzt nach einem vergleichbaren biologischen System für die zweite Halbreaktion, die Wasserstoffgewinnung. Außerdem suchen sie nach einem Ersatz für das Iridium als Katalysator, da dieses Material recht teuer ist. Belcher glaubt, dass sie in etwa zwei Jahren mit einem Prototypen aufwarten können, der stabil Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Wasserstoff gilt als vielversprechender chemischer Energiespeicher für Solarstrom. Der Wasserstoff kann als Treibstoff in Brennstoffzellen etwa in Autos eingesetzt werden. Eine günstige Technik, um Wasser aufzuspalten, gilt als Schlüssel für den Durchbruch von Brennstoffzellen. Meist wird das per Elektrolyse durchgeführt - auch daran arbeiten Wissenschaftler intensiv. Belchers Entwicklung hingegen umgeht den Zwischenschritt, indem das Wasser direkt durch das Sonnenlicht aufgespaltet wird.

Virenakku

Das M13-Virus eignet sich offensichtlich gut für verschiedene biotechnische Anwendungen: 2008 hat es Belcher als Anode für einen Nanoakku eingesetzt. Dazu haben die Forscher das Virus genetisch so verändert, dass dessen Proteinhülle Kobaltoxid-Moleküle anzieht. Dadurch entsteht ein Nanodraht, der die Anode des Akkus bildet.  (wp)


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