Kraftværker drevet af lys

Grønne planter, alger og nogle bakterier bruger sollys til at omdanne energi. Pigmenterne i klorofyl absorberer elektromagnetisk stråling, som fremkalder kemiske reaktioner i elektroner. Disse reaktioner finder sted i kernen af ​​komplekse proteinstrukturer, benævnt af eksperter som fotosystemer I og II. De processer, der finder sted i disse fotosystemer, induceres af katalysatorer i en bestemt rækkefølge. I det første trin, ilt frigives fra vand. En efterfølgende reaktion forbereder produktionen af ​​kulhydrater, for hvilke der ikke er behov for yderligere energikilder.

Fotosystemernes reaktionscentre er omkranset af lysabsorberende pigmenter grupperet i konsoliderede komplekser. Disse antenner øger det tilgængelige areal for lysstråler til at ramme og udvider spektret af brugbare bølgelængder, begge forudsætninger for en gunstig energibalance. Hver reaktorkerne er omgivet af ca. 30 antenner. Eksperimenter udført af videnskabsmænd er stadig langt fra at replikere denne naturlige kompleksitet. Generelt, et forhold på 1:1 er det bedste, der kan opnås:et lysabsorberende molekyle i kombination med en katalysator til oxidering af vand. En gruppe forskere ledet af Prof. Dr. Dirk Guldi og hans tidligere medarbejder Dr. Konstantin Dirian håber at revolutionere solteknologien ved at syntetisere moduler baseret på sammenhængen mellem struktur og funktion i fotosystem II, og de seneste resultater er offentliggjort i Naturkemi .

I de nyudviklede systemer, lysabsorberende krystaller, som dem, der allerede bruges i LED'er, transistorer og solceller, er lagdelt i et netværk af sekskantede honeycombs omkring en vandoxiderende katalysator med fire rutheniummetalatomer i midten. Når det vises på en forenklet måde, disse kompakte, stabile enheder, som består af to komponenter med en fælles langakse, minder om cylindriske batterier. I den selvsamlende kemiske proces, sådanne "miniaturekraftværker" skaber todimensionelle lameller. Som lag i en port, de danner en fælles blok, der samler den energi, der er vundet fra solens stråler.

Dette er ikke en helt nøjagtig gengivelse af det ideelle arrangement, der findes i det naturlige fotosystem, men princippet er det samme. Fem makromolekyler i form af en bikage med evnen til at fange lys skaber en kappe omkring hver reaktorkerne, og det har vist sig, at disse små kraftværker er effektive og succesrige til at høste solenergi. De har en effektivitet på over 40 procent, og tabene er minimale. Bølgelængder fra den grønne del af farvespektret, hvilke planter afspejler, kan også bruges. Disse forskningsresultater fremmer håbet om, at solteknologi en dag kan udnytte solens energi lige så effektivt som naturen.