ESF-Projektgruppe für saubere Solarenergie

Strassburg (ots/PRNewswire) - Führende Wissenschaftler raten der
Europäischen Union und ihren Mitgliedsstaaten nachdrücklich zu
umfassenden Investitionen von mehreren Millionen Euro in die
Erzeugung von umweltverträglicher, sauberer Energie mit Solaranlagen,
Wasserstoff und anderen Brennstoffen. Laut den Wissenschaftlern ist
dies langfristig die einzige nachhaltige Lösung für den globalen
Energiebedarf.

Die vielversprechendsten Ansätze für eine umfassende, direkte
Solarenergie-Umwandlung in Brennstoffe wurden kürzlich auf einer
internationalen Fachkonferenz in Regensburg vorgestellt. Das Treffen
wurde von der European Science Foundation (ESF) finanziell
unterstützt. Im Rahmen der Konferenz wurde zudem eine
interdisziplinäre Projektgruppe gegründet. Diese soll
Entscheidungsträgern der EU und nationaler Regierungen die Thematik
nahe bringen, damit umfassend in diese Technologien investiert wird.

Das grundlegende Problem ist, dass sich der weltweite
Gesamtenergieverbrauch pro Jahr von seinem derzeitigen Niveau von 14
TW bis 2050 mindestens verdoppeln wird, während gleichzeitig fossile
Brennstoffe knapp werden. Die Nutzung von fossilen Brennstoffen
erzeugt zudem ein inakzeptables Kohlendioxid-Niveau, das zur globalen
Erwärmung führt und katastrophale Folgen für viele Bereiche - wie zum
Beispiel die Nahrungsproduktion - hat.

Abgesehen von Solarenergie kann dieses Defizit nur mit
erneuerbaren Energiequellen wie der Windenergie, gemeinsam mit der
Atomenergie als nicht fossile und nicht erneuerbare Energiequelle
angegangen werden. Doch diese werden weder den vorausgesagten
steigenden Energiebedarf decken, noch die Elektrizitätserzeugung mit
fossilen Brennstoffen vollkommen ersetzen können. Ein weiteres
Problem ist, dass diese Energieformen nicht direkt als gespeicherte
Brennstoffe verfügbar sind. Ohne einen unerwarteten Durchbruch bei
der Elektrizitätsspeicherung wird der Brennstoffbedarf weiterhin bei
etwa 70 % des weltweiten Gesamtenergiebedarfs liegen - insbesondere
im Transportwesen, in der Fertigung und als Heizenergie in
Privathaushalten. Elektrizität macht derzeit nur 30 % des globalen
Energieverbrauchs aus.

Da die Sonne die Erdoberfläche praktisch zu jeder Uhrzeit
erreicht, ist Solarenergie dagegen reichlich vorhanden, um den
jährlichen Energiebedarf der Welt zu decken. Das Problem liegt darin,
diese Energieform nutzbar zu machen. Die Natur hat das bereits mit
der Photosynthese perfektioniert, einem hocheffizienten und flexiblen
Mittel in zahlreichen Grössenordnungen - von isolierten
Bakterienkolonien bis hin zu grossen Wäldern.

Erst kürzlich wurden insbesondere in Europa erhebliche
Fortschritte beim Verständnis und der Nachahmung dieser natürlichen
Prozesse erzielt. Die Ergebnisse haben Wissenschaftler überzeugt,
dass auf diese Weise Brennstoff in kommerzieller Grössenordnung
hergestellt werden könnte. Der Forschungsschwerpunkt sollte deshalb
darin liegen, sich bei der Schaffung von natürlichen und künstlichen
Solarenergie-Umwandlungssystemen, die langfristig eine zuverlässige,
nachhaltige Energieversorgung ermöglichen, von biologischen Systemen
inspirieren zu lassen. Zudem sollte der ökologische Einfluss des
Menschen gemindert und dadurch die globale, ökologische Kapazität mit
umweltverträglichen, sauberen Technologien gesteigert werden. Das
könnte zum Beispiel durch einen Kreislauf erfolgen, bei dem
Kohlendioxid zurück in Brennstoffe umgewandelt wird.

Die ESF-Projektgruppe empfiehlt Europa drei parallele Ansätze für
die Solarenergieforschung zur Erzeugung von sauberen
Brennstoffzyklen:

- Erweiterung und Anpassung der heutigen Fotovoltaik-Technologie
zur Erzeugung von sauberen Brennstoffen direkt aus der
Sonnenstrahlung.

- Entwicklung künstlicher, chemischer und biomimetischer Anlagen,
die die Photosynthese nachahmen und zur Sammlung, Lenkung und Nutzung
der Sonnenstrahlung einsetzen, zum Beispiel um Wasser zu trennen, in
der Atmosphäre vorhandenes Kohlendioxid umzuwandeln und auf diese
Weise verschiedene Formen umweltverträglicher, sauberer Brennstoffe
zu erzeugen.

- Anpassung natürlicher Systeme für die direkte Erzeugung von
Brennstoffen wie Wasserstoff und Methanol anstelle der Umwandlung von
Kohlehydraten zu Brennstoffen in einem indirekten, ineffizienten
Prozess.

Diese drei Forschungsthemen werden sich überschneiden und auf die
Grundlagenforschung zurückgreifen, um die genauen molekularen
Mechanismen der Wasserspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff bei der
Photosynthese von Pflanzen und sauerstoffhaltigen Bakterien zu
erklären. Durch diesen Prozess, der sich vor 2,5 Milliarden Jahren
entwickelte, entstanden die Bedingungen für tierisches Leben durch
die Umwandlung von in der Atmosphäre enthaltenem Kohlendioxid in
Sauerstoff und Kohlenhydrate. Daraus gehen auch alle fossilen
Brennstoffe hervor, die die Menschen nun in immer schnellerem Masse
zurück in Kohlendioxid umwandeln und damit katastrophale Umweltfolgen
heraufbeschwören. In dem gleichen Prozess liegt nun wieder unsere
Rettung.

Obwohl bei der Photosynthese von Pflanzen und Bakterien
hauptsächlich Kohlenhydrate entstehen, erzeugen bestimmte Algen und
Bakterien gewisse Mengen an Sauerstoff und bieten so die Grundlage
für genetische Modifikationen, um die Erträge zu steigern, sowie für
die Schaffung geeigneter künstlicher Systeme. Des Weiteren ist die
Photosynthese in der Lage, andere chemische Stoffe zu erzeugen, die
derzeit noch industriell hergestellt werden. Dazu gehören Nitrate,
Aminosäuren und andere Verbindungen, die für die chemische Industrie
von hohem Wert sind. Das europäische Forschungsprogramm wird deshalb
die Entwicklung von Systemen zur direkten, weitaus effizienteren
Umwandlung der Solarenergie in derartige Chemikalien anstreben. Das
eröffnet nicht nur die Aussicht auf eine unbegrenzte
Energieerzeugung. Auch könnte so der Kohlendioxidgehalt in der
Atmosphäre womöglich auf das Niveau vor der Industrialisierung
gesenkt werden, wenn das Vertrauen in saubere, erneuerbare Energie
gewachsen ist.

Die Herausforderungen sind gewaltig: Zuerst muss die
Funktionsweise von natürlichen Photosynthese-Systemen nachgeahmt
werden, insbesondere beim Photosystem II, dem Enzymkomplex in
Pflanzenblättern, der mit einem Katalysator aus vier Manganatomen und
etwas Kalzium Wasser in Wasserstoff und Wasser spaltet. Auf diesem
Gebiet wurden kürzlich signifikante Fortschritte gemacht. Die
Teilnehmer der ESF Brainstorming Conference bezeichneten das
Solarbrennstoff-Projekt als wichtigen Meilenstein für die Entwicklung
des "künstlichen Blatts". In Europa wächst die Überzeugung, dass bis
2050 ein grosser Anteil unserer Brennstoffe von solchen "künstlichen
Blättern" stammen wird und dass es keine Zeit zu verlieren gilt, um
mit wichtigen Forschungen an Technologien zu beginnen, die dies
ermöglichen.

Ansprechpartner:
Professor Alfred Holzwarth
Max-Planck-Institut
Holzwarth@mpi-muelheim.mpg.de
Dr. Olaf Kruse
European Science Foundation
okruse@esf.org

Originaltext: The European Science Foundation (ESF)
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Holzwarth@mpi-muelheim.mpg.de; Dr. Olaf Kruse, European Science
Foundation, okruse@esf.org