Was die Natur seit 500 Millionen Jahren kann …
Solarenergie durch künstliche Fotosynthese gewinnen
Vor zehn Jahren schafften US-amerikanische Forscher bei der künstlichen Fotosynthese den entscheidenden Durchbruch und erzeugten im Labor aus Licht, Wasser und Kohlendioxid flüssigen Kraftstoff. Als Katalysatormetall setzten sie Nanometall- und Nanometall-Legierungspartikel aus Kupfer und Gold ein. Sie schafften es, die Natur nachzuahmen. Im Jahr 2030 ist daraus eine weitere Möglichkeit geworden, Strom zu produzieren und Energie zu transportieren.
Fast zeitgleich zu den Schaffensjahren von P. J. Wieland im 19. Jahrhundert wurden die ersten wissenschaftlichen Beobachtungen der Fotosynthese vorgenommen. Mehr als 200 Jahre später gelang es Wissenschaftlern die Fotosynthese künstlich, unter Laborbedingungen zu realisieren. Sie gewannen so aus Licht, Wasser und Kohlendioxid einen flüssigen Kraftstoff, zum Beispiel Propan. Diese Nachahmung der Natur zählte lange zu einer der größten Herausforderungen für die Forschung.
Der aus den – reichlich vorhandenen – Molekülen H2O und CO2 gewonnene energieeffiziente Kraftstoff, zum Beispiel Wasserstoff, wurde mit Hilfe von Brennstoffzellen zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt. Diese kleinen Biokraftwerke finden sich inzwischen an vielen Stellen in Europa und Nordafrika und speisen ihren Anteil an regenerativer elektrischer Energie in die Stromnetze ein. Mitte der 2020er-Jahre hatte man erkannt, die Monoproduktion von Strom aus Atomkraft- oder Kohlekraftwerken auf vielseitige große und kleine Stromlieferanten aus privaten Haushalten und kommerziellen Ökostromerzeuger, umzustellen, um so das Smart-Grid ausgewogen beliefern.
Die künstliche Fotosynthese brachte noch eine zweite wesentliche Innovation mit sich: die effiziente Speicherung von Sonnenenergie. Inzwischen werden über die Fotosynthese komplexe flüssige Kohlenwasserstoffe aus überschüssigem CO2 gewonnen. Diese flüssigen Brennstoffe sind leichter zu speichern und zu transportieren als Wasserstoff. Somit konnte bereits Ende der 2020er-Jahre Energie deutlich effizienter gebündelt werden.
Seit 2035 sind die ersten CO2-Abscheideanlagen auf Fotosynthesebasis in der Großindustrie im Einsatz. Sie ermöglichen eine energiearme Abscheidung von CO2 aus der Industrie, welches anschließend direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Diese Innovation führte zu einer weiteren drastischen Absenkung des Kohlendioxidausstoßes bis 2040.
