Energie und Natur - eine ewige Herausforderung

Reiher Tributsch

Wasserspaltung

Die Wasserspaltung mit Licht ist der fundamentale Prozess bei der Photosynthese. Sie ist die energetische Basis höheren Lebens, da der Energie liefernde Wasserstoff des Wassers schließlich mit Kohlendioxid zur Produktion von Kohlehydraten verbunden wird.
Um Wasser mit Licht zu spalten, braucht man ein Katalysatormaterial, welches es ermöglicht, den Prozess mit niedrigem Energieumsatz zu bewerkstelligen.
Ich entwickelte und demonstrierte eine spezielle Klasse von Katalysatoren, welche durch Lichtabsorption ihre chemischen Bindungen auf solche Weise verändern, dass sie Wasser anlagern, um mit diesem zu reagieren. Man kann dies als Wasserspaltung über lichtinduzierte koordinationschemische Mechanismen beschreiben (z.B. Ref. 22, 53, 67, 89, 267).
Ein Beispiel eines solchen Photokatalysators ist Rutheniumdisulfid, RuS2.
Die gewählte Strategie war biomimetisch, da auch die Natur koordinationschemische Mechanismen für die Wasserspaltung im Mangankomplex der Photosynthese verwendet. Dieser ist allerdings komplizierter und verwendet das häufige Übergangsmetall Mangan.

Auch zu einem rekordbrechenden Laborexperiment trug ich bei, bei dem mit einer 20% effizienten Solarzelle und katalytischen Elektroden Wasserstoff mit 18% Energieausbeute freigesetzt werden konnte (Ref. 328).

Abb.: Der Reiher hat lange geübt, um das Wasser so zu teilen, dass er an seine Energie kommt. Auch die Wissenschaft sucht Energie durch Spaltung des Wassers, doch das Ziel besteht hier darin, Sonnenstrahlen zu nutzen, um aus Wassermolekülen Wasserstoff frei zu setzen.