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28.11.2022

04:05

Gastkommentar

Künstliche Fotosynthese könnte den Klimawandel im Idealfall stoppen

PremiumWas Pflanzen mit Sonnenlicht machen, lässt sich im Labor kopieren und optimieren. Es liegt in unseren Händen, die Technologiereife voranzutreiben, meint Marion Weissenberger-Eibl.

Die Autorin ist Leiterin des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI und Inhaberin des Lehrstuhls Innovations- und Technologiemanagement (iTM) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Fraunhofer, Getty

Marion A. Weissenberger-Eibl

Die Autorin ist Leiterin des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI und Inhaberin des Lehrstuhls Innovations- und Technologiemanagement (iTM) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Im Kampf gegen den Klimawandel könnte eine Technologie helfen, die großes Potenzial hat, bislang aber noch wenig erforscht ist: die künstliche Fotosynthese.

Die natürliche Fotosynthese kennen wir aus dem Biologieunterricht: Pflanzen und Bakterien nutzen Sonnenlicht, Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2), um daraus Biomasse und vielfältige, organische Substanzen zu bilden, die Energie speichern.

Um den Klimawandel einzudämmen und den Treibhausgasanteil in der Atmosphäre zu reduzieren, reicht der Wirkungsgrad der natürlichen Fotosynthese jedoch nicht aus. Der Hebel muss weitaus größer sein.

Die Forschung reproduziert und verbessert deshalb die Leistung der Pflanzen im Labor – etwa in Form künstlicher Blätter, die den Vorgang der Fotosynthese effizienter als ihre natürlichen Vorbilder umsetzen und nachhaltig lagerbare Brennstoffe wie Wasserstoff, Methan und Ethanol produzieren.

Diese können wir unter anderem zu Biokraftstoffen weiterverarbeiten. Doch ist es bisher nicht gelungen, robuste und kostengünstige Ergebnisse mit einem hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Deutschland hat gute Voraussetzungen, um die künstliche Fotosynthese weiterzuentwickeln

In Deutschland forschen wir seit den 1990er-Jahren an der künstlichen Fotosynthese. Bislang hemmen ein Flickenteppich an Projekten und Schwierigkeiten bei der industriellen Nutzung von Forschungsergebnissen die Entwicklung der Technologie.

Neuere Aktivitäten in zahlreichen Einzelprojekten und kleineren Forschergruppen lassen jedoch hoffen. Auch Rahmentechnologien der künstlichen Fotosynthese wie etwa CO2-Speichertechnologien und der Anlagenbau sind in Deutschland weit entwickelt.

Das Verbundprojekt Foresight Fraunhofer stuft die Technologie als sogenannte Zukunftsoption für das Jahr 2030 ein, die sich aktuell in einer frühen Entwicklungsphase befindet und durch große Unsicherheit geprägt ist. Wir können folglich nicht davon ausgehen, dass die künstliche Fotosynthese zum Ende des Jahrzehnts eine hohe Relevanz für unsere Gesellschaft besitzen wird.

Das bedeutet aber auch: Die Zukunft der künstlichen Fotosynthese liegt in unseren Händen. Diese Chancen sollten wir in Deutschland nutzen. Neben dem Energiesektor zählen die Nahrungsmittelindustrie sowie die chemische und pharmazeutische Industrie laut Fraunhofer Foresight zu den Branchen, welche die künstliche Fotosynthese bis 2030 am stärksten beeinflusst.

Denn Kunststoffe, Farben, Medikamente oder Pflanzenschutzmittel stellen wir durch chemische Synthesen her, die viel Energie benötigen – in der Regel fossile Brennstoffe. Die künstliche Fotosynthese kann dagegen Komponenten mit umweltfreundlichen Energieträgern erzeugen. Ferner kann die Technologie bei der Nahrungsmittelproduktion Einsatz finden.

Die Politik sollte Kooperationen zwischen Wissenschaft und Wirtschaft anstoßen

Die gegenwärtigen Forschungsbemühungen lassen erwarten, dass wir in zehn bis 20 Jahren mit der künstlichen Fotosynthese Wasserstoff und andere Brennstoffe erzeugen können. Damit könnte sie im Energiesystem der Zukunft wichtige Beiträge leisten.

Gerade in Zeiten, in denen (fossile) Energie sich zu einem sehr knappen und teuren Gut entwickelt, sollten wir unsere Bemühungen im Bereich von Forschung und Entwicklung zur künstlichen Fotosynthese daher verstärken – und auf gar keinen Fall reduzieren.

Dazu gehört auch, eine gesellschaftliche Debatte und den Meinungsbildungsprozess über die Zukunftsoption künstliche Fotosynthese anzustoßen. Die Zeit dafür ist jetzt. Ziel für Deutschland sollte sein, dass Technologie, Geräte und Anlagen der künstlichen Fotosynthese zu deutschen Exportprodukten werden.

Innovation ist keine Einzelaufgabe, sondern Teamwork. Hierfür sind Kooperationen zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sowie zwischen Unternehmen erforderlich. Der Politik obliegt es einerseits, die gesellschaftlichen Findungsprozesse anzustoßen und zu moderieren.

Andererseits ist es ihre Aufgabe, das Thema künstliche Fotosynthese auf der Agenda der Forschungs-, Innovations- und Bildungspolitik zu priorisieren und die Rahmenbedingungen so zu gestalten, dass sich Möglichkeitsräume für künstliche Fotosynthese eröffnen.

Es geht nicht nur darum, grundlegende Forschung zu fördern, sondern auch zu bündeln. Daneben brauchen wir einen Nährboden, auf dem Innovationen entstehen. Die Brücke zwischen Wissenschaft und Wirtschaft kann Politik gezielt bauen.

Wer Innovationen will, muss auch investieren, etwa in Start-ups, die attraktive Kooperationspartner sein können. Nur so kann aus der Zukunftsoption künstliche Fotosynthese ein Zukunftsgestalter werden.

Die Autorin: Marion A. Weissenberger-Eibl ist Leiterin des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI und Inhaberin des Lehrstuhls Innovations- und Technologiemanagement (iTM) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

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