Auf die Prophezeiung folgt das Wunder: 2019 erzielte das Forschungsprojekt PROPHECY Einsichten, was auf molekularer Ebene während der künstlichen Photosynthese geschieht, also wenn Sonnenlicht und Kohlendioxid als Ausgangsstoffe für eine chemische Reaktion genutzt werden. Methan und Wasserstoff lassen sich beispielsweise auf diesem Weg herstellen. Bis 2023 soll nun das Nachfolgeprojekt PRODIGY die Palette möglicher Produkte erweitern, indem es das Verständnis der molekularen Abläufe derartiger Reaktionen weiter vertieft. Dazu wollen die beteiligten Forscher am Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) gemeinsam mit weiteren deutschen Forschungseinrichtungen neue Katalysatoren und Reaktionspartner erproben.

Günstige Reaktionsbedingungen

Die künstliche Photosynthese birgt eine Reihe von Vorteilen: Zum einen nutzt sie das Treibhausgas Kohlendioxid als Rohstoff und verbindet so Klimaschutz mit niedrigen Rohstoffpreisen. Zum anderen laufen die Reaktionen bei Raumtemperatur und Normaldruck ab, was gegenüber üblichen Prozessbedingungen in der Chemie enorm Energie und Kosten einspart. Bislang allerdings ist die Prozessausbeute gering, zu gering für eine industrielle Nutzung. Das liege daran, dass Forscher bislang vorrangig das Ziel hatten, „das CO₂ möglichst einfach und elegant umzusetzen“, erläutert Projektkoordinatorin Jennifer Strunk vom LIKAT.

Damit auch geringe Ausbeuten wirtschaftlich interessant sein können, wollen die Forscher nun hochwertigere Produkte als Methan und Wasserstoff erzeugen, beispielsweise Alkohole, Aldehyde, Carbonsäuren und Aceton. Dazu muss die künstliche Photosynthesereaktion allerdings ergänzt werden um weitere Reaktionspartner. Diese sollen bevorzugt aus Biogas gewonnen werden, damit der Prozess weiterhin nachhaltig ist.

Katalysatoren optimieren

„Noch wissen wir zu wenig über die molekularen Mechanismen dieser Reaktionen“, weist Strunk auf eine große Herausforderung hin. Diese Lücke wollen die Forscher schließen und systematisch verschiedene Reaktionsbedingungen und unterschiedliche Katalysatoren, darunter vor allem Metalloxide, testen. Mit den gewonnen Erkenntnissen sollen die Katalysatoren so optimiert werden, dass sie ein möglichst breites Spektrum des Sonnenlichts nutzen können.

Durchbruch wird dauern

Einen Durchbruch erwartet Projektleiterin Strunk erst „in ein paar Jahren“. Ursache dafür ist der anspruchsvolle Reaktionsaufbau: Kohlendioxid ist sehr reaktionsträge, sodass immer ausgeschlossen werden muss, dass eine andere Kohlenstoffverbindung, beispielsweise aus einer Verunreinigung oder der Versuchsapparatur, für das beobachtete Produkt verantwortlich ist. Zunächst bis 2023 fördert das Bundesforschungsministerium das Vorhaben mit 380.000 Euro.

bl