Forscher haben ein künstliches Solar-Blatt mit einem Kupfer-Nanoblumen-Katalysator entwickelt, das CO2 mithilfe von Sonnenlicht in Treibstoff umwandelt. Die Technologie könnte dabei helfen, fossile Brennstoffe langfristig zu ersetzen.
Wissenschaftler der Universität of Cambridge und der University of California haben ein künstliches Solar-Blatt entwickelt, das mithilfe von Sonnenlicht CO2 in wertvolle Treibstoffe und Chemikalien umwandeln können soll.
Das Prinzip dahinter schauten sich die Forscher von der Natur ab – genauer gesagt von der Fotosynthese. Der Hintergrund: Pflanzen nutzen Sonnenlicht, um Kohlendioxid in Energie umzuwandeln. Die Forscher bildeten dieses Prinzip mit einer speziellen Solarzelle aus Perowskit (einem leistungsstarken Material für Solarzellen) nach.
Künstliches Solar-Blatt wandelt CO2 in Kohlenwasserstoff um
Das Besondere an dem Solar-Blatt ist ein zusätzlicher Katalysator aus Kupfer-Nanoblumen. Diese winzigen, blütenförmigen Strukturen ermöglichen es, CO2 nicht nur in einfache Kohlenstoffmoleküle umzuwandeln, sondern direkt in komplexere Kohlenwasserstoffe wie Ethan und Ethylen.
Diese Stoffe sind essenziell für die Produktion von Treibstoffen, Kunststoffen und Chemikalien, die bislang hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen stammen. Mit der neuen Technik ließen sie sich jedoch sauber und nachhaltig herstellen.
Fast alle Kohlenwasserstoffe, die aktuell genutzt werden, entstehen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe – mit erheblichen CO2-Emissionen. Das künstliche Solar-Blatt hingegen stellt diese Stoffe aus CO2, Wasser und Glycerin her – ohne zusätzlichen Kohlenstoff freizusetzen. Damit könnte es dabei helfen, den Klimawandel zu bekämpfen.
Künftige Forschungen sollen den Prozess optimieren
Ein weiterer Vorteil: Die Forscher verbesserten die Effizienz des Prozesses erheblich. Durch den Einsatz von Nanodraht-Elektroden aus Silizium ist die Produktion von Kohlenwasserstoffen 200-mal effizienter als bei früheren Systemen. Als Nebenprodukt entstehen zudem wertvolle Chemikalien wie Lactat und Formiat, die in der Medizin und Kosmetikindustrie einen Einsatz finden.
Noch ist der Prozess aber nicht perfekt. Denn die Umwandlungseffizienz für CO2 zu Kohlenwasserstoffen liegt derzeit bei gerade einmal zehn Prozent. Doch die Wissenschaftler sind optimistisch: Mit der richtigen Katalysator-Gestaltung ließe sich die Effizienz weiter steigern.
Langfristig könnte das künstliche Solar-Blatt eine nachhaltige Alternative zur Nutzung fossiler Brennstoffe sein. Die Forschung ist ein Beispiel dafür, wie internationale Kooperationen – in diesem Fall zwischen Cambridge und Berkeley – Innovationen vorantreiben.
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