Forscher der Universität Cambridge haben eine neue nachhaltige Chemieproduktionstechnologie entwickelt, die Sonnenlicht nutzt, um chemische Reaktionen zur Herstellung von Basischemikalien anzutreiben. Diese Technologie soll der chemischen Industrie eine Lösung bieten, um traditionelle fossile Rohstoffe zu ersetzen und die Transformation chemischer Produktionsprozesse voranzutreiben.

Herkömmliche chemische Produktionsprozesse basieren auf fossilen Brennstoffen als Rohstoff und tragen etwa 6 % zu den weltweiten CO2-Emissionen bei. Das Hybridgerät des Cambridge-Teams kombiniert lichtsammelnde organische Polymere mit bakteriellen Enzymen und wandelt Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Formiat um. Dieses Formiat kann dann als Brennstoff für weitere chemische Umwandlungen verwendet werden und ist ein wichtiges Zwischenprodukt für nachhaltige chemische Produktionstechnologien.

Dieses „halbkünstliche Blatt“ imitiert den natürlichen Photosyntheseprozess und arbeitet kontinuierlich ohne externe Stromquelle. Im Gegensatz zu früheren Prototypen mit instabilen Lichtabsorbern verwendet das neue Design ungiftige organische Halbleitermaterialien, was seine Lebensdauer deutlich verlängert. In Experimenten wandelten Forscher mit dem Gerät erfolgreich Kohlendioxid in Formiat um, das sie anschließend in einer Dominoreaktion zur Synthese hochreiner pharmazeutischer Verbindungen nutzten.

Professor Erwin Reisner von der Universität Cambridge, der das Forschungsteam leitete, sagte: „Die chemische Industrie ist ein komplexes System, das wir angehen müssen. Wir müssen Wege finden, fossile Brennstoffe in diesem Sektor zu ersetzen und gleichzeitig weiterhin wichtige Produkte für die Gesellschaft herzustellen.“ Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Joule veröffentlicht und markieren den ersten Einsatz organischer Halbleiter als Lichtsammelkomponenten in biohybriden Geräten.

Diese nachhaltige chemische Produktionstechnologie verwendet eine Bicarbonatlösung als Reaktionsmedium und macht herkömmliche Zusatzstoffe überflüssig. Co-Erstautorin Dr. Celine Yeung bemerkte: „Organische Halbleiter bieten die Vorteile der Abstimmbarkeit und Ungiftigkeit, während Biokatalysatoren eine hohe Selektivität und Effizienz aufweisen.“ Durch die präzise Gestaltung der Materialien in jeder Schicht des Geräts erreichten die Forscher eine effiziente Synergie zwischen den Komponenten.

Testdaten zeigten, dass das neue Gerät über 24 Stunden im Dauerbetrieb betrieben werden konnte und dabei eine gute Stromerzeugung und Elektronenübertragungseffizienz aufwies. Das Forschungsteam plant, die Lebensdauer des Geräts weiter zu optimieren und seine chemischen Produktionskapazitäten zu erweitern. Professor Reisner fasste zusammen: „Wir haben die Machbarkeit der Herstellung effizienter, langlebiger und nachhaltiger solarbetriebener Geräte nachgewiesen und damit den Grundstein für eine zukünftige grüne Chemieproduktion gelegt.“

Weitere Informationen: Semi-artificial leaf connecting organic semiconductors and enzymes for solar-powered chemical synthesis, Joule (2025). Zeitschrifteninformationen: Joule