Nachgestellte Fotosynthese: Solarstrom aus Gras und Blättern

Nachgestellte Fotosynthese: Solarstrom aus Gras und Blättern

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Licht und Blätter - ein US-Wissenschaftler nimmt beides als Grundlage für eine Öko-Solarzelle.

Ein US-Forscher hat eine Solarzelle aus Pflanzenresten entwickelt. Noch erzeugt sie nicht viel Strom - aber ist billig und umweltfreundlich.

Gras, das beim Rasenschneiden körbeweise anfällt, lässt sich kompostieren. Oder in eine Solarzelle verwandeln. Letzteres bevorzugt Andreas Mershin, Forscher am berühmten Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge.

Der Physiker, spezialisiert auf die biologische Energieumwandlung, hat ein Verfahren weiterentwickelt, das sein MIT-Kollege Shuguang Zhang vor rund acht Jahren erfand. Es gelang ihm, komplexe Moleküle, bekannt als Photosystem I (PS-I), aus grünen Pflanzenabfällen zu extrahieren und zu stabilisieren. PS-I ist ein wesentlicher Bestandteil der Fotosynthese, also der Umwandlung von Sonnenlicht in Biomasse. Zwischenprodukt ist elektrischer Strom, das eigentliche Ziel der Entwicklung von Shuguang Zhang.

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Er war tatsächlich erfolgreich. Doch die Strommengen, die er auf diese Art erzeugen konnte, ließen sich nur mit hoch empfindlichen Messegeräten nachweisen. An der geringen Effizienz schien das faszinierende Verfahren zu scheitern.

Mershin gelang es, den Wirkungsgrad um das 10.000-fache zu steigern. Was gewaltig klingt ist dennoch nur ein erster Schritt. Der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung liegt jetzt bei 0,1 Prozent. Gute kommerzielle Solarzellen kommen auf 20 Prozent. Es bleibt, wie Mershin selbst sagt, noch eine Menge zu tun, um die Effizienz des der Natur entlehntes Verfahrens entscheidend zu verbessern.

Metall-Nanowälder sammeln mehr Sonnenstrahlen ein

Der Physiker hatte erkannt, woran die Entwicklung seines Kollegen krankte. Die Menge an PS-I, die tatsächlich Sonnenstrahlen abbekamen, war bei weitem zu gering. Also machte sich Mershin daran, sie zu vergrößern. Er züchtete einen nanometergroßen Wald aus Zinnoxidstäbchen, die er mit schwammähnlich aufbereitetem Titandioxid krönte. Die Vielzahl an Poren besetzte er mit PS-I. Damit erreichte er, dass viel mehr Biopartikel Sonnenlicht einfangen können. Das Zinnoxid hat noch eine weitere Aufgabe: Es leitet den erzeugten Strom in die Grundplatte, auf der der Nanowald steht.

Titandioxid, in nanometergroßen Partikeln in den meisten Sonnencremes enthalten, fängt vorzugsweise ultraviolette Strahlen ein, die im Sonnenlicht enthalten sind. Die PS-I-Teilchen würden in kurzer Zeit zerstört, wenn es diesen UV-Fänger nicht gäbe.

"Sie können jegliche grüne Biomasse als Rohstoff einsetzen", sagt Mershin. Auf Sauberkeit muss man nicht achten. "Selbst wenn der Rohstoff stark verschmutzt ist klappt das Verfahren", sagt der Physiker. Eine wichtige Eigenschaft, wenn man die Natur nachbauen will: "Natur funktioniert auch in schmutziger Umgebung", so Mershin. "Es ist das Ergebnis von Milliarden Experimenten in Milliarden Jahren."

Bisher wird PS-I mit Hilfe von Zentrifugen aus Biomasse gewonnen. Derzeit arbeitet das Team daran, sie durch billige Membranen zu ersetzen, die den Wirkstoff abtrennen. Weil das Verfahren so billig und einfach ist, hofft der Wissenschaftler, dass es künftig "Menschen mit Strom versorgen kann, die niemals daran gedacht haben, Solarstrom zu erzeugen oder zu verbrauchen."

Nötig seien lediglich ein paar Chemikalien – welche es sind verrät er nicht –, mit denen das Grünzeug vermischt wird. Die entstehende Masse müsste auf eine Unterlage gepinselt werden, die Strom leitet, und schon ist die Solarzelle fertig - im Prinzip zumindest. Dann könnten die teuren und gesundheitsschädlichen Kerosinlampen abgeschafft werden, die in ländlichen Regionen der Dritten Welt millionenfach genutzt werden. "Elektrisches Licht ist ein Weg, der aus der Armut herausführt", glaubt Mershin. Menschen, die tagsüber auf dem Feld arbeiten, könnten sich dann nach Einbruch der Dunkelheit weiterbilden.

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