Citisten in den USA haben neue Wege gefunden, Biokraftstoffe herzustellen, Ernteerträge zu steigern und Kohlendioxid durch neuartige Anwendungen bekannter Materialien zu nutzen.

Während die Politiker Haltung einnehmen und Klimaforscher traurig seufzen, entwickeln Forscher in Labors weiterhin geniale neue Wege, um Energie zu sparen, die Effizienz zu steigern und das Beste aus Solarenergie zu machen.

Darren Drewry vom Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien und zwei Kollegen von der University of Illinois haben ein Computermodell, das Sojabohnen so gestalten kann, dass sie 8.5% mehr Nahrung produzieren, 13% weniger Wasser verbrauchen und 34% mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren.

Sie berichten in der Zeitschrift Global Change Biology dass sie alle drei Ziele erreichen können, indem sie für eine leicht unterschiedliche Blattverteilung am Stiel und für den Winkel, in dem das Blatt wächst, züchten, indem sie eine numerische Optimierung verwenden, um eine sehr große Anzahl von Strukturmerkmalen auszuprobieren, um die besten Ergebnisse zu erzielen. "Und überraschenderweise gibt es Kombinationen dieser Eigenschaften, die jedes dieser Ziele zur gleichen Zeit verbessern können", sagt Dr. Drewry.

In der großen evolutionären Herausforderung kämpfen die Pflanzen um das Licht und versuchen sich gegenseitig in den Schatten zu stellen.

"Unsere Nutzpflanzen spiegeln unter diesen Wettbewerbsbedingungen viele Millionen Jahre in freier Wildbahn wider", sagt Stephen Long, ein Pflanzenbiologe. "Auf einem Feld wollen wir, dass sich Pflanzen Ressourcen teilen und Wasser und Nährstoffe erhalten. Deshalb haben wir uns gefragt, welche Arrangements das am besten tun."

Wenn zukünftige Agrarwissenschaftler herausgefunden haben, was sie am meisten von einer Feldfrucht erwarten - und in Trockengebieten muss die Wasserwirtschaft hoch bewertet werden - kann das Programm die beste Blattkonfiguration bestimmen. Daraus konnten zukünftige Züchter Merkmale aus der riesigen Bibliothek bestehender Sojabohnenvarianten auswählen.

Langlebiger Nutzen

Sie könnten die Überdachung reduzieren, um Licht auf niedrigere Niveaus durchzulassen, um den Ertrag zu erhöhen, oder sie könnten die Überdachung erhöhen, um Licht zurück in den Weltraum zu reflektieren und den Klimawandel auszugleichen.

"Wir können auch modellieren, was diese Pflanzenbedeckungen in einem zukünftigen Klima leisten können, damit es 40 oder 50 Jahre gültig ist", sagt Praveen Kumar, ein Umweltingenieur.

Andere Wissenschaftler haben an der Stanford University in Kalifornien über eine Möglichkeit nachgedacht, Biokraftstoffe ohne den Einsatz von Feldern, Pflanzen oder Sonnenlicht herzustellen. Sie melden sich in Natur dass sie einen Kupfer-Oxid-Katalysator entwickelt haben, der Kohlenmonoxid - das tödliche Gas in Autoabgasen und Kohlekraftwerken - direkt in flüssiges Ethanol umwandelt, wie es jetzt aus Mais und anderen Feldfrüchten hergestellt wird.

Sie sagen, sie können dies bei Raumtemperatur und normalem atmosphärischem Druck tun. Die Technik beruht auf der Fähigkeit, Kupferoxid in ein Netzwerk von Nanokristallen aus metallischem Kupfer zu verwandeln, das als Kathode in einer Elektrolysereaktion dienen und Kohlenmonoxid zu Ethanol reduzieren würde.

Biokraftstoff ist teuer: Es braucht Zeit, Felder, Dünger und Wasser. Es braucht 800 Gallonen Wasser, um einen Scheffel Mais anzubauen, was wiederum drei Gallonen Ethanol ergibt. Die neue Technik könnte die Ernte, die Zeit und viel Wasser eliminieren.

Zehnfache Effizienzsteigerung

Und es eröffnet einen anderen Weg, um den CO2 als Energiequelle zu nutzen. Kohlendioxid kann effizient und einfach in Kohlenmonoxid umgewandelt werden. Der neue Oxid-abgeleitete Kupferkatalysator könnte dann Kohlenmonoxid zu Ethanol mit der zehnfachen Effizienz von normalen Kupfer-Katalysatoren machen.

Das Team möchte seine katalytische Zelle vergrößern und sie durch Sonnen- oder Windenergie angetrieben sehen. "Aber wir haben noch viel zu tun, um ein Gerät zu bauen, das praktisch ist", sagt Matthew Kanan aus Stanford.

Inzwischen berichten Wissenschaftler in Oregon in der Zeitschrift Royal Society of Chemistry RSC Fortschritte dass sie eine neue Art und Weise getestet haben, die Sonnenstrahlen anzuzapfen und diese Energie zu nutzen, um Sonnenenergie gleichzeitig herzustellen.

Wieder einmal hat das Zusammenspiel von Nanowissenschaft und Kupfer unerwartete Konsequenzen gebracht. Durch kontinuierliches Fokussieren von Licht auf einen kontinuierlich arbeitenden Mikroreaktor haben die Forscher Kupfer-Indium-Nanopartikel-Tinten synthetisiert, die sie herstellen könnten Dünnschicht-Solarzellen in Minuten. Andere Prozesse können Stunden dauern, um die gleichen Materialien zu liefern.

"Es könnte Solarenergie-Materialien überall dort produzieren, wo es eine angemessene solare Ressource gibt und in diesem chemischen Herstellungsprozess würde es keine Energieeinwirkung geben", sagte Chih-Hung Chang von der Oregon State University.

- Klima-Nachrichten-Netzwerk

Über den Autor

Tim Radford ist freier Journalist. Er arbeitete für The Guardian 32 Jahre, immer (unter anderem) Briefe Editor, Kulturredakteur, Literaturredakteur und Wissenschaftsredakteur. Er gewann die Association of British Science Writers Auszeichnung für Wissenschaftsjournalist des Jahres vier Mal. Er diente im britischen Komitee für die Internationale Dekade zur Reduzierung von Naturkatastrophen. Er hat in Dutzenden von britischen und ausländischen Städten Vorträge über Wissenschaft und Medien gehalten. 

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