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Pflanzen erzeugen Energie, indem sie CO2 aufspalten. Warum nutzen Menschen diese Energiequelle nicht?

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Gábor Paál
Gábor Paál (Foto: SWR, Gábor Paál)

Es stimmt: Der Trick der Pflanzen ist die Photosynthese. Sie erzeugen aus Sonnenlicht indirekt Energie mithilfe von CO2 – also Kohlendioxid. Wie machen sie das? Sie spalten vom CO2 den Sauerstoff ab und bauen die Kohlenstoffatome zu längeren Ketten zusammen, zu Zucker und Stärke, sprich Kohlenhydraten. Kohlenhydrate enthalten viel Energie, also kann man sagen, dass die Pflanzen diese Energie mithilfe des Sonnenlichts erzeugt und dabei gleichzeitig CO2 aus der Luft entfernt haben.

Wenn das so einfach geht, warum machen wir das dann nicht technisch nach?

Die Ingenieure sind nicht blöd – tatsächlich denken sie über Möglichkeiten nach, diesen Prozess nachzumachen. Allerdings muss man sagen, dass die Pflanzen da gar nicht so ein tolles Vorbild sind, weil sie relativ umständlich und wenig effizient vorgehen. Wenn man die Energie-Effizienz betrachtet – also den Wirkungsgrad – wenn also fragt: Wie viel Sonnenenergie geht in den Prozess rein und wie viel bekommt die Pflanze am Ende raus in Form von Biomasse? – stellt man fest: Dieser Wirkungsgrad liegt bei gerade mal 1 Prozent. Also 99 von 100 Joule gehen im Lauf des Prozesses verloren, nur 1 Prozent wird genutzt. Das ist sehr wenig.

Da sagt jeder Ingenieur: Das kann ich besser. Die modernsten Photovoltaikanlagen haben heute eine Effizienz von 20 Prozent, können also das Sonnenlicht viel wirksamer verarbeiten. Der Grund ist: Den Pflanzen geht es ja nicht nur um Energie, sie wollen komplizierte Moleküle aufbauen, Zucker, Zellulose bis hin zu Eiweißmolekülen. Das ist natürlich viel aufwendiger als einfach nur Wärme oder Strom zu erzeugen. Deshalb geht auf dem Weg vom Sonnenstrahl bis zur fertigen Biomasse mehr Energie flöten.

Die erste Antwort auf die Frage: „Warum machen wir es nicht wie die Pflanzen?“ lautet also: Weil wir, wenn es nur um Energie geht, das Sonnenlicht effizienter nutzen können, nämlich in Form von Solarenergie oder Photovoltaik.

Trotzdem: Solarstrom hat einen großen Nachteil – er steht nur dann zur Verfügung, wenn die Sonne scheint. Da wäre es ein großer Vorteil, wenn man diese Energie speichern könnte, und das wiederum können ja Pflanzen: Die setzen das Sonnenlicht zwar sehr ineffizient um – aber am Ende ist die Energie in Form von Masse gespeichert. Das ist natürlich ein großer Vorteil.

Deswegen wollen Techniker jetzt etwas Ähnliches machen wie die Pflanzen. Nur sagen sie: Wir brauchen am Ende keine komplizierte Biomasse, es reicht, wenn wir zum Beispiel Methangas oder einen einfachen Kraftstoff erzeugen. Das wäre ja auch eine Form, Energie zu speichern.

Es gibt zum Beispiel eine Forschungsanlage am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung in Stuttgart, wo man an einer Technik arbeitet, die sich nennt „Power-to-Gas“ nennt. Die Idee ist: Angenommen, die Sonne scheint, die Windräder drehen sich, es wird viel Strom erzeugt – und der überschüssige Strom wird genutzt, um CO2 zu spalten und in Methangas zu verwandeln. Und später, wenn die Sonne nicht scheint und die Windräder stillstehen, wird dieses Methan verbrannt und man erhält die Energie wieder zurück. Das Ganze ist also eine Speicherenergie, nur eben effizienter als es die Pflanzen machen. Andere Forscher versuchen sogar, das Kohlendioxid direkt mit konzentriertem Sonnenlicht aufzuspalten und in Treibstoff zu verwandeln. Das ist dem, was Pflanzen machen, noch ähnlicher – allerdings bisher auch ähnlich ineffizient. Und es gibt einen Ansatz mit so genannten "Künstlichen Blättern": Das sind spezielle Halbleiterfolien, die, wenn sie unter Wasser sind und mit Sonnenlicht bestrahlt werden, das Wasser aufspalten in Wasserstoff und Sauerstoff - und der Wasserstoff kann dann wiederum als Energiequelle dienen.

Das alles zeigt: Es ist da etwas in Gang gekommen. Forscher versuchen zumindest im Prinzip, den Trick der Pflanzen zu kopieren – aber bis diese Verfahren so weit fortgeschritten sind, dass sie einen echten Beitrag zur Energieversorgung leisten, werden sicher noch mindestens zehn Jahre vergehen, wenn nicht mehr.

Danke an: Ulrich Zuberbühler, ZSW, Stuttgart; Markus Antonietti, Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

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