Bionik: «Terminator»-Partikel montieren sich selbst

Mithilfe eines bionischen Ansatzes lässt sich Projektleiter Nicholas Kotov von der University of Michigan zufolge das Problem der geringen Energieeffizienz ein für allemal lösen. «Die bionischen Partikel verbinden die Stärken von anorganischen Materialien, die ohne Weiteres Licht- in elektronische Energie umwandeln können, mit denen von biologischen Molekülen, deren chemische Funktionen durch die Evolution hoch entwickelt sind», erläutert der Forscher.

Halbleiter trifft Protein

Um ihren innovativen theoretischen Ansatz in der Praxis zu erproben, haben die Forscher zunächst Partikel entworfen, die Cadmiumtellurid - einen Halbleiter, der vor allem in Solarzellen zum Einsatz kommt - und Cytochrome c - ein Protein, das in Pflanzen genutzt wird, um Elektronen im Zuge der Photosynthese zu transportieren - miteinander kombinieren.

Durch die neuartige Verbindung sind die chemischen Elemente in der Lage, Sonnenstrahlen in Elektronen umzuwandeln, die sich in weiterer Folge auch einzeln «abzapfen» lassen, um zum Beispiel in chemischen Reaktionen eingesetzt zu werden, die Umweltverschmutzungen beseitigen oder Treibstoff produzieren können. Wie komplexe Laborexperimente gezeigt haben, besteht dabei allerdings ein Problem.

Die verwendeten chemischen Stoffe nutzen sich nach einer bestimmten Zeit ab und weisen somit nicht mehr jene Eigenschaften auf, auf die es die Forscher abgesehen haben. «Genauso wie die Strukturen, die die Photosynthese in den Pflanzen vollbringen, nehmen auch die bionischen Partikel durch die Energieumwandlung Schaden. Die Natur erneuert diese Teile deshalb regelmässig oder sorgt dafür, dass sie sich durch Selbstmontage von alleine erneuern», schildert Kotov.

Vorlage für die Zukunft

Wenn es um die praktische Anwendbarkeit dieser neuen Art der «künstlichen Photosynthese» geht, sieht der US-Wissenschaftler ein enormes Potenzial: «Unser Ziel ist die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Erdgas.» Wenn dieses Ziel erst einmal erreicht ist, liesse sich ein Grossteil der heutigen Energie-Infrastruktur weiterhin betreiben, ohne eine entsprechende Umweltbelastung durch den Kohlenstoffausstoss in Kauf nehmen zu müssen.

«Dieser Ansatz erfüllt aber auch die Aufgabe, als Vorlage für künftige bionische Systeme zu dienen, die auf einzelnen Blöcken aus biologischen Organismen und anorganischen Maschinen basieren. Es ist sehr gut möglich, dass sich der Terminator der Zukunft genau aus solchen Blöcken zusammensetzen wird», so Kotov abschliessend.

(ig/pte)