Forscher der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum (RUB) haben eine Solarzelle auf biologischer Basis entwickelt. Die beiden Proteine Photosystem 1 und 2, die in Pflanzen f\u00fcr die Fotosynthese verantwortlich sind, betteten sie in selbst entwickelte komplexe Molek\u00fcle ein und sorgten so f\u00fcr einen effizienten Elektronenstrom. Das Team um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Lehrstuhl Analytische Chemie und Zentrum f\u00fcr elektrochemische Forschung (CES) und Prof. Dr. Matthias R\u00f6gner vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen berichtet in der Zeitschrift \u201eAngewandte Chemie\u201c.<\/p>\n
In Bl\u00e4ttern nutzen die Photosysteme 1 und 2 Lichtenergie sehr effizient; das ist die Voraussetzung, um Kohlendioxid in Sauerstoff und Biomasse umzuwandeln. Die Bio-Solarzelle der Bochumer Wissenschaftler erzeugt hingegen Strom statt Biomasse. Das Team von Prof. R\u00f6gner isolierte die beiden Photosysteme aus hitzeliebenden Cyanobakterien, die in einer hei\u00dfen Quelle in Japan leben. Aufgrund dieser Lebensweise sind die Photosysteme wesentlich stabiler als die vergleichbaren Proteine von Arten, die nicht unter extremen Umweltbedingungen vorkommen. Prof. Schuhmanns Team entwickelte komplexe Elektronen leitende Materialien, sogenannte Redoxhydrogele. In diese betteten die Forscher die Photosysteme ein, um sie mit den Elektroden der Photovoltaikzellen zu verbinden.<\/p>\n
Die Zelle besteht aus zwei Kammern. In der ersten Kammer entzieht das Protein Photosystem 2 Wassermolek\u00fclen Elektronen, wobei Sauerstoff entsteht. Die Elektronen wandern durch das Redoxhydrogel zur Elektrode der ersten Kammer, die mit der Elektrode der zweiten Kammer verbunden ist. Die Elektrode der zweiten Kammer leitet die Elektronen \u00fcber ein anderes Redoxhydrogel auf das Photosystem 1. Dort werden die Elektronen auf Sauerstoff \u00fcbertragen; es entsteht Wasser. Die Photosysteme verrichten diese Arbeit aber nur, wenn sie durch Lichtenergie angetrieben werden. Bei Lichteinfall flie\u00dft in dem geschlossenen System also permanent Strom.<\/p>\n
Um solare in elektrische Energie umzuwandeln, muss zwischen den beiden Elektroden eine Potenzialdifferenz vorliegen. Diese Differenz erreichten die Bochumer Forscher, indem sie Redoxhydrogele mit unterschiedlichen Potenzialen nutzten. Die Potenzialdifferenz bestimmt die Spannung und somit die Leistung der Biophotovoltaikzelle. Aktuell erreicht die Bio-Solarzelle Leistungen von einigen Nanowatt pro Quadratzentimeter. \u201eDas System kann als Blaupause f\u00fcr die Entwicklung halbk\u00fcnstlicher und nat\u00fcrlicher Zellsysteme dienen, in denen die Fotosynthese f\u00fcr die lichtgetriebene Erzeugung von sekund\u00e4ren Energietr\u00e4gern wie beispielsweise Wasserstoff genutzt wird\u201c, sagt Prof. R\u00f6gner.<\/p>\n
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft f\u00f6rderte die Arbeiten im Rahmen des Exzellenzclusters RESOLV (EXC 1069), die EU im Rahmen der Programme \u201eCyanoFactory\u201c und \u201eCOST Action TD1102 Phototech\u201c.<\/p>\n
T. Kothe, N. Plumer\u00e9, A. Badura, M.M. Nowaczyk, D.A. Guschin, M. R\u00f6gner, W. Schuhmann (2013): Die Kombination einer auf Photosystem 1 basierenden Photokathode und einer auf Photosystem 2 basierenden Photoanode zu einem Z-Schema-Analogon f\u00fcr biophotovoltaische Anwendungen, Angewandte Chemie, DOI: 10.1002\/ange.201303671<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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