Biotechnologie Effizientere Biosolarzellen nach dem Vorbild der Natur
Lichtsammel- und Photosyntheseproteine verschiedener Arten können in Kombination mehr Energie erzeugen.
Zu den möglichen Quellen für erneuerbare Energien gehören die Proteinkomplexe, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Noch lässt ihre Effizienz in technischen Anwendungen allerdings zu wünschen übrig. Grünes Licht können sie zum Beispiel nicht in Energie umwandeln. Diese sogenannte Grünlücke konnte ein Forschungsteam der RUB und des Israel Institute of Technology in Haifa schließen. Gelungen ist das durch die Kombination eines Photosynthese-Proteinkomplexes mit einem Lichtsammelprotein aus Cyanobakterien. Das Team berichtet im Journal of Materials Chemistry A online vorab am 11. Mai 2020.
Abschauen bei Pflanzen, Algen und Bakterien
Biosolarzellen sind ein innovatives Konzept zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Zu ihrer Herstellung werden biologische Komponenten aus der Natur eingesetzt. Das Herzstück sind sogenannte Photosysteme: große Proteinkomplexe, die in Pflanzen, Algen und Cyanobakterien für die Energiewandlung verantwortlich sind. Besonders Photosystem II, kurz PSII, spielt eine zentrale Rolle, da es Wasser als Elektronenquelle für die Stromerzeugung nutzen kann.
Zusammenarbeit klappte bisher im Reagenzglas nicht
„So einzigartig PSII jedoch ist, so limitiert ist auch sein Wirkungsgrad, da es nur einen Teil des Sonnenlichts nutzen kann“, erklärt Prof. Dr. Marc Nowaczyk, Leiter der Projektgruppe Molekulare Mechanismen der Photosynthese an der RUB. Besonders im Bereich der sogenannten Grünlücke ist PSII nahezu inaktiv. „Cyanobakterien haben das Problem dadurch gelöst, dass sie spezielle Lichtsammelproteine, die Phycobilisomen, bilden, die auch dieses Licht nutzbar machen. In der Natur klappt die Zusammenarbeit, im Reagenzglas bisher noch nicht.“
Superkomplexe nutzen doppelt so viele Photonen der Grünlücke
In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann an der RUB und der israelischen Forschungsgruppe um Prof. Dr. Noam Adir ist es Nowaczyks Team erstmals gelungen, eine Zweikomponenten-Bioelektrode herzustellen. Sie nutzt doppelt so viele Photonen innerhalb der Grünlücke.
