Forscher erzeugen Strom und Wasserstoff aus lebenden Bakterien

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Strom und Wasserstoff

Eine am Technion-Israel Institute of Technology entwickelte neue Technologie ermöglicht die Energiegewinnung aus photosynthetischen Bakterien – Cyanobakterien. Cyanobakterien gehören zu einer Familie von Bakterien, die in Seen, Meeren und vielen anderen Lebensräumen vorkommen.

Im Laufe ihrer Entwicklung entwickelten die Bakterien photosynthetische Mechanismen, die es ihnen ermöglichen, Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Darüber hinaus erzeugen sie auch im Dunkeln Energie über Atmungsmechanismen, die auf den Zuckerabbau angewiesen sind.

Die Technion-Forscher entwickelten ein energieerzeugendes System, das sowohl die Photosynthese als auch die Atmung nutzt und die Energiegewinnung am Tag (Photosynthese) und in der Nacht (Atmung) ermöglicht. Die gewonnene Energie wurde genutzt, um Strom zu erzeugen, der dann zur Erzeugung von Wasserstoffgas genutzt wurde, das heute als Kraftstoff der Zukunft gilt, da wasserstoffbetriebene Fahrzeuge nur Wasser ohne Schadstoffe ausstoßen.

Das System basiert auf der strahlengetriebenen Erzeugung eines Photostroms, der nachweislich sehr stabil ist und eine kontinuierliche Erzeugung von Wasserstoff ermöglicht. Die Forscher glauben, dass sie als vielversprechende Quelle für saubere, umweltfreundliche Energie dienen kann, die bei der Produktion oder Nutzung keine Schadstoffe freisetzt (Wasserstoffkraftstoff).

Photosynthetische Bakterien

Die Bedeutung der photosynthetischen Bakterien ist von großer Bedeutung, da sie eine Quelle für Luftsauerstoff und eine wesentliche Quelle für organisches Material (z.B. Zucker) bilden, das das erste Glied in der Nahrungskette darstellt. Mit einer “natürlichen Solarantenne” (PBS) absorbieren sie ein breites Spektrum an Sonnenlichtintensitäten und Wellenlängen – zwischen 400 und 700 nm – und nutzen diese unerschöpfliche Energiequelle effektiv aus.

Die Energie wird in chemische Reaktionszentren geleitet, wo Wasser abgebaut wird, während ein Strom von Wasserstoffionen freigesetzt wird. Die Ionen werden dann zur Erzeugung von chemischer Energie eingesetzt, die die Nahrungsmittelproduktion antreibt.

Die energieerzeugenden Prozesse, die sich im Laufe der Evolution in photosynthetischen Bakterien entwickelt haben, werden geschätzt, da sie ihre Funktion ohne Verschmutzung erfüllen. Aus diesem Grund ist in den letzten Jahren das Interesse an der Möglichkeit, aus diesen Bakterien Energie und Wasserstoff zu gewinnen, gestiegen.

Einer der Durchbrüche dieser Studie war der Einsatz von lebenden Bakterien, die beschädigte Proteine der Photosynthese in Echtzeit reparieren können. Außerdem ist nicht zu erwarten, dass die Energiegewinnung den Bakterien schadet.

Die in Nature Communications veröffentlichte Studie wurde von drei Mitgliedern der Technion-Fakultät durchgeführt: Professor Noam Adir von der Fakultät für Chemie, Professor Gadi Schuster von der Fakultät für Biologie und Professor Avner Rothschild von der Fakultät für Materialwissenschaften und -technik. Dabei arbeiteten die Doktoranden Gadiel Saper und Dan Kallmann mit Kollegen aus Bochum und dem Weizmann Institute of Science zusammen. (1)

Die drei Technion-Forscher haben in der Vergangenheit unter anderem an einem Projekt zusammengearbeitet, bei dem sie mit Hilfe von Sonnenlicht Energie aus Spinatblättern gewonnen haben (veröffentlicht in Nature Communications im Jahr 2016).

Die Welt unterschützt die Forscher

Die Arbeit wurde von verschiedenen Gremien unterstützt, darunter das Nancy and Stephen Grand Technion Energy Program (GTEP), das Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI), das Technion Hydrogen Technologies Research Lab (HTRL), die Adelis Foundation, das I-CORE-Programm des Planning and Budgeting Committee, die Israel Science Foundation, der USA-Israel Binational Science Fund (BSF) und der Deutsche Forschungsfonds (DFG-DIP).

Seit mehr als einem Jahrhundert ist das Technion-Israel Institute of Technology ein Pionier in der Wissenschafts- und Technologieausbildung und hat die Welt verändert. Das Technion ist stolz darauf, eine globale Universität zu sein, die seit langem grenzüberschreitende Kooperationen nutzt, um bahnbrechende Forschung und Technologien voranzutreiben. (2)

Mit einer Präsenz auf drei Kontinenten wird das Technion die nächste Generation globaler Innovatoren vorbereiten. Die Mitarbeiter, Ideen und Erfindungen von Technion leisten einen unermesslichen Beitrag zur Welt, indem sie in den Bereichen Krebsforschung, nachhaltige Energie, Quantencomputer und Informatik innovativ tätig sind, um auf der ganzen Welt Gutes zu tun.

Die American Technion Society unterstützt durch das Technion-Israel Institute of Technology visionäre Bildung und weltverändernde Wirkung. Mit Sitz in New York City vertreten sie tausende von Spendern, Alumni und Stakeholdern, die in das Wachstum und die Innovation des Technions investieren, um kritische Forschung und Technologien zu fördern, die dem Staat Israel und dem globalen Wohl dienen. (3)

In mehr als 75 Jahren hat unser landesweites Unterstützer-Netzwerk neue Technion-Stipendien, Forschungen, Labors und Einrichtungen finanziert, die dazu beigetragen haben, weltweit wechselnde Beiträge zu liefern und die Technion-Ausbildung auf Universitäten auf drei Kontinenten auszuweiten.

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