Mit Quantenphysik und Tiefkühlspinat zu besseren Solarzellen
Vor allem beim Einfangen des Lichts und der Übertragung der gesammelten Energie zeigen sich Pflanzen überragend effizient. Sie sind in der Lage, annähernd verlustfrei die gewonnene Energie zu übertragen.
Gelänge es, die zugrundeliegenden Vorgänge für Photovoltaik oder zum Beispiel als Startenergie für chemische Prozesse auszunutzen, wäre eine enorme Effizienzsteigerung denkbar. Aktuelle Limitierungen bei der Stromerzeugung mit Solarzellen könnte so durchbrochen werden. Beispiele dafür, wie gut die Natur bei der Umwandlung von Sonnenlicht ist, sind zahlreich.
Um zu verstehen, wie ein Lichtquant beziehungsweise dessen Energie auf Moleküle im entscheidenden Chlorophyll übertragen wird, müssen allerdings noch einige Rätsel der Quantenelektrodynamik entschlüsselt werden. Das Fachgebiet betrachtet die quantenmechanischen Eigenschaften von Photonen.
Algen, Bäume und Sträucher scheinen die nötigen Prinzipien schon gut umzusetzen. So werden beispielsweise Lichtquanten verschiedener Frequenzbereiche gemeinsam genutzt, teils auch nur jene mit einer bestimmten Polarisation.
Gekoppelte Zustände ändern die Reaktion
Erst diese Überlagerung oder Superposition führt dann im Chlorophyll zu der gewünschten Reaktion, die den verlustfreien Transport und die Umwandlung bestimmter Moleküle in andere, energiereichere Moleküle ermöglicht. Im Labor wurde dafür der grüne Pflanzenfarbstoff von Tiefkühlspinat verwendet.
Noch steht die Forschung hier am Anfang. So zeigt sich in der Studie beispielsweise auch, dass bei geänderten chemischen Rahmenbedingungen andere Bereiche des Lichtspektrums angesprochen werden. Und die zeitlichen Abstände bei den quantenmechanisch gekoppelten Zuständen sind so kurz, dass auch die Messmethoden weiter verfeinert werden müssen.
So wird es irgendwann vielleicht doch noch möglich, dass Solarzellen nicht mehr 20 oder 30 Prozent des Sonnenlichts, sondern stolze Zweidrittel davon umwandeln können - wie die Riesenmuschel.
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