Steigerung der Effizienz der biohybriden künstlichen Photosynthese zur Produktion von Solarkraftstoffen

Die künstliche Photosynthese (KP) gilt als eine Schlüsseltechnologie für eine nachhaltige Energiezukunft. Nach dem Vorbild der natürlichen Photosynthese wandelt die KP Wasser und CO₂, mithilfe synthetischer Systeme Sonnenenergie in energiereiche chemische Verbindungen um und erschließt damit einen Weg, erneuerbare Energie in speicherbarer Form bereitzustellen. Dabei wird Wasser gespalten und CO₂ als Rohstoff genutzt um energiereiche Stoffe wie Wasserstoff, Methanol oder chemische Grundbausteine zu erzeugen – ein entscheidender Ansatz, um fossile Ressourcen zu ersetzen und Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

Im Unterschied zu Wind- und Solarenergie ermöglicht die KP nicht nur die Nutzung erneuerbarer Energie, sondern auch deren direkte chemische Speicherung. Dadurch kann sie langfristig zu einer stabilen und klimafreundlichen Energieversorgung beitragen. Obwohl sich die Technologie derzeit noch in intensiver Forschung und Entwicklung befindet, gilt sie bereits heute als vielversprechender Baustein zukünftiger Energiesysteme und einer nachhaltigen Ressourcennutzung. 

Das von Fraunhofer IME koordinierte EU-Projekt SUNGATE bringt ein interdisziplinäres Forschungskonsortium zusammen, das eine neuartige, zirkuläre, nachhaltige biohybride Technologie zur skalierbaren Produktion solarer C1-Kraftstoffe erforscht.

Drei zentrale Herausforderungen sind die Effizienz der Energieumwandlung in chemische Energieträger, die Hochskalierung der Produktion biohybrider Systeme sowie die Langzeitstabilität der biologischen Komponenten. Diese Aspekte können im Rahmen des SUNGATE-Projekts nur begrenzt adressiert werden, sind jedoch essenziell für die zukünftige Translation biohybrider KP-Systeme in die industrielle Anwendung.

Das von der Bosch-Forschungsstiftung geförderte Promotionsprojekt, knüpft an diese Herausforderungen an und adressiert gezielt die Effizienz, Skalierbarkeit und Langzeitstabilität biohybrider Systeme, um perspektivisch deren industrielle Anwendung zu ermöglichen. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Erhöhung der Stabilität von CO₂-reduzierenden Enzymen, der Optimierung ihrer Produktion sowie ihrer gerichteten Immobilisierung auf Elektroden, um dadurch den Elektronentransfer zwischen Elektrodenmaterialien und dem photoaktiven Komplex zu steigern.

Das Projekt ist an der RWTH Aachen University angesiedelt und wird in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IME durchgeführt.