Photosynthese und Photovoltaik
Lexikon der Photovoltaik-Begriffe
Die Photosynthese (nach altgr. Phos, “Licht”, und Synthesis, “Zusammensetzung”) ist die fundamentale Stoffwechselreaktion grüner Pflanzen, bei der die Energie des Lichts in chemische Energie umgewandelt wird. Sie erzeugt Kohlenhydrate, von denen die pflanzenfressenden Organismen leben, bindet Co2 und setzt Sauerstoff frei. Dabei werden Stoffe niedrigeren Energiegehalts mithilfe des Lichts zu Stoffen höheren Energiegehalts umgewandelt.
Vereinfacht dargestellt: In der primären Lichtreaktion regt die Solareinstrahlung im Chlorophyll einen Elektronenfluss an, außerdem wird in der Photolyse Wasser gespalten. In der sekundären Dunkelreaktion – die ohne Licht stattfinden kann, – wird CO2 aus der Luft aufgenommen und an ein körpereigenes Molekül gebunden. Mithilfe des abgespaltenen Wasserstoffs wird das assimilierte CO2 zu Kohlenhydrat reduziert und als Glucose abgespeichert. Der Sauerstoff ist dabei ein “Abfallprodukt”.
Die Bruttogleichung der Photosynthese lautet:
6CO2 + 6H2O → Licht → C6H12O6 + 6O2
Photosynthese findet in allen höheren Pflanzenarten, in Rot-, Blau-, Braun- und Grünalgen, in Moosen und Farnen und bei verschiedenen Bakterienarten statt – und ohne sie würde kein höheres Leben auf der Erde existieren. Für manche Marketingabteilung aus der Solarindustrie liegt es daher nahe, die Segnungen der Photovoltaik mit denen der Photosynthese zu assoziieren – jedoch führt dies in die Irre. Photovoltaik ist nicht der Versuch, eine schlechte Kopie der Natur abzuliefern, im Gegenteil – die Photovoltaik ist ein hoch technisierter, energieintensiver Vorgang, der aus der Weltraumforschung der NASA entstand, und dessen Komponenten heute noch in Reinräumen und unter Bedingungen der Nano-Technologie und aktueller hochklassiger Forschung stetig verbessert werden. Gegenüber der unverantwortlichen Atomindustrie und der klimaschädlichen Kohleverbrennung ist die Photovoltaik nicht ein Rückgriff auf ältere naturschwärmerische Verhaltens-Muster, sondern die avancierteste Form der Energie-Technologie, die der Gegenwart zur Verfügung steht.
Gelegentlich wird auch die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie in der Photosynthese als natürliches Vorbild der Photovoltaik bezeichnet – mit dem Hintergedanken, dass die Photovoltaik eine technische Nachahmung der Photosynthese sei bzw. bei noch genauerer Beobachtung des natürlichen Vorganges ihre eigenen Abläufe verbessern und damit ihren Wirkungsgrad erhöhen könne.
Vor diesem Hintergrund ists die Bio-Solarzelle oder Grätzelzelle entwickelt worden – der Farbstoff Chlorophyll bzw. Chlorophyll-Ersatzfarbstoffe sollen in der Grätzelzelle den Elektronenfluss liefern, den in Solarzellen auf Silizium-Basis bisher der Halbleiter Silizium erbrachte. Allerdings hat die Grätzelzelle bisher – trotz zwanzigjähriger Erforschung – die Serienreife noch nicht erreicht. Probleme bereiten:
- Die mit Silizium verglichen niedrigere Haltbarkeit der Farbststoffe,
- der vergleichsweise geringe Wirkungsgrad der Grätzelzelle.
Aufgrund dieser Probleme ist die aktuelle Technik der Photovoltaik mithilfe von Silizium der technischen Anwendung der Photosynthese mithilfe von Farbstoffen nach wie vor überlegen.
In einem wesentlichen Punkt allerdings hinkt die Photovoltaik – wie ganz allgemein die industrielle Stromerzeugung – dem Gesamtprozess der Photosynthese deutlich hinterher: In dem der Speicherung. Photosynthese nutzt die Anregung durch das Sonnenlicht, um Energie chemisch in den Chloroplasten zu speichern. Photovoltaik-Energie hingegen kann zwar ins Netz eingespeist oder selbst verbraucht werden – das Speichern selbst jedoch ist noch zu aufwendig.
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