Forschung: Grüner Wasserstoff aus Photosynthese

Wasserstoff als Hoffnungsträger

Wasserstoff gilt als vielversprechender Energieträger der Zukunft. Wird er in einer Brennstoffzelle genutzt, liefert er Energie für diverse Anwendungen und bringt als Abfallprodukt nur Wasser hervor. Allerdings wird Wasserstoff aktuell vor allem aus der Elektrolyse von Wasser gewonnen - und dieses Verfahren erfordert zunächst den Einsatz von Energie, die bislang zumeist aus fossilen Quellen stammt. Für klimaneutralen Wasserstoff, der auch als „grüner Wasserstoff“ bezeichnet wird, darf für die Erzeugung des Rohstoffes ausschließlich regenerative Energie genutzt wird.

Wasserstoffproduktion aus Photosynthese

Eine solche nachhaltige Energiequelle versuchen Forschende mittels der Photosynthese zu nutzen. Sie versorgt seit jeher die Menschen mit Energie aus Sonnenlicht, entweder in Form von Nahrung oder als fossiler Brennstoff. Doch in beiden Fällen ist die Sonnenenergie zunächst in Kohlenstoffverbindungen wie zum Beispiel Zucker gespeichert. Wenn die Energie dieser Kohlenstoffverbindungen genutzt wird, entsteht jedoch zwangsläufig CO2. Die photosynthetische CO2-Fixierung wird dabei quasi rückgängig gemacht, um die Sonnenenergie aus den Kohlenstoffverbindungen zurückzugewinnen.

Wie kann das CO2 umgangen werden?

An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) erforscht die Nachwuchsgruppe „Bioenergetik in Photoautotrophen“, wie man bei der Energiegewinnung diesen Kohlenstoffzyklus und die damit einhergehenden CO2-Emissionen vermeiden kann. „Dazu kommt insbesondere die Speicherung von Sonnenenergie direkt in Form von Wasserstoff infrage - dabei entsteht kein CO2 und der Wirkungsgrad ist durch die direkte Umwandlung sehr groß“, erklärt Kirstin Gutekunst vom Botanischen Institut.

Cyanobakterien als Wasserstoff-Fabriken

Ebenso wie sämtliche Grünpflanzen sind auch Cyanobakterien in der Lage, Photosynthese zu betreiben. In der Photosynthese wird Sonnenenergie genutzt, um Wasser zu spalten und die Sonnenenergie chemisch zu speichern – vor allem in Form von Zucker.

In einer aktuellen Arbeit beschreiben die Kieler Forschenden, wie sich dieser Mechanismus möglicherweise in Zukunft für biotechnologische Anwendungen nutzen lässt. Sie konnten ein bestimmtes Enzym der lebendigen Cyanobakterien, eine sogenannte Hydrogenase (von ‚hydrogen’, Englisch: Wasserstoff) so an die Photosynthese koppeln, dass das Bakterium über lange Zeiträume solaren Wasserstoff produziert und nicht wieder verbraucht. Auf diesem Weg stellt das veränderte Cyanobakterium deutlich mehr solaren Wasserstoff her als in bisherigen Experimenten.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Wissenschaftszeitschrift Nature Energy.