Sonnenenergie: Solarzellen arbeiten effizienter als Pflanzen

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Erdöl, Kohle, Biomasse - sie sind Produkte der Photosynthese, mit der Pflanzen Sonnenenergie nutzen. Wissenschaftler haben berechnet, wie effizient das Gewächs dabei ist. Das verblüffende Ergebnis: Moderne Solarzellen sind besser. Die Forscher wollen dem Grünzeug jetzt auf die Sprünge helfen.

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dapd

Solarzellen (in Brandenburg): Effizienter als Pflanzen

Bei Vorträgen zeigt Robert Blankenship ein Bild, das links ein Kornfeld und rechts eine Solarzelle zeigt. Dann fragt er das Publikum, was effizienter ist. Immer tippt die Mehrheit auf die Pflanzen - und liegt falsch. Sogar in Expertenkreisen hat sich noch nicht ganz herumgesprochen, dass moderne Solarzellen die Energie der Sonne effizienter umwandeln können. Das liegt auch daran, dass ein genauer Vergleich schwierig ist - zu verschieden sind die Systeme.

Jetzt haben Wissenschaftler um Blankenship, der an der Washington University in St. Louis arbeitet, im Fachblatt "Science" eine Analyse veröffentlicht, die auf einem neuen rechnerischen Ansatz basiert. Das Ergebnis: Solarzellen sind bis zu zehnmal effizienter als Pflanzen. Die Forscher erklären sich das mit biochemischen und evolutionsbiologischen Prinzipien - und liefern sogar Ansätze für eine Verbesserung der Photosynthese.

Die Studie ist das Resultat einer eigens zu dem Thema organisierten Konferenz mit Teilnehmern mehrerer Fachrichtungen. Gleich am Anfang bemerkten die anwesenden Biologen, Chemiker und Ingenieure, dass sie zwar von ihren Fachbereichen eine Menge wussten, aber in verschiedenen Sprachen redeten, sagt Blankenship.

Ein weiteres Problem: Während Solarzellen elektrischen Strom erzeugen, speichern Pflanzen die Sonnenenergie in chemischer Form. Ein Effizienzvergleich ist deshalb äußerst knifflig. Die Forscher um Blankenship wählten einen neuen Ansatz: Sie rechneten aus, wie viel Wasserstoff mit dem aus Solarzellen gewonnen Strom hergestellt werden kann - denn das ist auch eine Form von chemischer Energie.

Solarzellen viel effizienter als Pflanzen

Der anschließende Vergleich zwischen Pflanze und Solarzelle ergab, dass das Gewächs selbst unter optimalen Wachstumsbedingungen nur halb so effizient arbeitet wie moderne Solarzellen. Übers Jahr gerechnet liegt der Wert sogar bei etwa einem Zehntel. Ein Grund: Die Photosynthese entstand zu Zeiten, als in der Atmosphäre gänzlich andere Bedingungen herrschten als heute. Sauerstoff zum Beispiel, eine Art Sand im Getriebe der Photosynthese, ist in der Luft von heute viel höher konzentriert als vor vielen Jahrmillionen.

Zudem gab es in der Evolution kaum Anreize, die Effizienz der Energieumwandlung zu steigern - denn sie ist nicht das Wichtigste im Leben einer Pflanze. Bedeutender ist die Fähigkeit, sich einer ständig ändernden Umwelt anzupassen und sich gegen Fressfeinde und Konkurrenten durchzusetzen.

Blankenship vergleicht das mit den Gräsern, aus denen das heutige Getreide hervorging: Auch sie waren von Natur aus nicht darauf zugeschnitten, besonders nahrhaft zu sein. Erst durch Jahrtausende der Zucht wurden sie vom Menschen dazu gemacht. Eine ähnliche Entwicklung sagen die Forscher nun anderen Pflanzen voraus - denn deren künftige Aufgabe könnte sein, bei der Energiegewinnung zu helfen oder als Rohstoff für die chemische Industrie zu dienen.

Der Unterschied zur Jahrtausende währenden Entwicklung des modernen Getreides ist, dass Forscher neben der herkömmlichen Zucht auch biotechnologische Methoden einsetzen können. Solarzellen könnten dabei als Vorbild dienen.

So können Solarzellen auch bei starkem Sonnenschein effizient arbeiten und einen Großteil der verschiedenen Wellenlängen der Strahlung nutzen. Pflanzen dagegen können nur eine niedrige Sonnenstrahlung gut verwerten - und vom gesamten Lichtspektrum nur einen Teil verarbeiten. Den Rest reflektieren sie, was ihnen auch ihre grüne Farbe gibt.

Dario Leister, Professor an der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität, findet die Studie überzeugend und hält es für realistisch, die Photosynthese in Zukunft zu verbessern. Leister, der an Blankenships Arbeit nicht beteiligt war, hat das im vergangenen Jahr in einer Studie eindrucksvoll belegt: Sein Team hat nur ein Photosynthese-Gen in der Ackerschmalwand ausgeschaltet - danach ist das Kraut im Gewächshaus schneller in die Höhe geschossen.

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insgesamt 94 Beiträge
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1. .
Meckermann 22.05.2011
Dann holzen wir doch die Regenwälder ab und setzen da Solarzellen hin...
2. ach...
Quälgeist 22.05.2011
ich wusst gar nicht das sich Solarzellen auch schon selber vermehren können !!! wurde das in die Studie auch einberechnet ?? ohh, ein sehr geistreicher Artikel...bin immer wieder erstaunt ;-)) Quälgeist
3. Natürlich sind Solarzellen ...
mborevi 22.05.2011
... "besser" als Pflanzen: Weil man ihren Wirkungsgrad wie üblich schönrechnet. Rechnet die gesamte Energie, die für die Forschung und Entwicklung, Rohstoffförderung, Rohstoffgewinnung, den Transport, die Produktion, die Werbung, den Vertrieb, Transport und Montage (incl. den Energieverbrauch der Monteure), die Wartung und Reparatur und den Abbau und die Entsorgung verbraucht werden. Erst dann ist der Vergleich mit den Pflanzen, die das alles selbst machen, korrekt.
4. Selten so gelacht
spax73 22.05.2011
Na dann muss man den Solarzellen ja nur noch selbstständige Reproduktion und Evolution beibringen......dann wären die Dinger auch gleich viel billiger ;-)
5. Interessante Untersuchung
rsi 22.05.2011
Es wurde nicht die Energie zur Herstellung der Solarzelle mit eingerechnet. Interessant, dass man mehr Strom erzeugen kann, wenn man anstelle von Wald und Acker die Solarzelle zum Einsatz bringt. Gibt natürlich wieder das selbe Problem aus Konkurrenz von Nahrung und Energie. Wie realistisch ist der komplette Umstieg auf erneuerbare Energien? Solarzelle bring wohl über alles gerechnet etwa doppelt soviel, als würden wir - wie früher - den Wald nutzen. Biokraftstoffe kann es (ohne Konkurrenz zur Nahrung) nie in ausreichender Menge geben, denn das sind nur die Abfälle bei der Nahrungszubereitung. Pro Person quasi die Essensreste. Ein Windrad hat im Schnitt 1.500 kW/max. Das ist bei gutem Wind die Leistung von 15 PKWs. Bei 42 Mio. PKWs brauchen wir wohl allen für den Individualverkehr 1 Mio neue Windräder. Und was bei einem Verhältnis 1:15 von Windrad zu PKW an Energiekosten entstehen, lässt erraten, dass sich nicht jeder Haushalt so ein großen Anteil an einem Windrad leisten kann...
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