Algen schlagen Solarzellen: Evolution besser als Ingenieure?

14. Mai 2019, 15:35 Uhr
Grafisches Modell der Nutzung solarer Energie durch Mikroalgen. Bild: University of Birmingham.
Grafisches Modell der Nutzung solarer Energie durch Mikroalgen. Bild: University of Birmingham.
Winzige fluoreszierende Mikroalgen aus dem Meer haben das Potential, die Forschung zu organischer Solarzellen zu befruchten. Ingenieure können sich bei der Natur eine Scheibe abschneiden…

Mikroalgen sind wahrscheinlich die noch lebenden Organismen mit dem längsten Stammbaum auf unserem Planeten. Sie haben sich in Milliarden Jahren zu Bio-Lichterntemaschinen mit einer Effizienz von bis zu 95 % entwickelt. Dadurch konnten sie wohl auch unter den extremsten Bedingungen überleben und sich an alle Veränderungen anpassen, welche die Erde in dieser langen Zeitspanne erlebt hat.
Die Entschlüsselung der dabei genutzten Prozesse könnte den Weg für Einsatz in neuen, hocheffizienten organischen Solarmodulen ebnen, die alles in den Schatten stellen, was die Menschheit in diesem Bereich bisher ersonnen hat. Aufgrund der Komplexität der kleinen Organismen und der großen Vielfalt der verschiedenen Arten gab es hier bislang allerdings nur geringe Fortschritte zu verzeichnen.

 
Fluoreszierende Mikroalgen im Labor. Bild: University of Birmingham.

Methode

Das Forscherteam nutzte einige der fortschrittlichen Methoden der Massenspektrometrie, um einzelne Teile des Algen-Lichternte-Systems zu charakterisieren. Hierdurch gelang die Aufdeckung wichtiger Details von verschiedenen Teilsysteme, die noch nicht verstanden waren. Diese Details helfen dabei zu verstehen, warum Mikroalgen bei der Lichternte so effizient sind.
Aneika Leney von der School of Biosciences der University of Birmingham war maßgeblich an der in Cell Chem veröffentlichten Studie beteiligt. Laut ihr sind „Mikroalgen faszinierende Organismen, die die Dinge so viel besser können als von Ingenieuren entwickelte Systeme. Durch die Anwendung des erworbenen Wissens können wir echte Fortschritte bei der Anpassung dieser Systeme für den Einsatz in Solarmodulen machen.“

Der wissenschaftliche Direktor des Netherlands Proteomics Centre der Universität Utrecht, Albert Heck, ergänzt: „Wenn man Algen sieht, erscheinen sie schleimig und nicht sehr interessant. Aber wenn man sich die Details ihrer molekularen Maschinen anschaut, durch die sie Sonnenlicht so effizient in Energie umwandeln, wirken sie ausgetüftelter als die aufwändigste schweizer Uhr. Dies ist das Resultat von drei Milliarden Jahren Feinabstimmung, genannt Evolution."

Der nächste Schritt besteht in der genaueren Untersuchung der Energieübertragung durch diese Lichterfassungssysteme. Die Forscher wollen herausfinden, warum die identifizierten Wandlerelemente so effizient arbeiten. Aneika Leney fügt hinzu „Da die meisten Solarmodule einem Wirkungsgrad von 10...20 % aufweisen, würde die Erhöhung des Wirkungsgrades >90 % die Ausbeute von Solaranlagen drastisch erhöhen und damit zum Schutz der Umwelt beitragen.“
 
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