Wasserstoff mit Sonnenlicht erzeugen und dabei auch noch Kohlendioxid verbrauchen - was für eine Vision. "HydroMicPro", ein bundesweites Verbundprojekt zur Produktion von Wasserstoff aus Mikroalgen, will sie Wirklichkeit werden lassen. Eine Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Hans-Gerd Löhmannsröben, Physikalische Chemie der Universität Potsdam, ist daran beteiligt und hat unlängst eine Förderung von 273.000 Euro erhalten.
Grünalgen betreiben Photosynthese und besitzen die Fähigkeit, Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umzuwandeln. Hans-Gerd Löhmannsröben kommt ins Schwärmen, wenn er über die Potenziale der Mikrometer winzigen Energiespender spricht: Molekularer Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Er bildet bei der Verbrennung nur Wasser. Kein klimaschädliches Kohlendioxid. Brennstoffzellen können die im Wasserstoff gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandeln. So entsteht ein idealer Treibstoff für Fahrzeuge, der sich zudem leicht und verlustfrei transportieren lässt.
Bevor es aber soweit ist, müssen die Wasserstoff produzierenden Algen in großem Maßstab angebaut werden. In so genannten Photobioreaktoren, wie sie das ebenfalls am Verbund beteiligte Institut für Getreideverarbeitung Rehbrücke entwickelt hat. Der Prototyp wird derzeit in Spanien gebaut, ein mit Rohren durchzogenes Gewächshaus für Algen. Für eine wirtschaftliche Nutzung sind dessen Kosten allerdings noch zu hoch und die Wasserstoffausbeute zu niedrig. "HydroMicPro" will deshalb neuartige Solar-Bioreaktoren entwickeln, in denen genetisch veränderte Mikroorganismen den Wasserstoff effizient und umweltschonend erzeugen sollen.
Die Potsdamer Physikochemiker werden hierzu ein innovatives Photonenmanagement und optische Gas-Messtechnik beisteuern. "Um viel Wasserstoff produzieren zu können, braucht man möglichst wenig Sauerstoff", erklärt Hans-Gerd Löhmannsröben und verweist auf die im Institut entwickelten faseroptischen O2-Sensoren, mit denen der Sauerstoffgehalt im Reaktor überprüft werden kann: Eine Sonde in Form einer Glasfaserspitze mit rot phosphoreszierendem Farbstoff wird in das grüne Algensubstrat gehalten. Steigt dort die Sauerstoffkonzentration, lässt das rote Leuchten der Sonde zügig nach. "Man misst die Abklingzeit des Leuchtstoffes und kann dann den Sauerstoffgehalt berechnen", so der Chemiker Dr. Elmar Schmälzlin, der an einem noch genaueren Verfahren arbeitet. Er will die Messtechnik soweit miniaturisieren, dass er im Organismus der Alge den Sauerstoff messen kann. Quasi wie beim Fiebermessen. "Solche Sonden können farbstoffgefüllte Nanokügelchen sein oder mikrometerdünne Glasfasern, deren Spitzen mit einer Sensorschicht überzogen sind", erklärt Schmälzlin. In Speicheldrüsen von Schmeißfliegen hat diese Methode bereits funktioniert. Algenzellen jedoch sind um einiges kleiner und äußerst mobil. "Es wird nicht leicht sein, sie während des Injizierens stillzuhalten", vermutet Elmar Schmälzlin.
Einfacher wäre es, wenn die Algen einen Fluoreszenzsensor für Sauerstoff direkt in sich tragen würden. Das Potsdamer Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie arbeitet daran. Im "HydroMicPro"-Verbund wird es die Algen genetisch soweit modifizieren, dass sie einen zellinternen Sensor selbst ausbilden. In diesem Sensor verändern unterschiedlich farbige Proteine abhängig von der Sauerstoffkonzentration ihre Leuchtkraft. Auf diese Weise ließe sich anhand der Farbnuancen des Algensubstrats der Sauerstoffgehalt im Reaktor permanent überwachen.
"Grundlagenforschung geht hier direkt in die Anwendung über", lobt Hans-Gerd Löhmannsröben die geschlossene Wertschöpfungskette des bis 2012 laufenden Algenprojekts. Außerdem sei es ein Musterbeispiel für die interdisziplinäre und überregionale Zusammenarbeit. Gemeinsam mit den drei Potsdamer Instituten forschen fünf weitere Gruppen in Karlsruhe, Bremen, Bielefeld und Wendelsheim daran, Wasserstoff aus einem immer wieder nachwachsenden Rohstoff neu zu gewinnen. Wirtschaftlich sinnvoll, umweltschonend und klimaneutral.