Künstliche Photosynthese – Innovationen aus Japan

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kuenstliche-photosynthese-innovationen-japanDie Photosynthese im Kampf gegen die Erderwärmung:

Der weltweite Kampf gegen die Erderwärmung wäre wesentlich einfacher, wenn eine preisgünstige Technik zur Verfügung stehen würde, mit der man Kohlendioxid in etwas Nützliches verwandeln könnte. Forscher und Unternehmen versuchen, mit einer künstlichen Photosynthese mithilfe von Sonnenlicht, aus Wasser und Kohlendioxid Sauerstoff und andere Substanzen zu gewinnen. Dies soll ähnlich funktionieren, wie Pflanzen und Algen Chlorophyll produzieren. Die Erwartungen sind hoch. Diese Technologien könnten die Nachfrage nach sauberer Energie steigern und gleichzeitig die Kohlendioxid-Emissionen reduzieren.

Hierzu gibt es diverse Ansätze zur künstlichen Photosynthese, beispielsweise die aus der Schweiz. Lesen Sie hierzu unsere Artikel Künstliche Photosynthese: Licht zu Energie und Künstliche Photosynthese – Licht in Wasserstoff speichern.

In Japan machen sich die Elektronikriesen Toshiba und Panasonic hierfür stark

Die Toshiba Corp. und die Panasonic Corp. unternehmen mutige Schritte in Richtung künstliche Photosynthese. Unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten stellen die Unternehmen klar, dass eine künstliche Photosynthese großes Potenzial habe und innerhalb der nächsten 10 Jahre für einen Feldtest praktisch eingesetzt werden könnte. Bereits im Dezember gab Toshiba in Tokio bekannt, einen Wirkungsgrad in der Energieumwandlung im Bereich einer künstlichen Photosynthese von 1,5% erreicht zu haben. Dies ist momentan der höchste Wert weltweit.

Akihiko Ono, Forscher für organische Materialien vom Corporate Research and Development Center von Toshiba erklärt, dass eine künstliche Photosynthese genauso arbeitet wie eine echte Photosynthese. Durch Nutzung von Sonnenenergie könnte man Sauerstoff aus Wasser gewinnen. Die künstliche Variante ist aber noch wesentlich vielseitiger einsetzbar. Sie verwendet Halbleiter und Metallkatalysatoren für Stoffe, die in Energie umgewandelt werden können. Bei diesem Verfahren werden zwei mit einem Draht verbundene Metallbehälter verwendet. In einem Behälter befindet sich der Halbleiter und Wasser, in dem andern Behälter befindet sich ein Metallkatalysator und Kohlendioxid. Fällt Licht auf den Halbleiter, kommt es zu einer Oxidation. Das Wasser wird in einzelne Elektronen aufgespalten, die anschließend über den Draht zum Metallkatalysator fließen. Treffen die Elektronen auf den Katalysator, erfolgt eine chemische Reaktion. Hierbei wird das Kohlendioxid in Wasserstoffionen und -Elektronen aufgespalten. Es entstehen hierbei die Stoffe Kohlenmonoxid, Ameisensäure, Ethanol und Methan, also lauter Substanzen, die als Brennstoff verwendet werden können. Momentan ist der Wirkungsgrad allerdings noch relativ gering.

Kohlenmonoxid in Methanol umwandeln

Ziel von Toshiba ist es, aus dem gewonnenen Kohlenmonoxid erst Methanol und dann daraus Benzin, PET-Flaschen und medizinische Produkte zu gewinnen. Um diesen Umwandlungsprozess möglichst effektiv zu gestalten, nutzt Toshiba Germanium-Halbleiter mit amorphem Silizium, die auch in Solarzellen verwendet werden. Sie können Sonnenlicht besonders gut absorbieren.

Gold wird verändert – Goldnanokatalysatoren

Akihiko Ono hat mit dem Katalysator nun einen Weg gefunden, wie man Gold auf atomarer Ebene mithilfe der Nanotechnologie verändern kann. Diese positiven Eigenschaften wurden für die hochaktiven Katalysatoren verwendet. Diese Goldnanokatalysatoren sind so ausgelegt, dass sie auch mit einer niedrigen Spannung Kohlendioxid in unschädliche Substanzen zerlegen können. Der Wirkungsgrad liegt momentan nur bei 1,5%. Jedoch teilt Ono mit, dass es hier noch viel Raum gibt. Ziel sei ein Wirkungsgrad von 10 %.

Geräte für eine künstliche Photosynthese können in der Nähe von Kraftwerken stationiert werden

Die Geräte für die künstliche Photosynthese sollen in der Nähe der Toshiba-Fabriken und Wärmekraftwerken stationiert werden. Hier wird viel Kohlendioxid emittiert, so dass sich hier ein guter Synergieeffekt zwischen Energiegeschäft und Kohlendioxid-Abscheidung ergeben könnte. Um dies zu erreichen, müssen preisgünstige Metallkatalysatoren mit hohem Wirkungsgrad entwickelt werden. Toshiba rechnet damit, dass günstigere Lösungen bis zum Jahr 2020 möglich sind.

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Auch Panasonic verfolgt ein solches Ziel

Masanori Iida, Direktor der Öffentlichkeitsarbeit von Panasonic, erklärt, dass der Elektronik-Hersteller hochmoderne Elektronikprodukte produziert und hierbei eine Menge an Kohlendioxid anfällt. Von daher sei es wichtig, dass Kohlendioxid in nützliche Substanzen aufgespalten wird. So hat auch Panasonic eine künstliche Photosynthese geschaffen, die momentan einen Wirkungsgrad von 0,3% erreicht. Während Toshiba in erster Linie darauf abstellt, Kohlenmonoxid zu erzeugen, möchte Panasonic vornehmlich Methan und Ethanol erzeugen und diese direkt als Energie nutzen. Im Unterschied zu Toshiba verwendet Panasonic für seinen Kupferkatalysator Galliumnitrid mit Indium und Silikon. Bis die ersten Feldversuche im größeren Maßstab stattfinden können, wird es auch laut Panasonic 2020 werden.

Bildquelle: © Lisa Spreckelmeyer / pixelio – www.pixelio.de

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