Wie künstliche Blätter die Natur kopieren
Die Idee hinter dem künstlichen Blatt
Forscher der Universitäten Cambridge und Berkeley entwickelten ein künstliches Blatt, das die Photosynthese der Natur nachahmt. Dabei nutzen sie Sonnenlicht, CO₂ und Wasser, um daraus wertvolle Kohlenwasserstoffe zu erzeugen – ganz ohne fossile Brennstoffe. Im Gegensatz zu natürlichen Blättern verwenden sie jedoch eine spezielle Solarzelle aus dem Material Perowskit. Diese Solarzellen absorbieren Sonnenlicht besonders effizient und liefern die Energie für die chemische Reaktion.
Der besondere Aufbau der künstlichen Struktur
Das künstliche Blatt besteht aus einer stabilen Trägerschicht, die mit lichtaktiven Materialien beschichtet ist. An der aktiven Oberfläche sind winzige Kupfer-Nanostrukturen angebracht, die wie Blüten geformt sind. Diese Kupfer-Blumen ermöglichen die gezielte Umwandlung von CO₂ in nutzbare chemische Verbindungen. Die Kombination aus effizienter Lichtaufnahme und präziser Katalyse macht das System besonders wirkungsvoll.
Kupfer-Nanoblumen als Schlüsselinnovation
Warum gerade Kupfer so entscheidend ist
Kupfer ist ein weit verbreitetes Metall mit guten katalytischen Eigenschaften in chemischen Prozessen. In früheren Versuchen wurde Kupfer meist zur Erzeugung einfacher Moleküle wie Kohlenmonoxid eingesetzt. Die neue Struktur mit kupferbasierten Nanoblumen bietet jedoch eine viel größere aktive Oberfläche. Dadurch lassen sich nun auch komplexere Verbindungen wie Ethan und Ethylen gezielt herstellen.
Herstellung komplexer Kohlenwasserstoffe
Ethan und Ethylen bilden die Grundlage für viele Produkte wie Kunststoffe, Lösungsmittel oder Treibstoffe. Diese Moleküle entstehen bisher hauptsächlich durch energieintensive Prozesse aus fossilen Rohstoffen. Das neue System erzeugt dieselben Verbindungen durch Sonnenlicht, CO₂ und Wasser – ganz ohne CO₂-Ausstoß. So wird eine klimafreundliche und ressourcenschonende Alternative zur konventionellen Petrochemie geschaffen.
Effizienzsteigerung durch den Einsatz von Glycerin
Warum Glycerin anstelle von Wasser genutzt wird
Die Spaltung von Wasser benötigt viel Energie und ist daher für diese Technologie wenig effizient.
Stattdessen nutzen die Forscher Glycerin, das als Nebenprodukt bei der Herstellung von Biodiesel entsteht. Glycerin reagiert leichter als Wasser und senkt dadurch den Energieaufwand der chemischen Prozesse erheblich. Zugleich wird ein bisher wenig genutzter Rohstoff sinnvoll weiterverwendet.
200-fache Effizienz gegenüber bisherigen Systemen
Dank der Glycerin-Nutzung erreicht das System eine rund 200-mal höhere Effizienz als vergleichbare frühere Ansätze. Gleichzeitig entstehen wertvolle Nebenprodukte wie Glycerat, Laktat und Formiat bei der Reaktion. Diese Stoffe finden breite Anwendung in der Kosmetik-, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Damit erfüllt das System nicht nur energetische, sondern auch wirtschaftliche und ökologische Anforderungen.
Nebenprodukte mit industriellem Mehrwert
Chemikalien für Kosmetik, Medizin und Industrie
Bei der Umwandlung von CO₂ entstehen nicht nur Brennstoffe, sondern auch wichtige chemische Zwischenprodukte. Glycerat kann etwa zur Herstellung von Medikamenten und Pflegeprodukten genutzt werden. Laktat dient als Konservierungsmittel oder als Bestandteil biologisch abbaubarer Reinigungsmittel. Auch Formiat wird in der Biotechnologie, in der Futtermittelindustrie und in der Forschung eingesetzt.
Nachhaltige Chemie statt fossiler Rohstoffe
Die chemische Industrie ist bislang stark abhängig von fossilen Quellen wie Erdöl oder Erdgas.
Mit der neuen Technologie lassen sich viele dieser Substanzen auf klimafreundlichem Weg herstellen. Gleichzeitig wird CO₂ aus der Atmosphäre gebunden und in nützliche Stoffe umgewandelt. Das spart nicht nur Emissionen, sondern reduziert auch die Abhängigkeit von fossilen Lieferketten.
Potenzial für eine grüne Energiewende
Vielversprechende Perspektiven für die Zukunft
Derzeit liegt die Effizienz der CO₂-Umwandlung bei rund zehn Prozent – und das ist erst der Anfang.
Die beteiligten Forscherteams sehen großes Potenzial in der Weiterentwicklung der Technologie.
Ziel ist es, künftig auch komplexere chemische Reaktionen mit CO₂, Licht und Glycerin zu ermöglichen. So könnte diese Technologie zu einem Eckpfeiler der Energiewende und der nachhaltigen Industrie werden.
Vorteile auf einen Blick
- Nutzung von CO₂ als Rohstoff für Kraftstoffe und Chemikalien
- Keine fossilen Energieträger notwendig
- Hohe Energieeffizienz durch Glycerin als Reaktionspartner
- Produktion zusätzlicher Chemikalien mit hohem Marktwert
- Möglichkeit zur Skalierung und industriellen Anwendung