Energie und Natur - eine ewige Herausforderung

Leptospirillum

Selbstorganisierte Elektronen-Übertragung

Die meisten chemischen Energie Umwandlungsprozesse erfordern die Übertragung mehrerer Elektronen, eine so genannte Multielektronenübertragung. Dies stellt eine große Herausforderung für die Katalyse dar. Eine effiziente Wasserspaltung zum Beispiel erfordert, dass mit vergleichbarer minimaler Energie dem Wasser vier Elektronen entzogen werden. Das Problem besteht darin, dass die Herausnahme des ersten Elektrons bereits mehr als das Zweifache dieser Energie erfordert. Wie kann die Elektronenübertragung in Richtung auf minimalen Energieverlust manipuliert werden? Die vorgeschlagene Lösung ist ein katalytisches System, bei dem die erste Elektronenentnahme über Rückkopplungsprozesse mit den folgenden Entnahmeschritten gekoppelt ist. Mathematische Rechnungen zeigen, dass dann das erste Elektron dazu gebracht werden kann, die folgenden innerhalb einer effizienten, kollektiven Multielektronenübertragung zu “versklaven”, wie Photonen es in einem Laser machen
(z.B. Ref. 163, 233, 284).

Abb.: Bakterien wie Leptospirillum ferrooxidans (a) wachsen auf Pyrit und zerlegen es in Nanoteilchen, sichtbar in b) und mit seinem Kristallgitter in c).
Bild d) zeigt das entsprechende Elektronenbeugungsmuster. Die chemische Energie von Pyrit wird dann für die Kohlendioxidfixierung genutzt. Der Mensch könnte versuchen, die Fertigkeiten der Bakterien einzusetzen.