Laut einer US-Studie nutzt die Photovoltaik die Sonnenenergie effektiver, als es Pflanzen bei der Photosynthese tun. (Foto: © Fabelfroh / cc)

Ein US-Forscherteam bestehend aus Chemikern, Biologen und Technikern hat die Effektivität der Sonnenlichtnutzung von Photovoltaik und Photosynthese miteinander verglichen und ist zu dem Ergebnis gekommen, dass Photovoltaik das Sonnenlicht deutlich effektiver nutzt als es bei der Photosynthese der Fall ist. Wie die Wissenschaftler in der “Science” berichten, drosseln Pflanzen ihre Energie- ausbeute bei der Photosynthese schnell, um sich selbst zu schützen. Überhaupt sei es schwierig, bei diesem Vergleich die “Effektivität” genau zu definieren, denn während mit der Photovoltaik Strom erzeugt wird, nutzen Pflanzen die Photosynthese für die Produktion von organischen Molekülen. Daher haben die Forscher den PV-Strom für eine Elektrolyse eingesetzt. Diese spaltet mittels Elektrizität Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Die hierfür benötigte Energie ist mit der vergleichbar, die von Pflanzen bei der Photosynthese genutzt wird.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass Pflanzen rund 1% (höchstens jedoch 2-4%) der Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln und zwar, um sich so selbst zu schützen. Würden sie nämlich bei maximaler Sonneneinstrahlung mehr Energie umwandeln und den Vorgang nicht automatisch drosseln, könnten so chemische Nebenprodukte entstehen, die sich schädlich oder sogar giftig auf die Pflanzen auswirken. Bei der Photovoltaik gibt es keine Drosselung, wenn sich die Sonneneinstrahlung verdoppelt, dann verdoppelt sich auch die Leistung der Solarzellen. Bis zu 10% der Energie wird für die anschließende Elektrolyse verwendet.

Bei der Photosynthese wandeln Pflanzen die Sonnenenergie in Form von Zucker und komplexen organischen Verbindungen in chemische Energie um. Der wichtigste Prozess dabei ist die Freisetzung von Elektronen aus Wasser, die dann auf Kohlendioxid übertragen werden. Das ist bei der Photovoltaik ganz ähnlich, nur dass die freigesetzten Elektronen hier direkt als Strom genutzt werden.

Die Forscher sehen für beide Systeme Optimierungsmöglichkeiten. So schlagen sie für die Photovoltaik vor, unterschiedliche Lichtwellen- bereiche nebeneinander zu nutzen, indem verschiedene Halbleiter oder spezielle photoaktive organische Moleküle gleichzeitig in einer Solarzelle eingesetzt werden. Das könnte die Effizienz dieses Systems auf bis zu 40% erhöhen. Im Bereich der Photosynthese verweisen die Forscher auf die Möglichkeiten der synthetischen Biologie, durch die besondere Pflanzen mit optimierten Pigmenten gezüchtet werden könnten. Diese Pigmente könnten beispielsweise aus anderen Pflanzen wie Blaualgen stammen, die einen anderen Lichtwellenbereich ausnutzen und so die Effektivität der Photosynthese erhöhen würden. (mh)