Ener­gie­er­zeu­gung aus Licht – Inter­na­tio­na­le Exper­ten tra­fen sich in Bay­reuth und auf Klo­ster Banz

Welt­weit arbei­tet die For­schung inten­siv dar­an, nach­hal­ti­ge Ener­gie­quel­len sowie neue, sau­be­re und effi­zi­en­te Ver­fah­ren für die Ener­gie­er­zeu­gung zu erschlie­ßen. Eine viel­ver­spre­chen­de For­schungs­rich­tung ist die „Licht­ern­te“. Sie ori­en­tiert sich am Vor­bild der Pflan­zen, die in der Lage sind, mit hoher Effi­zi­enz Licht­ener­gie auf­zu­neh­men, in che­mi­sche Ener­gie zu ver­wan­deln und in orga­ni­schen Mole­kü­len zu spei­chern. Wie las­sen sich die­se Pro­zes­se tech­no­lo­gisch nach­ah­men oder sogar übertreffen?

Mit die­ser Fra­ge befass­te sich ein Tref­fen füh­ren­der inter­na­tio­na­ler Exper­ten vom 8. bis 12. März 2015 auf Klo­ster Banz. Es war bereits die 5. Kon­fe­renz zum The­ma „Light Har­ve­sting Pro­ces­ses“, die unter der Lei­tung von Prof. Dr. Jür­gen Köh­ler (Lehr­stuhl Expe­ri­men­tal­phy­sik IV, Uni­ver­si­tät Bay­reuth) in dem ober­frän­ki­schen Tagungs­zen­trum statt­fand. 130 Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler aus 17 Län­dern, dar­un­ter aus Japan, USA und Austra­li­en, nah­men in die­sem Jahr dar­an teil. Sie brach­ten sehr unter­schied­li­che For­schungs­kom­pe­ten­zen mit – aus der Phy­sik, der Che­mie und der Bio­lo­gie – und konn­ten gera­de des­halb der inter­na­tio­na­len For­schung neue Impul­se geben.

Aktu­el­le For­schungs­fra­gen zur „Licht­ern­te“

„Eine zen­tra­le Fra­ge, die uns inten­siv beschäf­tigt hat, ist das immer noch nicht gelö­ste Rät­sel, wie natür­li­chen Syste­men die Anpas­sung an ver­schie­de­ne Licht­ver­hält­nis­se gelingt“, erklärt Prof. Köh­ler. „Wol­ken und Son­nen­schein bewir­ken eine stän­dig wech­seln­de Beleuch­tung, auf die sich der Licht­sam­mel­ap­pa­rat ein­stellt. Pflan­zen haben offen­sicht­lich Mecha­nis­men ent­wickelt, die die­sen Appa­rat sehr genau an die jewei­li­gen Licht­ver­hält­nis­se anpas­sen und einen gera­de­zu opti­ma­len Pho­to­syn­the­se-Betrieb gewähr­lei­sten. Ohne ein sol­ches ‚Fein­tu­ning‘ wür­den pho­to­che­mi­sche Pro­zes­se in Gang gesetzt, die den gan­zen Appa­rat zer­stö­ren kön­nen. Wenn wir die­se Anpas­sungs­pro­zes­se bes­ser ver­ste­hen wür­den, könn­ten wir die­ses Wis­sen auch für tech­ni­sche Anwen­dun­gen nutzen.“

Ein wei­te­res Arbeits­feld, das ins­be­son­de­re auch an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth erforscht wird, bil­den die Perow­ski­te. Es han­delt sich dabei um anor­ga­ni­sche Halb­lei­ter­sal­ze, mit denen sich die Effi­zi­enz von Licht­sam­mel­ap­pa­ra­ten bedeu­tend stei­gern lässt. Ein von Prof. Dr. Mukun­dan Thelak­kat an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth gelei­te­tes For­schungs­pro­jekt, das vom BMBF geför­dert wird, befasst sich der­zeit mit der Wei­ter­ent­wick­lung von Perow­skit-Hybrid­so­lar­zel­len, die sich als sehr viel­ver­spre­chend erwie­sen haben. Kön­nen bio­lo­gi­sche und künst­lich syn­the­ti­sier­te Mate­ria­li­en in Hybrid­sy­ste­men zusam­men­ge­führt wer­den, die bei der Ener­gie­er­zeu­gung aus Licht lei­stungs­fä­hi­ger sind als die in der Natur vor­kom­men­den Systeme?

Wie stark die Theo­re­ti­sche Phy­sik in die Erfor­schung des „Light Har­ve­sting“ ein­ge­bun­den ist, zeig­te sich nicht zuletzt beim The­ma „Kohä­renz“. Die­se Eigen­schaft von Licht­wel­len hat, so ver­mu­ten eini­ge For­scher, mög­li­cher­wei­se einen wesent­li­chen Ein­fluss dar­auf, wie schnell und mit wel­cher Effi­zi­enz die aus dem Licht der Son­ne gewon­ne­ne Ener­gie in pflanz­li­chen Syste­men trans­por­tiert und in che­mi­sche Ener­gie umge­setzt wird. „Ob und wie sich die quan­ten­me­cha­ni­sche Eigen­schaft ‚Kohä­renz‘ auf die Pho­to­syn­the­se aus­wirkt und wie die­ses Phä­no­men theo­re­tisch ein­zu­ord­nen ist, wird der­zeit sehr kon­tro­vers dis­ku­tiert. Auch Arbeits­grup­pen an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth sind mit die­ser Pro­ble­ma­tik kon­fron­tiert“, berich­tet Prof. Köhler.

Eine Vor­kon­fe­renz für den wis­sen­schaft­li­chen Nach­wuchs in Bayreuth

Wäh­rend der „Lichternte“-Konferenz auf Klo­ster Banz war auch der wis­sen­schaft­li­che Nach­wuchs aus Bay­reuth prä­sent. Im Novem­ber 2014 hat­te die Deut­sche For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) ent­schie­den, das Gra­du­ier­ten­kol­leg 1640 „Pho­to­phy­sik syn­the­ti­scher und bio­lo­gi­scher mul­ti­chro­mo­pho­rer Syste­me“ an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth bis 2019 wei­ter zu för­dern. Mehr als 25 jun­ge For­sche­rin­nen und For­scher arbei­ten hier im Rah­men ihrer Dis­ser­ta­tio­nen an phy­si­ka­li­schen, che­mi­schen und bio­lo­gi­schen Fra­gen, die für inno­va­ti­ve For­men der Ener­gie­er­zeu­gung hochr­e­le­vant sind. Alle Mit­glie­der des Gra­du­ier­ten­kol­legs und nam­haf­te inter­na­tio­na­le Gäste aus den USA tra­fen sich in der ersten März­wo­che an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth zu einer ‚Vor­kon­fe­renz‘. Auch hier stand das The­ma ‚Licht­ern­te‘ im Mit­tel­punkt des wis­sen­schaft­li­chen Erfahrungsaustausches.

Neue Solar­tech­no­lo­gien im Fokus des Baye­ri­schen For­schungs­ver­bunds SolTech

Ein Höhe­punkt der Kon­fe­renz „Light Har­ve­sting Pro­ces­ses“ war eine gemein­sa­me Ver­an­stal­tung mit dem 4. inter­na­tio­na­len Work­shop “Solar Tech­no­lo­gies Go Hybrid (Sol­Tech)“ der vom 12. bis 14. März 2015 auf Klo­ster Banz folg­te. Sol­Tech ist ein Baye­ri­scher For­schungs­ver­bund, den die Baye­ri­sche Staats­re­gie­rung vor drei Jah­ren im Rah­men der Ener­gie­wen­de initi­iert hat. „Was die­sen Ver­bund aus­zeich­net, ist der ein­zig­ar­ti­ge Pio­nier­geist sei­ner Mit­glie­der, die gemein­sam die Ent­wick­lung inno­va­ti­ver Solar­tech­no­lo­gien vor­an­brin­gen wol­len“, sagt Prof. Dr. Mukun­dan Thelak­kat, der für 2015 die Koor­di­na­ti­on von Sol­Tech über­nom­men hat.

Exper­ten aus fünf baye­ri­schen Uni­ver­si­tä­ten, Dok­to­ran­din­nen und Dok­to­ran­den sowie Stu­die­ren­de erör­ter­ten auf Klo­ster Banz aktu­el­le For­schungs- und Ent­wick­lungs­fra­gen auf den Gebie­ten der Pho­to­vol­ta­ik und der Spei­che­rung von Solar­strom. 27 Vor­trä­ge und 70 Poster-Prä­sen­ta­tio­nen stell­ten aktu­el­le Ergeb­nis­se vor und setz­ten leb­haf­te Dis­kus­sio­nen in Gang. „Das Tref­fen war eine exzel­len­te Gele­gen­heit, den neue­sten For­schungs­stand in zen­tra­len Berei­chen der Solar­tech­nik ken­nen zu ler­nen. Wir konn­ten die sich dar­aus erge­ben­den Per­spek­ti­ven der Ener­gie­ge­win­nung mit füh­ren­den inter­na­tio­na­len Exper­ten erör­tern“, berich­tet Prof. Thelak­kat, der an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth eine Arbeits­grup­pe für Ange­wand­te Funk­ti­ons­po­ly­me­re lei­tet. „Dar­über hin­aus haben Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler baye­ri­scher Uni­ver­si­tä­ten die Tagung genutzt, um gemein­sa­me For­schungs­pro­jek­te auf den Weg zu brin­gen, die inter­dis­zi­pli­när ange­legt sind und Grund­la­gen- mit Anwen­dungs­for­schung ver­bin­den. Am Ende die­ses Tref­fens war klar: Die inter­na­tio­na­le For­schung zur Ener­gie­ge­win­nung aus Licht gewinnt wei­ter an Fahrt“, so der Bay­reu­ther Wissenschaftler.

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