{"id":128380,"date":"2023-06-23T07:08:00","date_gmt":"2023-06-23T05:08:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=128380"},"modified":"2023-06-15T17:48:40","modified_gmt":"2023-06-15T15:48:40","slug":"potenziell-kohlenstoffneutrale-kraftstoffe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/potenziell-kohlenstoffneutrale-kraftstoffe\/","title":{"rendered":"Potenziell kohlenstoffneutrale Kraftstoffe"},"content":{"rendered":"\n\n\n<p>Die Umwandlung von Sonnenenergie in kohlenstoffneutrale Brennstoffe ist ein vielversprechender Ansatz, um unsere Abh\u00e4ngigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und den Klimawandel zu bek\u00e4mpfen. Pflanzen und andere photosynthetische Organismen nutzen das Sonnenlicht, um aus Wasser und Kohlendioxid (CO<sub>2<\/sub>) durch einen komplexen biochemischen Prozess, der in spezialisierten Strukturen, den Chloroplasten, stattfindet, energiereiche Verbindungen herzustellen. Die Effizienz dieses nat\u00fcrlichen Prozesses wird jedoch durch Stoffwechselwege eingeschr\u00e4nkt, die bei der Umwandlung von Sonnenlicht in nutzbare Energie nur eine geringe Effizienz aufweisen. K\u00fcnstliche photokatalytische Zyklen haben zwar h\u00f6here intrinsische Wirkungsgrade gezeigt, sind aber in der Regel auf reines oder hochkonzentriertes CO<sub>2<\/sub>&nbsp;und organische Medien angewiesen, um eine Zersetzung des Katalysators durch Wasser oder Protonen zu verhindern.<\/p>\n\n\n\n<p>Forschungsteams unter der Leitung von Professor David Lee PHILLIPS vom Fachbereich Chemie der Universit\u00e4t Hongkong (HKU), Professorin Lili DU von der Jiangsu-Universit\u00e4t (HKU-Doktorandin), Professor Ruquan YE von der City University of Hong Kong und Professor Jia TIAN vom Shanghai Institute of Organic Chemistry haben ein bemerkenswertes und umweltfreundliches System entwickelt, das Lichtenergie f\u00fcr den photokatalytischen Prozess effektiv nutzen kann. Dieses k\u00fcnstliche System ist hochstabil und wiederverwertbar und kommt ohne Edelmetalle aus, was es wirtschaftlich rentabler und nachhaltiger macht. Die Forschungsergebnisse wurden k\u00fcrzlich online in der Fachzeitschrift&nbsp;<em>Nature Catalysis<\/em>&nbsp;ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Hintergrund und Leistung<\/h3>\n\n\n\n<p>In der Natur nutzen Organismen einen Prozess namens &#8220;hierarchische Selbstorganisation&#8221;, um die Lichtausbeute zu optimieren. Bei diesem Prozess organisieren sie photokatalytische Komponenten in einer ma\u00dfgeschneiderten Umgebung, die durch Ger\u00fcste auf Lipid- oder Proteinbasis bereitgestellt wird. Um eine hohe Stabilit\u00e4t, Selektivit\u00e4t und Effizienz zu erreichen, beruht die Photosynthese auf einer gro\u00dfen Oberfl\u00e4che und einer pr\u00e4zisen r\u00e4umlichen Kontrolle der Chromophormolek\u00fcle und der katalytischen Zentren durch Selbstorganisation, was ein Konstruktionsprinzip f\u00fcr hocheffiziente k\u00fcnstliche photokatalytische Systeme darstellt.<\/p>\n\n\n\n<p>J\u00fcngste Studien haben gezeigt, dass Vesikel und Mizellen, die durch den Zusammenbau von nat\u00fcrlichen Lipiden oder synthetischen Tensiden mit photokatalytischen Spezies gebildet werden, als Mikroreaktoren fungieren. Diese Strukturen wirken als Mikroreaktoren und ahmen die Umgebung von Zellmembranen nach. Die Nachbildung der nat\u00fcrlichen Lichtsammelkomplexe auf synthetischem Wege ist jedoch schwer zu realisieren und bei weitem nicht kosteneffizient.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Team der HKU und seine Mitarbeiter haben in voller Anerkennung der derzeitigen Bem\u00fchungen und Herausforderungen ein selbstorganisierendes k\u00fcnstliches kugelf\u00f6rmiges Chromatophor-Nanomikelsystem in Wasser entwickelt, das vom Photosyntheseapparat von Rhodobacter sphaeroides inspiriert ist, einer Bakterienart, die h\u00e4ufig im Boden und im S\u00fc\u00dfwasser vorkommt und eine spezielle Struktur namens &#8220;kugelf\u00f6rmiges lichtsammelndes Chromatophor&#8221; besitzt. Diese Struktur fungiert als Lichtsensor und besitzt die bemerkenswerte F\u00e4higkeit, die Energie des Sonnenlichts durch einen einzigartigen Effekt, den so genannten &#8220;sph\u00e4rischen Antenneneffekt&#8221;, der durch kreisf\u00f6rmige Anordnungen bestimmter Molek\u00fcle auf der Oberfl\u00e4che des Chromatophors entsteht, effizient zu \u00fcbertragen. Dadurch k\u00f6nnen die Bakterien das Sonnenlicht einfangen und effektiv f\u00fcr ihren Energiebedarf nutzen.<\/p>\n\n\n\n<p>Dieses k\u00fcnstliche System ahmt das kugelf\u00f6rmige, Licht erntende Chromatophor der Bakterien nach und besteht aus winzigen kugelf\u00f6rmigen Strukturen, den so genannten Nanomikrozellen, die sich in w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen selbst zusammensetzen. Diese Nanomikrozellen dienen als Bausteine des Systems. Das System verwendet modifizierte Molek\u00fcle und lichtabsorbierende Verbindungen, die als &#8220;Aramid-Linker-verst\u00e4rkte Zn-Porphyrin-Amphiphile&#8221; bekannt sind und mit einem Co-Katalysator durch elektrostatische Kr\u00e4fte interagieren, was zu einem einzigartigen hierarchischen Aufbau f\u00fchrt. Diese Anordnung wird also durch den &#8220;sph\u00e4rischen Antenneneffekt&#8221; hervorgerufen und verbessert das System, um Energie f\u00fcr photokatalytische Prozesse einzufangen und zu entz\u00fcnden.<\/p>\n\n\n\n<p>Die hierarchische Selbstorganisation des Systems bietet eine vielversprechende Bottom-up-Strategie zur Schaffung eines pr\u00e4zise kontrollierten k\u00fcnstlichen photokatalytischen Systems mit hoher Stabilit\u00e4t und Effizienz auf der Grundlage billiger und auf der Erde reichlich vorhandener Elemente anstelle teurer Edelmetalle.<\/p>\n\n\n\n<p>Professor David Phillips sagte: &#8220;Unsere Forschung hat das Potenzial, erneuerbare Energien voranzubringen, indem wir die effizienten Lichtsammelmechanismen der Natur nachbilden. Dies k\u00f6nnte zu nachhaltigen L\u00f6sungen f\u00fcr unseren Energiebedarf und zur Herstellung von kohlenstoffneutralen Brennstoffen f\u00fchren und so zu einer gr\u00fcneren Zukunft beitragen&#8221;.<\/p>\n\n\n\n<p>Professor Lili Du sagte: &#8220;Das selbstorganisierende k\u00fcnstliche System ist ein bedeutender Schritt zur Erschlie\u00dfung des vollen Potenzials der Solarenergieumwandlung. Durch die Verbesserung der photokatalytischen Effizienz und Stabilit\u00e4t k\u00f6nnen Einschr\u00e4nkungen \u00fcberwunden und eine sauberere, nachhaltigere Energielandschaft geschaffen werden. Diese Forschung bietet vielversprechende praktische Anwendungen f\u00fcr die Kraftstoffherstellung, die Kohlenstoffabscheidung und die Umweltsanierung&#8221;.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die Umwandlung von Sonnenenergie in kohlenstoffneutrale Brennstoffe ist ein vielversprechender Ansatz, um unsere Abh\u00e4ngigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und den Klimawandel zu bek\u00e4mpfen. Pflanzen und andere photosynthetische Organismen nutzen das Sonnenlicht, um aus Wasser und Kohlendioxid (CO2) durch einen komplexen biochemischen Prozess, der in spezialisierten Strukturen, den Chloroplasten, stattfindet, energiereiche Verbindungen herzustellen. 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