Wie kann man Sonnenlicht bestmöglich nutzen?
Heutzutage ist die Solartechnologie, welche Sonnenlicht in Elektrizität umwandelt, extrem weit entwickelt. Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, die Energie der Sonne zu nutzen.
Wenn wir einen genaueren Blick auf die Natur werfen, stellen wir fest, dass Pflanzen das Sonnenlicht kontinuierlich in chemische Energie umwandeln. In ihren Blättern enthalten Pflanzen Moleküle, die in der Lage sind, die vom Sonnenlicht kommende Energie aufzunehmen und sie zu nutzen, um CO2 und Wasser in Sauerstoff und Zucker umzuwandeln. Da die Wissenschaft sich oft ein Beispiel an den faszinierenden und ausgeklügelten Prozessen der Natur nimmt, haben Chemiker versucht, diese Photosynthese im Labor zu reproduzieren. Das war der Startschuss für das Forschungsgebiet, das als Photokatalyse bekannt ist. Unter Photokatalyse versteht man die Verwendung von Molekülen oder chemischen Materialien, die sichtbares Licht absorbieren und dessen Energie nutzen, um chemische Reaktionen anzuregen.
Eine direkte Anwendung dieser photokatalytischen Materialien ist der Einsatz bei der Behandlung von Abwasser. Bei Lichteinwirkung lösen diese Materialien Oxidationsschritte aus, die zur Zersetzung von Schadstoffen wie organischem Material, Mikroben oder auch anorganischen Verbindungen dienen. Obwohl sich diese Technologie derzeit noch in der frühen Entwicklungsphase befindet, wird ihr Einsatz in größerem Maßstab in Haushalten, Krankenhäusern oder Büros zur Abwasseraufbereitung und Desinfektion einen enormen Einfluss auf den Umweltschutz haben.
Auch in wirtschaftlicher Hinsicht birgt die Photokatalyse ein enormes Potenzial, denn sie wird es ermöglichen, die laufenden Kosten der industriellen Produktion in verschiedenen Industriezweigen wie der Pharmazie, der Kosmetik oder der Agrochemie deutlich zu senken. Die Hauptfaktoren, die die Produktionskosten hier bestimmen, sind:
1) die Kosten des Ausgangsmaterials und der Energiequellen, die für seine Herstellung benötigt werden;
2) die Anzahl der erforderlichen Umwandlungsschrittte;
3) die Effizienz jeder dieser Umwandlungen.
Die Photokatalyse bietet zwei Hauptvorteile: Einerseits ermöglicht sie die Verkürzung der synthetischen Routen, wodurch die Anzahl der erforderlichen Reaktionen gesenkt wird. Andererseits erhöht die hohe Rezyklierbarkeit vieler der kürzlich entwickelten Katalysatoren die Effizienz der einzelnen Schritte.
Obwohl sich die Umsetzung der Technologie der photokatalytischen Abwasserreinigung noch in der Entwicklung befindet, werden die enormen Anstrengungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft es der Industrie ermöglichen, die 2014 von der Europäischen Kommission beschlossenen Anforderungen in Bezug auf eine nachhaltige und umweltfreundliche Entwicklung zu erfüllen.
Organisch-Chemisches Institut; Women in Research fellow an der WWU
Weitere Infos
Dieser Comic wurde von Dr. Line Næsborg (Organisch-Chemisches Institut) begleitet, Dr. Leyre Marzo hat den Antworttext verfasst.