Neue Forschung bringt saubere Energielösungen voran

"Die Chemie wird eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung sauberer Lösungen für das wachsende Energiedilemma der Welt spielen"

06.09.2021 - USA

Die Deckung des wachsenden Energiebedarfs der Gesellschaft ist zu einer gewaltigen Herausforderung für die Menschheit geworden. Es wird erwartet, dass sich die Energienachfrage bis zum Jahr 2050 fast verdoppelt, während die Auswirkungen des Klimawandels, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe verursacht werden, bereits jetzt in Form von Dürren, Waldbränden, Überschwemmungen und anderen Katastrophen verheerende Folgen haben.

Gary Moore, Forscher am Biodesign Center for Applied Structural Discovery, ist der Ansicht, dass die Chemie eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung sauberer Lösungen für das wachsende Energiedilemma der Welt spielen wird.

In einem neuen Forschungsbericht, der auf der Titelseite der Zeitschrift ChemElectroChem erscheint, beschreiben Moore und seine Kollegen die Verwendung von ringförmigen Molekülen, den so genannten Porphyrinen. Diese Moleküle, die zu den in der Natur am häufigsten vorkommenden Pigmenten gehören, sind für ihre Fähigkeit bekannt, chemische Reaktionen zu beschleunigen oder zu katalysieren, darunter auch wichtige Reaktionen in lebenden Systemen.

Energie chemisch speichern, verlustfrei monatelang lagern und im Winter damit heizen

Das wird durch einen nun patentierten chemischen Reaktor möglich

News lesen

Zu diesen Reaktionen gehört die Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in chemische Energie, die in molekularen Bindungen gespeichert wird, ein Prozess, der von Pflanzen und photosynthetischen Mikroben genutzt wird. Diese chemische Energie kann dann durch den Prozess der Zellatmung als Brennstoff für den Stoffwechsel des Organismus genutzt werden.

Forscher wie Moore hoffen, eine Seite aus dem Spielbuch der Natur zu nehmen, indem sie synthetische Analoga zu den natürlichen Prozessen der Photosynthese schaffen. In der neuen Studie wird ein synthetisches eisenhaltiges Porphyrin beschrieben und sein Potenzial als wirksamer Katalysator erforscht.

"Anstatt die Produkte der natürlichen Photosynthese zu nutzen, können wir uns von unserem Wissen über die Photosynthese inspirieren lassen, um neue Materialien und Technologien mit Eigenschaften und Fähigkeiten zu entwickeln, die mit denen ihrer biologischen Gegenstücke konkurrieren können", sagt Moore.

Porphyrine und ihre strukturell verwandten Analoga kommen in der gesamten biologischen Welt in großer Zahl vor. Sie binden eine Reihe von Metallionen, um weitreichende zelluläre Aufgaben zu erfüllen. Chlorophyllmoleküle zum Beispiel binden Magnesium - ein entscheidender chemischer Schritt in der pflanzlichen Photosynthese -, während Häm - ein eisenhaltiges Porphyrin - dabei hilft, den molekularen Sauerstoff- und Kohlendioxidtransport zu organisieren und die für die Zellatmung notwendigen Elektronentransportketten bereitzustellen. Aufgrund ihrer beherrschenden Rolle in den Lebensprozessen sind Porphyrin-Anomalien für eine Reihe von schweren Krankheiten verantwortlich.

Porphyrine können auch als Katalysatoren in synthetischen Geräten, den so genannten elektrochemischen Zellen, verwendet werden, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln oder umgekehrt. Die Strahlungsenergie der Sonne kann zwar in herkömmlichen Batterietypen gespeichert werden, doch sind derartige Anwendungen aufgrund ihrer geringen Energiedichte im Vergleich zu den im modernen Verkehr verwendeten Kraftstoffen begrenzt.

Moores Bemühungen, künstliche photosynthetische Systeme zu entwerfen, könnten ein wertvolles Teil des Puzzles der erneuerbaren Energien sein, das sowohl "nicht-fossile" Brennstoffe als auch eine Reihe von nützlichen Rohstoffen produziert.

Solche Geräte würden es ermöglichen, Sonnenenergie einzufangen und zu speichern, um sie dann und dort zu nutzen, wo sie benötigt wird. Sie können mit Chemikalien hergestellt werden, die weitaus billiger und häufiger vorhanden sind als die Materialien, die derzeit für herkömmliche Solarenergieanwendungen verwendet werden.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.