Intelligenter Sauerstoff-Schutz steigert Wasserstoffausbeute bei Blaualgen

Was die Studie zeigt

Diese Ansätze erhöhen die Kosten und mindern die Nachhaltigkeit. Einige Systeme verbrauchen zudem zusätzlichen Energieaufwand, was großflächige Anwendungen einschränkt. Die neue Studie stellt eine alternative Lösung vor, die viele dieser Nachteile vermeidet.

Als Schutzmechanismus haben Wissenschaftler der Universität Kassel, der Ruhr-Universität Bochum und der NOVA University Lisbon Cyanobakterien-Zellen in ein speziell entwickeltes Redox-Polymer eingebettet, das an einer Elektrode befestigt ist. Das Polymer enthält Viologen-Gruppen, die reagieren, sobald Forscher ein elektrisches Potential anlegen.

Diese Reaktion entfernt Sauerstoff direkt in der Umgebung der Zellen und schafft so eine lokal sauerstofffreie Zone. Durch den Schutz der Hydrogenasen vor Sauerstoffexposition können die Enzyme deutlich länger aktiv bleiben.

Was die Studie zeigt

Die Anordnung ermöglichte eine kontinuierliche Wasserstoffproduktion, während die Mikroorganismen unter Lichteinwirkung weiterhin Photosynthese durchführten. Die Forscher beschreiben den Prozess als einen wichtigen Schritt hin zur skalierbaren biologischen Wasserstoffproduktion.

Im Gegensatz zu konventionellen Wasserstoffsystemen stützt sich die Anlage auf lebende Organismen, die sich im Laufe der Zeit können. „Unser Ansatz vereint die Vorteile lebender Zellen mit der Präzision elektrochemischer Systeme", sagte Professorin Dr. Kirstin Gutekunst ät Kassel.

Sie ergänzte, dass diese Technologie zukünftige Biophotovoltaik-Systeme dabei unterstützen könnte, Sonnenlicht effizienter direkt in Wasserstoff umzuwandeln. Das Team hat zudem Cyanobakterien genetisch modifiziert, um die Leistung weiter zu optimieren.

Was die Studie zeigt

Die Forscher verknüpften Wasserstoffase-Enzyme direkt mit Photosystem I, einem zentralen Bestandteil der Photosynthese. Diese gentechnisch veränderten Stämme erzeugten Wasserstoff gleichmäßiger und über längere Zeiträume hinweg als natürliche Cyanobakterien innerhalb desselben Polymersystems.

Wissenschaftler glauben, dass die Ergebnisse zur Entwicklung nächsten Generation beitragen können, die Biologie und Elektrochemie kombinieren, um sauberer Wasserstoff zu produzieren. Die Studie wurde im Fachjournal „Angewandte Chemie International Edition" veröffentlicht.