Das Licht der Sonne liefert dem Leben die Energie. Doch geht da vielleicht noch was? In der Dezember-Ausgabe berichtet bild der wissenschaft, wie Forscher und Entwickler die Strategien der Photosynthese besser nutzen und optimieren wollen, um Landwirtschaft und Energieversorgung voranzubringen. Dazu sind tiefe Einblicke und Eingriffe in die biologischen Prozesse nötig. Abgerundet wird das Titelthema von einem Blick auf den Einsatz von künstlichem Licht im sogenannten vertikalen Landbau.
Es grünt und blüht, es kreucht und fleucht – das üppige pflanzliche und letztlich auch das tierische Leben auf unserem Planeten basiert auf der Kraft des Lichts: Es liefert Energie für die Photosynthese. Bei diesem uralten Patent der Natur wird Wasser mithilfe von lichtabsorbierenden Molekülen zerlegt und seine Bestandteile reagieren anschließend mit Kohlendioxid zu den energiegeladenen Substanzen des Lebens. Durch diese grundlegende Bedeutung steht die Photosynthese schon lange im Fokus der Wissenschaft: Forscher versuchen, ihre Abläufe immer genauer zu ergründen und besser nutzbar zu machen. Diese Verfahren könnten der klimaneutralen Energiegewinnung sowie der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung dienen, so die Hoffnung.
Optimiert und technisch umgesetzt
Im Teilartikel „Die grüne Revolution“ berichtet der bdw-Autor Reinhard Breuer, wie Wissenschaftler versuchen, die Photosynthese zu „pimpen“ – sie wollen die Effizienz des natürlichen Konzepts weiter optimieren. Denn dafür gibt es offenbar Potenzial. Der Autor verdeutlicht zunächst, warum bestimmte Faktoren die Ausbeute der pflanzlichen Photosynthese reduzieren. Forscher arbeiten bereits erfolgreich an Verfahren, diese Einschränkungen zu beseitigen, berichtet Breuer. Dabei greifen sie nicht nur in die Mechanismen der Photosynthese bei Pflanzen ein. Einige Wissenschaftler versuchen auch, durch weitgehend künstliche Systeme organische Substanzen mithilfe von Lichtenergie herzustellen.
Anschließend wirft der bdw-Technik-Experte Ralf Butscher einen Blick auf die derzeitigen Bemühungen, durch Photosynthese-ähnliche Konzepte Wasserstoff aus Sonnenlicht herzustellen. Das Gas gilt als ein wichtiger Energieträger für die künftige klimaneutrale Wirtschaft. Bisher wird es unter anderem durch Elektrolyse mittels Strom aus Solarzellen hergestellt. Doch der Wirkungsgrad bei der Nutzung der Lichtenergie ist durch diesen „Umweg“ gering. Daher arbeiten Forscher daran, Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umzuwandeln. Als Vorbild dafür dient der natürliche Mechanismus der Photosynthese. Welche Erfolge und Probleme es auf diesem Weg gibt, berichtet Butscher im Artikel „Aus Sonnenschein wird Wasserstoff“.
Farbiges Licht für vertikale Landwirtschaft
Im dritten Teil des Titelthemas rückt der bdw-Autor Ludger Weß dann eine futuristisch wirkende Kultivierungsmethode in den Fokus: den vertikalen Landbau. Um Platz zu sparen, werden Pflanzen dabei auf übereinander gestapelten Anbauflächen gezogen. Da sie dadurch nicht mit natürlichem Tageslicht versorgt werden können, müssen Lampen die Photosynthese ermöglichen. Dabei spielt nicht nur die Helligkeit eine Rolle, sondern auch die Lichtfarbe. Im Artikel „Wachstum steuern – mit Licht“ berichtet der Autor, wie es moderne LED-Technologie ermöglicht, das Wachstum und die Qualität von Nutzpflanzen im Anbau bei Kunstbeleuchtung gezielt zu beeinflussen.
Alle Beiträge des Titelthemas „Die Kraft des Lichts“ finden Sie in der Dezember-Ausgabe von bild der wissenschaft, die ab dem 17. November im Handel erhältlich ist.
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