Künstliche Fotosynthese übertrifft Natur

Innovation in der Klimaforschung: Künstliche Fotosynthese übertrifft Natur

Professor Tobias Erb entwickelt am Max-Planck-Institut eine künstliche Fotosynthese, die CO₂ effektiver bindet als natürliche Verfahren.

Professor Tobias Erb, Forscher am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, hat einen signifikanten Fortschritt in der Entwicklung der künstlichen Fotosynthese erzielt. Künstliche Fotosynthese hat das Potenzial, Kohlendioxid (CO₂) aus der Atmosphäre effizienter zu binden als natürliche Prozesse.

In einem Interview mit der WELT erläuterte Erb, dass der von ihm entwickelte Prozess bis zu zehnmal schneller ablaufe als die natürliche Fotosynthese und dabei nur die Hälfte der Energie benötige. Diese bahnbrechende Technologie könnte nicht nur für den Klimaschutz von entscheidender Bedeutung sein, sondern auch die landwirtschaftlichen Erträge steigern und langfristig die Erdölchemie ersetzen.

Grundlagenforschung als Basis für technologische Entwicklungen

Erb unterstrich die Wichtigkeit der Grundlagenforschung, die seinen Arbeiten zugrunde liegt. „Die Natur hat mit der Fotosynthese einen fantastischen Mechanismus entwickelt“, sagte Erb. Durch das Verständnis dieses natürlichen Prozesses und das Erkunden alternativer Wege hofft er, effektivere Methoden zur CO₂-Bindung entwickeln zu können. Erb verglich seine Forschungsmethodik mit dem Auseinandernehmen eines Weckers, um dessen Funktionsweise zu verstehen – ein Ansatz, der es letztendlich ermöglichen soll, den Prozess zu verbessern und neu zusammenzusetzen.

Vom Labor in die Praxis: Herausforderungen und Möglichkeiten

Erb und sein Team haben bereits erfolgreich eine alternative Methode der künstlichen Fotosynthese im Labor realisiert. Der nächste Schritt besteht darin, diesen Prozess aus dem Reagenzglas in lebende Zellen zu übertragen oder in großmaßstäblichen Bioreaktoren zu implementieren. Beide Ansätze – der Einsatz lebender Zellen sowie zellfreier Bioreaktoren – werden parallel erforscht. Während lebende Zellen die Fähigkeit zur Selbstreparatur und Optimierung bieten, sind Bioreaktoren technisch einfacher zu handhaben, obwohl die Stabilität der verwendeten Enzyme eine Herausforderung darstellt.

Professor Tobias Erb forscht mit dem Projekt „pro2neo-RUBISCO“ an künstlicher Fotosynthese: „Der zentrale Schritt der Photosynthese, die Umwandlung von CO₂ durch das Enzym Rubisco, ist langsam und fehlerbehaftet. Das schränkt die Effizienz der Photosynthese ein und sorgt für dramatische Ertragseinbußen in der Landwirtschaft“. Das Projekt untersucht die Evolutionsgeschichte von Rubisco, will den molekularen Mechanismus aufklären und mittels der Synthetischen Biologie neue Alternativen zum Enzym designen, um die Fotosynthese effizienter zu machen. Bild: © DFG/Foto: © David Ausserhofer

Innovative Energiequellen für die künstliche Fotosynthese

Ein weiterer bemerkenswerter Fortschritt in Erbs Forschung ist die Nutzung von elektrischer Energie anstelle von Sonnenlicht, um den Fotosyntheseprozess anzutreiben. Diese Methode könnte es ermöglichen, künstliche Fotosynthese mit erneuerbaren Energien wie Wind- oder Solarstrom zu betreiben, was die Technologie besonders nachhaltig machen würde. Erb betont, dass es wichtig sei, technologieoffen zu bleiben und alle verfügbaren Optionen zu erkunden, um den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen.

Zusammenarbeit und Wettbewerb auf internationaler Ebene

Die Arbeit von Erb und seinem Team ist eingebettet in ein Netzwerk internationaler Kooperationen. Trotz des wettbewerbsorientierten Umfelds in der Forschung betont Erb die Bedeutung des Austauschs und der Zusammenarbeit. Insbesondere die strategischere Ausrichtung der Forschung in den USA, Großbritannien und China sieht er als Vorbild, um die Potenziale der synthetischen Biologie in Deutschland besser zu nutzen.

Zukunftsperspektiven und politische Rahmenbedingungen

Langfristig könnten die Forschungsergebnisse Erbs zur Gründung neuer Unternehmen führen, die innovative Lösungen für den Klimaschutz bieten. Doch auch die politischen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen spielen eine entscheidende Rolle, insbesondere im Hinblick auf die Nutzung gentechnisch veränderter Organismen in der Landwirtschaft. Erb ist sich der Herausforderungen bewusst, bleibt jedoch optimistisch, dass die Vorteile seiner Forschung die Risiken überwiegen könnten.

Diese Forschungen stehen noch am Anfang, doch ihre potenzielle Wirkung auf Klimaschutz, Landwirtschaft und Energiegewinnung könnte immens sein. Durch die künstliche Fotosynthese eröffnen sich neue Wege, um CO₂ effektiv aus der Atmosphäre zu entfernen und gleichzeitig wertvolle Ressourcen zu schaffen.

Was du dir merken solltest:

Tobias Erb vom Max-Planck-Institut hat eine künstliche Fotosynthese entwickelt, die CO₂ bis zu zehnmal schneller und effizienter bindet als der natürliche Prozess.
Diese Technologie hat das Potenzial, nicht nur den Klimaschutz zu fördern, sondern auch die Agrarerträge zu steigern und die Abhängigkeit von der Erdölchemie zu verringern.
Erbs Forschung verwendet sowohl lebende Zellen als auch zellfreie Bioreaktoren und experimentiert mit der Anwendung elektrischer Energie, um die Effizienz weiter zu verbessern.

Übrigens: Pflanzen sind nicht nur fähig, Fotosynthese zu betreiben, sie können auch kommunizieren. Japanische Forscher haben nun dokumentiert, wie das abläuft. Mehr dazu kannst du in unserem Artikel nachlesen.