Flüssiges Licht erzeugen
2003 nahm die Chemikerin Emily Barton ein ausrangiertes Versuchsgerät, das seit mehr als einem Jahrzehnt im Princeton-Labor ihres Mentors vor sich hin gammelte. Sie suchte nach einer neuen Lösung für das immer dringendere Problem, dass sich CO2 in der Atmosphäre ansammelt und das Klima verändert. Das Gerät – eine elektrochemische Zelle, die Strom in chemische Reaktionen umwandelt oder umgekehrt – verwendete eine Elektrode aus dem silberweißen Metall Palladium und einen Katalysator namens Pyridinium, Nebenprodukt der Ölraffination. Als Bartons Vorgänger und Erfinder des Gerätes – Lin Chao – elektrischen Strom anlegte, verwandelte die Zelle CO2 in Methanol, den einfachsten Kohlenwasserstoff.
Als Chao 1994 über das Gerät geschrieben hatte, war das weitgehend ignoriert worden. Aber Barton argumentierte, dass die Rückführung von CO2 in ein nützliches Produkt wie Methanol eine Lösung für das CO2-Problem darstellen könnte. Noch besser, sie könnte das Gerät durch Hinzufügen einer Verbindung, die für Dünnschicht-PV-Geräte verwendet wird – Galliumphosphid – optimieren und die Zelle in einen solarbetriebenen Brennstofferzeuger verwandeln.
Obwohl diese PV-Strecke derzeit unerschwinglich ist, haben Risikokapitalgeber ein Start-up-Unternehmen – Liquid Light mit Sitz in New Jersey – finanziert, um zu versuchen, diese elektrochemische Zelle in die Kraftstoffraffinerie der Zukunft zu verwandeln. Das Unternehmen hat die teure Palladium-Elektrode im Original durch etwas Billigeres ersetzt und darf Pyridinium nicht als Katalysator verwenden. „Die einzigen Inputs, die wir brauchen, sind CO2, Wasser und Strom“, sagte Nety Krishna, [bis Okt. 2012] Chairman und Physiker von Liquid Light, und verwies auf das Potenzial der Technologie, zwei große Herausforderungen gleichzeitig zu lösen – die globale Erwärmung und die Befriedigung des wachsenden Energiebedarfs der Welt.
Die „Extremophilen“ anzapfen
Von den verschiedenen Zweigen des Militärs bis hin zum Energieministerium hat die US-Regierung ein großes Interesse an Alternativen zum Öl. Tatsächlich hat die Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-e) ein Programm geschaffen, das sich ausschließlich der Herstellung von Kraftstoffen aus CO2 widmet. „Für jeden Dollar steigt der Preis für ein Barrel Öl, die Marine gibt 31 Millionen Dollar mehr für Treibstoff aus“, sagte Marineminister Ray Mabus im Rahmen einer ARPA-e Konferenz im März [2011], als er [unter Barack Obama] die neue Zusammenarbeit des Militärs mit der noch jungen Energieagentur ankündigte. „Die Art und Weise, wie wir Energie produzieren und nutzen, ist grundlegend für die Verbesserung der nationalen Sicherheit dieses Landes.“ Das ARPA-e Programm heißt „Elektrokraftstoffe“. Die durch das Programm finanzierten Wissenschaftler versuchen, diese Elektrokraftstoffe zu erzeugen, indem sie die Wunder der Extremophilen nutzen – Mikroben, die in extremen Umgebungen gedeihen, wie z.B. in hydrothermalen Schlot-Elementen am Meeresgrund – zur Umwandlung von CO2 in Kraftstoffe, entweder mit Strom, Wasserstoff oder gar Ammoniak.
Wissenschaftler versuchen, durch den Einsatz von Extremophilen – Mikroben, die in extremen Umgebungen gedeihen – Elektrokraftstoffe herzustellen.
Das liegt daran, dass Extremophile, anders als die überwiegende Mehrheit des bekannten Lebens auf dem Planeten, ihren Lebensunterhalt ohne Photosynthese bestreiten. In den Tiefen des Ozeans sind bestimmte Mikroben auf die Energie von Chemikalien angewiesen, die aus vulkanischen Schloten austreten, während ihre extremophilen Kollegen mehr als eine Meile unter der Oberfläche des Planeten auf den langsamen Zerfall der radioaktiven Elemente in der Erdkruste angewiesen sind, um zu gedeihen.
„Wir haben Programmfehler, die den Durchbruch ermöglichen könnten“, sagt der Chemiker Eric Toone, stellvertretender Direktor für Technologie bei ARPA-e und der Programmmanager für Elektrokraftstoffe. „Ich weiß, es wird Arbeit in Zitat und Anführungszeichen geben.“ Die interessante Frage ist jetzt: Wird es eine Rolle spielen?“ Das Elektrokraftstoffprogramm wird die weltweite Ölsucht nur dann verringern können, wenn es Kraftstoffe zu Kosten von etwa 74 Euro pro Barrel produzieren kann – ein Preis, den es angesichts der Kosten für Strom, Wasserstoff und Ammoniak bei weitem nicht erreicht. „Man muss diesen Treibstoff so massiv und zu einem so niedrigen Preis herstellen“, bemerkt Toone.
Eine weitere Herausforderung ist, dass die Programmfehler selbst nicht unbedingt mit dem Programm übereinstimmen: E. coli, Ralstonia eutropha und die großen mikrobiellen Gruppierungen von Pyrococcus und Rhodobacter, alle wollen die zusätzliche Energie nutzen, um zu wachsen, nicht um Brennstoffe herzustellen. Um sie dazu zu bringen, bedarf es komplexer genetischer und metabolischer Manipulationen, um sicherzustellen, dass so viel Energie wie möglich in die Kraftstoffproduktion fließt.