Durchbruch: Wie Sonnenlicht chemische Produkte erschaffen kann – Regensburger Forscher veröffentlichen in „Science“

Aufsehenerregende Ergebnisse zur Nutzbarmachung von sichtbarem Licht in chemischen Prozessen haben deutsche Wissenschaftler in der Zeitschrift Science veröffentlicht.  Das Verfahren erweitert die Anwendungen von sichtbarem Licht erheblich und zeigt Möglichkeiten auf, wie Sonnenlicht in Zukunft direkt in chemische Produkte oder Kraftstoffe umgewandelt werden kann.

Prof. Dr. Burkhard König und sein Team vom Institut für Organische Chemie der Universität Regensburg haben in Zeiten der zunehmenden Verknappung von Ressourcen ein neues und relativ einfaches Verfahren entwickelt, um sichtbares Licht zur Aktivierung von chemischen Reaktionen nutzbar zu machen.

Zwar gäbe es schon seit etwa hundert Jahren Forschungen auf diesem Gebiet, erklärte Prof. König im Gespräch, aber mit den jetzt veröffentlichten Ergebnissen „haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass nur ein kleiner Schritt nötig ist, damit das Konzept funktioniert.“ Man könne damit in der weiteren Zukunft sicherlich auch komplexere Prozesse in die Wege leiten im Sinne einer nachhaltigen Chemie.    

Prof. Dr. Burkhard König lehrt und forscht im Institut für Organische Chemie der Universität RegensburgFoto: Uni Regensburg

Schließlich sei das Sonnenlicht ist „eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle“, aus der wir schon jetzt durch Photovoltaik elektrischen Strom gewinnen. Im Gegensatz dazu ist die Nutzung von sichtbarem Licht in der Chemie – beispielsweise zur direkten Umwandlung von Lichtenergie in chemische Produkte – kaum entwickelt. Der Grund liegt an dem vergleichsweise geringen Energiegehalt von sichtbarem Licht.

Das Aufsummieren von Lichtteilchen

Die Energie eines einzelnen Photons (Lichtteilchen) im sichtbaren Bereich des Spektrums sei zu gering, sagte König, um stabile chemische Bindungen für Reaktionen zu aktivieren. Die Natur hat allerdings im Prozess der biologischen Photosynthese eine Lösung für dieses Problem gefunden: Dort wird die Energie mehrerer Photonen aufsummiert, so dass auch chemische Reaktionen wie die Spaltung von Wasser oder die Reduktion von Kohlendioxid mit sichtbarem Licht möglich werden.

Hier hat das Team in Regensburg angeknüpft und die biologische Photosynthese gewissermaßen als Vorbild für das neue Regensburger Verfahren genommen. Sie nennen es Photokatalyse. Durch das Absorbieren eines ersten Photons aus dem Blau-Bereich des Lichtspektrums wird ein Photokatalysator reduziert und damit aktiviert. Durch erneute Aufnahme eines blauen Lichtteilchens gelingen dann Reaktionen organischer Moleküle, die mit der Energie eines einzelnen Photons nicht möglich gewesen wären.

Seit fünf Jahren finanziert die Deutsche Forschungsgemeinschaft das Graduiertenkolleg von Prof. Burkhard König in Regensburg, dem etwa 25 wissenschaftliche Mitarbeiter angehören. Nun scheint zunächst ein grundlegender Durchbruch für die chemischen Prozesse gelungen zu sein, mit Hilfe der modifizierten, aber für alle verfügbaren Sonnenenergie. Man darf gespannt sein, zu welchen praktisch verwendbaren Ergebnissen diese Entdeckung eines Tages führen wird. (idw/rls)

Der Science-Artikel im Internet HIER