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Längeres Leben für Bioelektroden

29.04.2019

© RUB, Marquard

Wolfgang Schuhmann, Fangyuan Zhao, Adrian Ruff und Felipe Conzuelo (von links) sorgen für langlebige Bioelektroden.

Der Schlüssel zu einer langen Lebensdauer für Bioelektroden, die Sonnenlicht in Strom umwandeln, liegt in einer sauerstofffreien Umgebung.

Proteine, die an der Fotosynthese beteiligt sind, lassen sich nutzen, um kostengünstig und effizient Strom aus Sonnenenergie herzustellen. Doch obwohl diese Proteine wie das Photosystem I von Natur aus robust sind, ist die Lebensdauer isolierter Proteinkomplexe in halbkünstlichen Elektroden deutlich kürzer. Deswegen ist die technologische Anwendung solcher Bioelektroden noch begrenzt. Ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat jetzt gezeigt, dass der Betrieb in sauerstofffreier Umgebung die Lebensdauer der Bioelektrode deutlich verlängert.

Das Team um Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Adrian Ruff, Dr. Felipe Conzuelo und Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Zentrum für Elektrochemie sowie Prof. Dr. Matthias Rögner vom Lehrstuhl für Pflanzenbiochemie berichtet im „Journal of the American Chemical Society“.

Grüne Energie nutzen

„Um nachhaltig und effizient Energie zu erzeugen, müssen wir die Prozesse, die die Lebensdauer von Technologien zur Umwandlung erneuerbarer Energien begrenzen, nicht nur verstehen, sondern auch überwinden“, sagt Wolfgang Schuhmann. Der Einsatz von Proteinkomplexen, die an der Photosynthese von Pflanzen beteiligt sind, ist dabei von besonderem Interesse. Zum einen setzen diese Proteine sehr effizient solare in elektrische Energie um, zum anderen sind sie in großem Maßstab in der Natur verfügbar.

Sauerstoff ist schuld

Die Forscher haben bereits in vorangegangenen Arbeiten gezeigt, dass beim Betrieb der Bioelektrode reaktive Moleküle entstehen, die das Photosystem I schädigen und für die begrenzte Lebensdauer der Bioelektrode verantwortlich sind. Diese reaktiven Spezies entstehen durch Sauerstoff, der als Elektronenakzeptor fungiert. „Daher haben wir das Design von Bioelektroden vorgeschlagen, die in einer sauerstofffreien Umgebung arbeiten“, erklärt Felipe Conzuelo.

Schritt zur Anwendung

Tests haben nun belegt, dass sich die Lebensdauer der Bioelektroden unter Ausschluss von Sauerstoff gegenüber dem Betrieb unter dem Einfluss von Sauerstoff deutlich erhöht. „Wir haben damit einen wichtigen Schritt zur effizienten Entwicklung und späteren Anwendung von Photobioelektroden zur Energieumwandlung gemacht“, so Fangyuan Zhao.

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