Energie

Die bekannten Energiequellen gehen zur Neige oder ihre Nutzung ist aus Sicht des Umweltschutzes problematisch. Auf der Suche nach Lösungen können Forscherinnen und Forscher am European XFEL Prozesse untersuchen, die in Solarzellen oder Brennstoffzellen ablaufen. Außerdem können sie Plasmen erforschen, die in Fusionsreaktoren eingesetzt werden, oder neue Lösungen entwickeln wie beispielsweise die künstliche Photosynthese.

Von der Sonne gelangen gewaltige Mengen Energie zur Erde. Die saubere, wirtschaftliche und verlässliche Nutzung dieser Energie ist ein Zukunftstraum.

Die direkte Nutzung der Sonnenenergie zu Stromerzeugung (mittels Photovoltaik-Anlagen) oder zur Wärmegewinnung (mittels Solarthermie) erfordert es, die Energie zu speichern, da der Produktionszyklus (hoch tagsüber, an klaren Tagen und im Sommer -niedrig nachts, bei Regen und im Winter) nicht mit dem Bedarfszyklus übereinstimmt. Derzeit ist die Speicherung von Energie wenig effizient und teuer, was den Einsatz von Solarthermie udn Photovoltaik wie auch Windenergie einschränkt.

Um diese Probleme zu lösen, versuchen viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – inspiriert von der natürlichen Photosynthese in Pflanzen – Prozesse zu optimieren, die Sonnenenergie zur Produktion von speicher -
baren und transportierbaren Brennstoffen nutzen. Pflanzen spalten mit Hilfe der Sonnenenergie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Letzterer wird weiter in ein Proton und ein Elektron gespalten; die Rückverwandlung
in Wasserstoff liefert die Energie für weitere Reaktionen, die das Leben und Wachstum der Pflanzen ermöglichen. Könnte man diesen Prozess imitieren, ließe sich der Wasserstoff aus dem Wasser nutzen, um aus Kohlendioxid die Treibstoffe Methanol oder Methan zu erzeugen.

Die von Röntgenlasern eröffnete Möglichkeit, einzelne Schritte eines chemischen Prozesses wie in Zeitlupe zu verfolgen, lässt auf neue Erkenntnisse zur effizienten Spaltung von Wasser in Pflanzen hoffen. Die einzigartigen Eigenschaften des European XFEL könnten hierbei eine wichtige Rolle spielen und die Basis schaffen für eine optimierte Photosynthese im industriellen Maßstab, mit der Wasserstoff und flüssige Treibstoffe aus billigen und weitverbreiteten Ausgangsstoffen wie Sonnenlicht, Wasser, Kohlendioxid und Leichtmetallen gewonnen werden können.