Künstliche Blätter: Ein revolutionärer Ansatz gegen Luftverschmutzung

„So wie fossile Brennstoffe aus konventionellen Quellen endlich sind und zur Neige gehen, werden auch die aus schwer zugänglichen Quellen irgendwann versiegen. Wenn wir unsere gesamte Energie und alle Ressourcen in die fortgesetzte Förderung fossiler Brennstoffe stecken, haben wir die Chance vertan, in erneuerbare Energien zu investieren.“ – David Suzuki

Zwei der stärksten Kämpfer im Kampf gegen die globale Erwärmung sind Sonnen- und Windenergie, zwei Energiequellen, die uns helfen, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Es gibt jedoch einen zweiten Weg, damit die Länder ihre Ziele aus dem Paris-15-Abkommen erreichen, auch wenn diese neue Technologie erst jetzt bekannt geworden ist: künstliche Blätter. Wissenschaftler der Universität Cambridge haben künstliche „Blätter“ entwickelt, die kürzlich auf dem River Cam in und um Cambridge getestet wurden. Diese Blätter vollbringen Unvorstellbares: Sie erzeugen eine „grüne“ Version von Benzin oder Diesel, die bald Teil unseres Alltags werden könnte.

Ein neuartiger klimaneutraler grüner Kraftstoff

Die schwimmenden künstlichen Blätter können Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser in synthetischen Kraftstoff umwandeln. Die Wissenschaftler, die sie entwickelt haben, sehen ihren Einsatz in großem Maßstab vor, um Schiffe, Autos und andere Maschinen und Geräte anzutreiben. Das ist nicht nur aus Sicht eines grünen Verkehrs positiv, sondern auch, weil es helfen kann, die Menge an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) zu senken, denen wir täglich ausgesetzt sind. VOC aus Kraftfahrzeugen gehören in den meisten Städten zu den Hauptquellen der Luftverschmutzung. Aceton, Hexanal, Toluol und p-Xylol zählen zu den am weitesten verbreiteten dieser Chemikalien, was sowohl für die globale Erwärmung als auch für die menschliche Gesundheit eine schlechte Nachricht ist. VOC beeinträchtigen unsere Gesundheit auf vielfältige Weise und verursachen Probleme wie Reizungen von Augen, Nase und Rachen sowie Atemwegsbeschwerden, Kopfschmerzen und Übelkeit und schädigen Leber, Nieren und Nervensystem. Die schwimmenden Blätter wären tatsächlich 10-mal effizienter als echte Blätter, da sie nicht nur Kohlendioxid umwandeln, sondern auch sauberere, VOC-freie Energie erzeugen.

Wie funktionieren künstliche Blätter?

Die an der Universität Cambridge entwickelten Blätter funktionieren wie Pflanzen: Sie nehmen Kohlendioxid auf und wandeln es in den Brennstoff um, den sie zum Überleben brauchen. Der Kohlenstoff wird in Kohlenhydrate umgewandelt und gespeichert, während der Sauerstoff in die Atmosphäre zurückgegeben wird. Der Unterschied zwischen echten und künstlichen Blättern besteht darin, dass die schwimmenden keine Kohlenhydrate erzeugen wie echte Pflanzen. Stattdessen erzeugen sie Kohlenmonoxid, um sauberere Kraftstoffe herzustellen. Das System des künstlichen Blattes erzeugt außerdem Sauerstoffgas, das in die Atmosphäre abgegeben wird. Die Forscher erklärten, dass es sowohl im industriellen Maßstab (zum Beispiel in einem Kraftwerk) als auch im kleineren Rahmen (zum Beispiel auf dem Dach eines Einfamilienhauses) eingesetzt werden kann.

Wie sehen die Blätter aus?

Die Blätter sind würfelförmig und haben eine Acrylhülle. Sie enthalten künstliche Spaltöffnungen (Stomata), die die Rolle der Poren in Blättern übernehmen. In Pflanzen dienen die Stomata als Pforten, die den Gasaustausch für die Photosynthese steuern. Eine ihrer wichtigsten Funktionen ist der Austausch negativ geladener Ionen durch eine Membran. Das Team aus Cambridge ist nicht das erste, das mit künstlichen Blättern experimentiert, aber sein Prototyp wurde bereits im Labor getestet und hat bewiesen, dass er unter realen Bedingungen funktioniert. Etwas Besonderes an diesem Blatttyp ist außerdem die Art von CO2, mit der er arbeitet. Die meisten künstlichen Blätter benötigen reines CO2, ähnlich dem CO2 in kohlensäurehaltigem Wasser. Dieser Prototyp dagegen arbeitet mit verdünntem CO2, ähnlich dem in der Atmosphäre. Ob die Technologie im großen Maßstab funktionieren wird, ist ungewiss, doch sie ist sicherlich ein Schritt in die richtige Richtung. Derzeit verfehlen die meisten Nationen ihre Paris-15-Ziele bei Weitem. Zudem hat die Welt offensichtlich nicht die Kapazität, mit den Emissionen fertigzuwerden, die sie derzeit erzeugt.

Die an der Universität Cambridge entwickelten künstlichen Blätter befinden sich vielleicht noch im Prototypenstadium, doch sie können als großer Schritt nach vorn gelten, wenn es darum geht, die Klimaziele zu erreichen und das wachsende Emissionsproblem abzuwenden. Sie wecken die Hoffnung auf eine lebendige Zukunft, in der Nachhaltigkeit und saubere Energie harmonisch nebeneinander bestehen. Zwar hat sich gezeigt, dass die Blätter effizient sind, doch weitere Tests sind nötig, um zu verstehen, in welchem Maßstab sie eingesetzt werden können.

Autorin: Nina Sumner