Ein bedeutender Schritt in der nachhaltigen Wasserstoffproduktion ist gelungen. Forschende aus der Universität Kassel, unter der Leitung von Prof. Dr. Kirstin Gutekunst, haben gemeinsam mit ihren Kollegen von der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Lissabon eine neuartige Methode entwickelt. Diese Technologie basiert auf der Nutzung von Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen, um Wasserstoff durch Photosynthese effizient zu erzeugen.
Wasserstoff wird oft als vielversprechender Energieträger der Zukunft angesehen, jedoch war die Herstellung dank der bei der Photosynthese entstehenden Sauerstoffproduktion lange Zeit problematisch. Sauerstoff hemmt die Aktivität der für die Wasserstoffproduktion unerlässlichen Enzyme, den Hydrogenasen. Bisherige Methoden zur Entfernung von Sauerstoff waren entweder ineffizient oder erforderten zusätzliche Chemikalien, die die Nachhaltigkeit beeinträchtigen. Eine solche Vorgehensweise wäre nicht im Sinne nachhaltiger Praktiken, da sie von fossilen Brennstoffen abhängt und unnötig kostspielig ist.
Innovative Lösung durch Redoxpolymere
Das Forschungsteam hat eine Lösung entwickelt, die die Integration von Cyanobakterien-Mutanten in ein speziell formuliertes Redoxpolymer vorsieht. Dieses Polymer ist auf einer Elektrode abgeschieden und enthält sogenannte Viologengruppen, die bei elektrischen Potenzialen reduziert werden. Dies ermöglicht eine effiziente Sauerstoffabbau. Durch diese Methode wird eine sauerstofffreie Mikroumgebung um die Zellen geschaffen. Diese verhindern, dass Sauerstoff die hydrogenproduzierenden Prozesse stört und ermöglichen so eine kontinuierliche Wasserstoffproduktion.
Besonders bemerkenswert ist, dass genetisch modifizierte Cyanobakterien, welche direkt an das Photosystem I gekoppelt sind, zu einer deutlich stabileren Wasserstoffproduktion führen. Im Vergleich zu Wildtyp-Zellen zeigen diese modifizierten Organismen eine verlängerte und stabilere Form der Wasserstoffproduktion. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung biophotovoltaischer Systeme, die Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umwandeln können, und somit zur Herstellung eines sauberen Energieträgers beitragen.
Forschung und Finanzierung
Diese bahnbrechenden Ergebnisse sind in der Originalpublikation von Wang et al. (2026) in der „Angewandte Chemie International Edition“ dokumentiert. Die Untersuchung wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie die Dietmar-Hopp-Stiftung maßgeblich gefördert. Die Forscher sind zuversichtlich, dass ihre Arbeit nicht nur zur Verbesserung der Wasserstoffproduktion beitragen wird, sondern auch neue Wege zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen aufzeigt.
Insgesamt stellt diese Forschung einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der nachhaltigen Wasserstoffproduktion dar, dessen Bedeutung für die zukünftige Energieversorgung nicht zu unterschätzen ist. Die Erschaffung von effizienteren biophotovoltaischen Systemen könnte den Weg zu einer dekarbonisierten Energiezukunft ebnen.