Wie ein Gerät aus Son­nen­licht, CO₂ und Was­ser sau­be­ren Treib­stoff macht

Pflanzen nutzen Energie, die auf der Erde unendlich verfügbar ist: Sonnenlicht. Bei der sogenannten Photosynthese wandeln sie Wasser, Kohlendioxid und Licht in Sauerstoff und Glukose um. Neidisch schielen die Menschen deshalb schon länger auf die Umwandlungsprozesse dahinter. Nun hat ein Forscherteam der Universität Cambridge eine neue Methode der künstlichen Photosynthese entwickelt, um aus CO₂, Wasser und Licht Ameisensäure sowie Sauerstoff zu erzeugen. Ameisensäure lässt sich einfach lagern und transportieren und kann entweder direkt als Treibstoff verwendet oder zu Wasserstoff umgewandelt werden. Die Studie ist im Fachmagazin Nature Energy erschienen.

Die neue Technologie funktioniert dabei fast gleich wie die natürliche Photosynthese: In zwei Schritten wandelt der sogenannte Photokatalysator die Lichtenergie zuerst in chemische Energie um und anschliessend in die organische Verbindung Ameisensäure. Damit kommt die neue Folie dem Vorbild der Natur viel näher, als alle bisherigen Erfindungen, wie etwa der Solarreaktor auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der ETH in Zürich, der aus Luft und Sonnenlicht Kerosin herstellt.

Eine weitere Herausforderung, die der Photokatalysator meistert, ist diejenige der unerwünschten Nebenprodukte: Mit 97 Prozent entsteht fast ausschliesslich Ameisensäure. «Bisher war es schwierig, künstliche Photosynthese mit hoher Selektivität zu erzielen, sodass man so viel Sonnenlicht wie möglich in den gewünschten Kraftstoff umwandelt und nicht mit einer Menge Abfall zurückbleibt», wie die Erstautorin Qian Wang in einer Mitteilung sagt. Dabei hätten sie ihre Resultate selber erstaunt: «Manchmal funktionieren die Dinge nicht so gut, wie man erwartet hat, aber dies war ein seltener Fall, in dem es tatsächlich besser funktionierte».

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Die Methode ist damit zwar hochselektiv, aber noch sehr ineffizient: Nur gerade 0,08 Prozent der Strahlungsenergie wird in Ameisensäure umgewandelt. Um die Technologie zukünftig kommerziell zu nutzen, ist ein deutlich höherer Wirkungsgrad nötig. Bereits experimentieren die Forschenden mit verschiedenen anderen Katalysatoren, um ihr System zu optimieren.

Sollte es gelingen, die neuartige Folie effizienter zu machen, hätte sie gegenüber anderen Systemen einen grossen Vorteil, wie die Forschenden betonen: Sie lässt sich relativ einfach auf mehrere Quadratmeter hochskalieren. Zudem braucht sie als Energiequelle einzig Licht, also keinen Strom – eine Rarität unter den existierenden CO₂-Konvertern.