Gesundheit : Ein Klimagas als Energiequelle

Potsdamer Forscher ahmen die Photosynthese nach

Paul Janositz

Wohin nur mit dem Treibhausgas Kohlendioxid? Manche möchten es tief in der Erde verbunkern. Einen ganz anderen Blick hat Markus Antonietti vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam. Er sieht das Gas, das hauptsächlich bei der Nutzung fossiler Brennstoffe entsteht, als nützlichen Rohstoff.

Der Chemiker orientiert sich dabei an der Natur. Denn grüne Pflanzen machen es vor. Sie wandeln Kohlendioxid in Sauerstoff und Traubenzucker um. Das gelingt mit Chlorophyll, dem grünen Blattfarbstoff. Der Vorgang heißt Photosynthese. Der aus dem Griechischen kommende Name zeigt, worum es geht: mit Licht neue Stoffe herzustellen, zu synthetisieren. So könnte man zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Kohlendioxid beseitigen und zudem nützliche Substanzen erzeugen. Dabei könnte es sich um Kohlenwasserstoffe, Ausgangsstoffe für wertvolle Chemikalien, handeln. Derzeit dient hauptsächlich Erdöl als Quelle für Kohlenwasserstoffe.

Antonietti macht das nicht bange, er arbeitet ja an Alternativen. Ein Schwerpunkt seiner Forschung ist die künstliche Photosynthese und hier hat er zusammen mit seinem Mitarbeiter Frederic Goettmann jetzt einen Durchbruch erzielt (Angewandte Chemie, Band 119, Nr. 15). „Wir haben einen funktionierenden Katalysator gefunden“, sagt Antonietti. Ein Katalysator ist eine Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt, ohne selbst verbraucht zu werden.

Wie ein Schmetterling, der in der Sammelbox aufgespießt werde, spanne der Katalysator das Kohlendioxidmolekül in einer Art Werkbank ein. Eine der beiden Bindungen zwischen Kohlenstoff und Sauerstoffatom werde dabei geschwächt. Das Molekül zerfällt in ein Sauerstoffatom und Kohlenmonoxid.

Dieser Vorgang benötigt Energie. Die Pflanzen holen sie aus dem Sonnenlicht. So weit ist man in Potsdam noch nicht. Dort wird die Energie durch Umwandlung von Benzol zu Phenol geliefert. Deshalb sieht sich Antonietti erst auf dem halben Weg zur künstlichen Photosynthese. Ziel ist es, die nötige Energie durch lichtsensible Substanzen zu gewinnen, wie es die Pflanzen tun.

Dann allerdings könnte man seine Methode nutzen, um das Kohlendioxidproblem zu lösen. „Im Prinzip“, betont der 47-jährige Max-Planck-Direktor. Denn noch laufe die Reaktion zu langsam ab. Zudem handele es sich um Versuche im Labor, die erst technisch umgesetzt werden müssten.

Bei allen Vorbehalten sieht er die Ergebnisse seines Teams doch als bahnbrechend. „Wir haben das Dogma widerlegt, dass Kohlendioxid zu träge sei für chemische Reaktionen“, sagt er. Um zu erreichen, was die Natur schon lange schaffe, müsse die chemische Maschine noch perfektioniert werden. Was jetzt noch fehle sei die photoaktive Substanz, die die Lichtenergie einfängt. Wo ist diese zu finden?

Es ist wenig überraschend, dass die Potsdamer Forscher auch hier Anleihen aus der Natur machen. Gedacht wird an Phtalocyanine. So nennen Chemiker eine bestimmte Klasse von Farbstoffen, die Pflanzen neben Chlorophyll nutzen. Letzteres ist mit molekularen Antennen ausgestattet. Diese nehmen die Lichtenergie auf und leiten sie bei der Photosynthese an die Phtalocyanine weiter, die die Energie für die Spaltung des Kohlendioxids bereitstellen. Beteiligt ist ein Enzym, das Antonietti und Mitarbeiter mittlerweile nachbauen konnten.

Nach bewährtem Muster möchte Antonietti nun den stückweisen Nachbau des natürliches Vorgangs fortsetzen. „Wir müssen jetzt die Antennen einsetzen“, sagt Antonietti. Dazu soll Chlorophyll herhalten, das zudem leicht verfügbar ist. Letztlich wäre nun alles perfekt, um Kohlendioxid abbauen und energiereiche chemische Substanzen herstellen zu können: Biomasse, Zucker, Sirup. Daraus ließe sich Energie gewinnen.

Eine Lösung des Energieproblems, Herr Antonietti? „Im Prinzip ja“, sagt der Max-Planck-Forscher. Man könne die Photosynthesemaschine mit Kraftwerken koppeln, das entstehende Kohlendioxid zu energiereichen Stoffen umsetzen, die wieder in Kraftwerke eingespeist würden. Doch der Weg sei noch weit. „Wenn wir es schon geschafft hätten, Licht auf unseren Katalysator fallen zu lassen und unten liefe der Sirup heraus“, sagt Antonietti, „dann hätten wir schon den Nobelpreis.“

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