Ein Forschungsteam der Universität Kassel, der Ruhr-Universität Bochum und der Universidade Nova Lissabon hat eine Methode entwickelt und die Wasserstoffproduktion mit Cyanobakterien durch Photosynthese zu verbessern. Cyanobakterien, auch als Blaualgen bekannt, sind in der Lage, Wasserstoff zu produzieren und dabei auf die Photosynthese zurückzugreifen. Allerdings hemmt der bei der Photosynthese entstehende Sauerstoff die Aktivität der Enzyme, sogenannter Hydrogenasen, die für die Wasserstoffproduktion nötig sind. Bisherige Ansätze zur Sauerstoffentfernung waren entweder ineffizient oder erforderten den Einsatz zusätzlicher Chemikalien und Kohlenhydrate, was die Nachhaltigkeit des Prozesses beeinträchtigte.

Elektrochemischer Schutz ermöglicht kontinuierliche Wasserstoffproduktion

Das Forschungsteam hat nun eine Lösung gefunden: Durch die Integration von Cyanobakterien-Mutanten in ein spezielles Redoxpolymer, das auf einer Elektrode abgeschieden ist, kann man die Zellen vor Sauerstoff schützen. Das Polymer enthält Viologengruppen, die man durch Anlegen eines elektrischen Potenzials reduzieren kann und die dann den Sauerstoff in der Umgebung der Zellen effizient abbauen.

Das System schafft eine sauerstofffreie Mikroumgebung direkt um die Zellen herum, sodass die Hydrogenasen aktiv bleiben und kontinuierlich Wasserstoff produzieren können. Dies sei laut Forschungsteam ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen und skalierbaren biotechnologischen Wasserstoffproduktion.

Besonders erfolgreich war der Einsatz genetisch modifizierter Cyanobakterien. In diesen Mutanten ist die Hydrogenase genetisch direkt an das sogenannte Photosystem I der Photosynthese gekoppelt. Diese Mutanten zeigten eine deutlich längere und stabilere Wasserstoffproduktion im Vergleich zu Wildtyp-Zellen im Polymer.

Biophotovoltaik für die Produktion von grünem Wasserstoff

Die Ergebnisse der Studie eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung biophotovoltaischer Systeme, die Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umwandeln. „Unser Ansatz kombiniert die Vorteile lebender Zellen – wie Selbstreparatur und Langlebigkeit – mit der Präzision elektrochemischer Systeme“, sagt Kirstin Gutekunst, Professorin von der Universität Kassel. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und die Dietmar-Hopp-Stiftung fördern die Forschung

Die wissenschaftliche Publikation zur Produktion von grünem Wasserstoff mit Biophotovoltaik ist unter diesem Link zu finden.

Quelle: Universität Kassel | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH