Photosynthese als „Biobatterie“

Einen erster Schritt zur Energiegewinnung mittels Photosynthese ist jetzt französischen Forschern gelungen. Eine von ihnen entwickelte Biobatterie wandelt die chemische Energie der Photosynthese-Endprodukte in elektrischen Strom um. Diese neue Strategie könnte es ermöglichen, aus der Solarenergie umweltfreundlich und weit effektiver als bisher Elektrizität zu gewinnen. Diese Biobatterie könnte auch medizinische Anwendungen finden.

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In der Photosynthese wandeln Pflanzen Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) bei Lichteinstrahlung durch chemische Reaktionen in Glucose und Sauerstoff (O2) um. Diese Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie ist sehr effektiv, ihr Wirkungsgrad liegt weitaus höher der als jeder bisher entwickelten Solarzelle. Unter anderem deshalb suchen Forscher schon seit geraumer Zeit nach Möglichkeiten, das Prinzip der Pflanzenphotosynthese für die technische Energiegewinnung einzuspannen.

Strom aus Zucker und Sauerstoff

Wissenschaftlern des französischen Forschungszentrums Paul Pascal vom CNRS ist jetzt ein erster Schritt in diese Richtung gelungen: Sie entwickelten eine Biobatterie, die die beiden Endpodukte der Photosynthese (Glucose und O2) in elektrische Energie umwandelt. Die Batterie besteht aus zwei durch Enzyme modifizierten Elektroden, die sensibel auf Sauerstoff und Glucose reagieren. Deren Präsenz löst einen entsprechenden Stromfluss aus.

Die Forscher fügten ihre Batterie in eine lebende Pflanze, in diesem Fall einem Kaktus, ein und maßen damit erstmals die erzeugte Energie direkt vor Ort. Es zeigte sich, dass die in den Kaktus integrierte Biobatterie eine Leistung von neun Milliwatt pro Quadratzentimeter erzeugen konnte. Da der Wirkungsgrad proportional zur Intensität des Lichts ist, beschleunigt ein verstärkter Lichteinfall die Produktion von Glucose und O2, wodurch mehr Brennstoff erzeugt wird, um die Biobatterie zu betreiben. In ferner Zukunft könnte dieses Verfahren eventuell eine neue Strategie darstellen, um Solarenergie umweltfreundlich in Elektrizität umzuwandeln.

Medizin: Künftig Biobatterie unter der Haut?

Neben diesem Ergebnis bestand das eigentliche Ziel dieser Arbeiten in der Entwicklung einer Biobatterie für medizinische Anwendungen. Diese würde unter der Haut autonom funktionieren, indem sie die chemische Energie aus dem in den physiologischen Flüssigkeiten natürlich vorkommenden Glucose-Sauerstoff-Paar schöpft. Sie könnte somit implantierte medizinische Objekte,

wie zum Beispiel autonome Sensoren unter der Haut zur Messung des Glucosewertes bei Diabetes-Patienten, versorgen.

Dank der Elektroden ist es den Forschern auch gelungen, die Photosynthese quasi „live“ zu untersuchen. Erstmals beobachteten sie die Veränderung der Glucose in Echtzeit. Diese Methode eröffnet neue Wege zum besseren Verständnis der Mechanismen der Photosynthese. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht.

(Wissenschaft-Frankreich, Französische Botschaft in Deutschland, 05.03.2010 – NPO)