Einblicke in das faszinierende Kraftwerk der Natur: das wasserspaltende System der Photosynthese –
Forschungsbericht 2011 – Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion
Zusammenfassung
Die Photosynthese wandelt Sonnenlicht in speicherbare chemische Energie um und erhält so das Leben auf unserem Planeten. Zu verstehen wie die Natur dies erreicht, ist eine der größten Herausforderungen für die Wissenschaft – und von zentraler Bedeutung für unsere zukünftige Energieversorgung. Leider ist selbst die Struktur der Wasseroxidase, der zentralen Komponente der Photosynthese, bislang nicht eindeutig geklärt. Durch die Kombination von spektroskopischen und quantenchemischen Methoden wurden nun tiefe Einblicke in diesen zentralen Prozess erreicht.
Der Motor der Photosynthese
Photosynthetische Organismen, wie z.B. die grünen Pflanzen, fangen das Sonnenlicht ein und wandeln es in chemische Energie (in Form von Kohlenwasserstoff-Verbindungen) um. In der Tat wird durch die Photosynthese das Leben, so wie wir es kennen, erst ermöglicht: es ist die Photosynthese, die die Synthese der grundlegenden chemischen Bausteine für alle Lebewesen sowie die Produktion des atmosphärischen Sauerstoffs treibt. …
Schlussfolgerungen: der Photosynthese nachempfundene Verfahren entwickeln
Das Ziel der Forschungen am OEC ist es, ein vollständiges Verständnis der geometrischen und elektronischen Struktur des Clusters in den verschiedenen S-Zuständen zu erhalten. Man erhält dadurch in erster Linie in atomarer Auflösung ein Bild des Kok-Zyklus in Bezug auf Wasserbindung, Protonenaustausch und Sauerstoffbildung. Durch die Symbiose experimenteller Daten und unserer theoretischen Ergebnisse können dann die elementaren Wirkprinzipien extrahiert werden, welche zu Oxidation von Wasser bei gleichzeitiger Bildung von Sauerstoff führen.
Das Fernziel ist es, die Erkenntnisse zu nutzen, um großtechnisch durchführbare, nachhaltige und saubere chemische Verfahren zu entwickeln, die der Photosynthese nachempfunden sind. Diese multidisziplinäre Forschung wird einen direkten Einfluss auf die Art und Weise haben, wie die Menschheit in Zukunft Energie erzeugt, speichert und verbraucht. Neueste Entwicklungen im Bereich der chemischen Katalyse geben hier durchaus Anlass zur Hoffnung. Wenn die künstliche Photosynthese gelingen sollte, wird die menschliche Gesellschaft schließlich die Chance haben, sich aus der umweltschädlichen und politisch unhaltbaren Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der in ihren Risiken schlussendlich nicht zu beherrschenden Kernenergie zu befreien.
Der Traum: Brennstoff-Produktion mit billigsten und saubersten Primärstoffen
Das Verständnis der Wasser-Oxidase in der Natur ist der Schlüssel zur Verwirklichung des Traums von einer Brennstoff-Produktion mit den billigsten und saubersten zur Verfügung stehenden Primärstoffen: Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht. Aus unserer Sicht kann dieses ambitionierte Forschungsprogramm auf der Seite der Grundlagenforschung am besten durch eine synergistische Symbiose von chemischen Synthese- und Analyseverfahren mit den modernen Methoden der Quantenchemie realisiert werden.
Autoren: Ames, W.; Pantazis, D. A.; Neese, F.
->Quelle und weiterlesen: mpg.de/1182054/Photosynthese_Wasseroxidase