Den Prototypen ihrer künstlichen Blätter haben die Forscher aus Eindhoven die Form von stilisierten Ahornblättern gegeben. Denn ähnlich wie die Photosynthese-Organe der Pflanzen sind ihre Geräte aus Silikon in der Lage, Sonnenlicht einzufangen und es in bestimmte chemische Verbindungen umzuwandeln. Doch die künstlichen Blätter übertreffen ihre natürlichen Vorbilder um einiges: ihre Produktions-Effizienz lag um den Faktor 40 höher als bei Vergleichsmaterialien. Das Team um Timothy Noël von der Technischen Universität Eindhoven berichtet kurz vor Weihnachten im Fachjournal „Angewandte Chemie“ über die vielversprechende Entwicklung.

Die Photosynthese nachahmen und übertreffen

Mit der Photosynthese haben Pflanzen innerhalb von zweieinhalb Milliarden Jahren den mit Abstand wichtigsten Stoffwechselprozess auf der Erde entwickelt. Er ermöglicht es, die schier unerschöpfliche Energie des Sonnenlichts einzufangen und sie in Form von energiereichen chemischen Verbindungen (Zucker) zu speichern. Schon lange ist es ein Forschertraum, die Photosynthese technisch nachzuahmen und sie sogar noch leistungsfähiger zu machen. Dank zahlreicher wissenschaftlicher Fortschritte in den vergangenen Jahren, aber auch aufgrund der Abkehr von fossilen Brennstoffen, rückt die künstliche Photosynthese immer stärker in den Blickpunkt von Forschern. Weltweit tüfteln Chemiker und Bioingenieure am „Künstlichen Blatt“, das direkt aus Sonnenlicht Treibstoffe wie etwa Wasserstoff oder aber andere chemische Verbindungen - etwa Pharma-Wirkstoffe herstellen kann.

Lichtempfindliche Materialien kombiniert mit Mikrokanälen

Eine Schlüsselkomponente des künstlichen Blatts der Niederländer sind neuartige Materialien, die sie „Luminiszierende Solare Konzentratoren“ (LSCs) nennen. Sie imitieren die Funktion der Antennenmoleküle als Lichtfänger. Die lichtempfindlichen Substanzen sind in der Lage,  großen Mengen an Licht einzusammeln, und an ihren Rändern weiterzuleiten. LSCs werden häufig auch in Solarzellen eingesetzt, um die „Lichternte“ zu steigern. Eine weitere technische Neuerung sind filigrane Mikrokanäle, die das LSC-Material durchziehen. Durch diese winzigen Verzweigungen können chemische Substanzen gepumpt werden, die nun direkt mit Sonnenlicht in Verbindung kommen. So werden chemische Reaktionen ausgelöst.

„Wir haben jetzt ein leistungsfähiges Werkzeug zur Hand, mit dem wir nachhaltig, sonnenbasiert wertvolle Chemikalien wie Arzneien oder Pflanzenschutzmittel produzieren können“, sagt Noël. Die Geräte können günstig produziert werden. In zehn Jahren könnten sie auf dem Markt verfügbar sein. Das Potenzial des künstlichen Blatts sei keineswegs auf die Erde beschränkt: „Mit diesem Reaktor und Sonnenlicht können Sie überall Medikamente herstellen, sei es Malaria-Arznei im Dschungel oder Paracetamol auf dem Mars.“
pg

Das Team von bioökonomie.de wünscht Ihnen in diesem Sinne ein himmlisches Weihnachtsfest und schöne Feiertage!