Um eine Technologie zum Abbau von CO₂ aus der Luft zu entwickeln, experimentieren Forscher:innen weltweit mit künstlichen Blättern. Das erscheint naheliegend, denn ihre natürlichen Vorbilder entziehen der Luft Kohlendioxid. Wieso also sollten wir diese Methode nicht kopieren?

Wissenschaftler:innen an der Cambridge-Universität in der gleichnamigen Stadt im Vereinigten Königreich ging dieser Ansatz indes nicht weit genug. In Zusammenarbeit mit Forscher:innen der University of California in Berkeley im US-Bundesstaat Kalifornien erweiterten sie die Fähigkeiten ihres neuen künstlichen Blattes dergestalt, dass es nicht nur Kohlendioxid binden, sondern ebenso saubere Kohlenwasserstoffe erzeugen kann.

„Unser Ziel war es, über die einfache Reduktion von Kohlendioxid hinauszugehen und komplexere Kohlenwasserstoffe zu produzieren“, erklärt Chemiker Virgil Andrei von der Universität Cambridge, Hauptautor der Studie, in einer Pressemitteilung der Universität und fügt hinzu: „Das erfordert jedoch erheblich mehr Energie.“ Wie das gelunegn ist, zeigen die Details ihres Ansatzes.

Andreis Team entwickelte ein dreiteiliges System mit einer auf Perowskit basierenden Lichtaufnahmeeinheit, katalytischen Kupfer-Nanoblumen und Silizium-Nanodraht-Elektroden. So kombinieren sie die Lichtabsorptionskraft der Perowskit-basierten künstlichen Blätter mit den Kupfer-Nanoblumen als Katalysatoren und können so mit lediglich CO₂ und Wasser komplexe Kohlenwasserstoffe wie Ethan und Ethylen synthetisieren.

Über die zusätzlichen Elektroden aus Silizium-Nanodrähten bringen die Forscher:innen den chemischen Stoff Glycerin ein, was laut Andrei die Effizienz des Systems um das 200-fache erhöht habe und die Herstellung wertvoller chemischer Nebenprodukte wie Glycerat, Laktat und Formiat erlaube.

„Glycerin wird üblicherweise als Abfallprodukt betrachtet“, erklärt Andrei, „doch in diesem Fall spielt es eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit.“ Noch ist das System aus Cambridge und Berkeley nicht in nennenswertem Maßstab einsatzfähig, aber das Forschungsteam ist zuversichtlich, dass es zur Bekämpfung des Klimawandels künftig eine wichtige Rolle spielen könnte.

Schon vor zwei Jahren hatten Cambridge-Forscher:innen ein Peroswkit-basiertes System vorgeschlagen, das sich mit der Beseitigung des zunehmenden Plastikmülls befasst und dabei CO₂ und Plastikabfälle zu Treibstoff umwandelt.

Perowskit – ein Hoffnungsträger der Solarenergienutzung

Die Details ihres Systems haben die Wissenschaftler:innen im Fachjournal Nature Catalysis beschrieben. Wem der Begriff Perowskit in anderem Kontext bekannt vorkommt, der irrt nicht.

Perowskit ist eine kristalline Verbindung mit einer besonderen Gitterstruktur, die nach dem russischen Mineralogen Lew Perowski benannt wurde. Sie zeichnet sich durch hervorragende lichtabsorbierende Eigenschaften aus und wird insbesondere in der Photovoltaik erforscht.

Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Siliziumzellen, da sie kostengünstiger herstellbar sind und potenziell höhere Wirkungsgrade bieten. Neben der Solarzellenforschung wird Perowskit auch in anderen Bereichen wie der Katalyse und der Optoelektronik untersucht.

Über die Fortschritte in der Verwendung von Perowskit bei Solarzellen haben wir bei t3n regelmäßig berichtet, wie die nachfolgende Zusammenfassung zeigt.

Bereits im Mai 2022 gelang es Wissenschaftler:innen, hocheffiziente und besonders stabile Perowskit-Solarzellen zu entwickeln. Diese neuen Zellen sollten die Kommerzialisierung dieser Technologie erheblich beschleunigen.

Im Juni 2022 schafften Forscher:innen einen weiteren Durchbruch: Sie konnten die Lebensdauer von Perowskit-Solarzellen auf bis zu 30 Jahre erhöhen. Bisher galt die begrenzte Haltbarkeit als eines der größten Hindernisse für den breiten Einsatz dieser Technologie.

Im Mai 2023 investierte Bill Gates in das Unternehmen Cubic PV, das sogenannte Tandemsolarzellen entwickelt. Diese kombinieren Perowskit mit Silizium und könnten Wirkungsgrade von bis zu 30 Prozent erreichen – ein bedeutender Schritt für die Solarindustrie.

Im Juli 2023 wurde ein weiteres innovatives Konzept vorgestellt: Selbstheilende Solarpaneele auf Basis von Perowskit, die ihre Langlebigkeit erheblich verbessern könnten. Diese Technologie könnte insbesondere für den Einsatz im Weltraum oder bei Satelliten revolutionär sein.

Im November 2023 erzielten Forscher:innen einen neuen Durchbruch mit transparenten Perowskit-Solarzellen. Diese semitransparenten Module mit einem Wirkungsgrad von 21,68 Prozent könnten in Fenstern oder Fassaden integriert werden und sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Licht zur Stromerzeugung nutzen.

Im April 2024 entwickelten Wissenschaftler:innen ultraleichte Perowskit-Solarzellen für Drohnen. Diese ermöglichen es, energieautark zu fliegen, ohne dass Batterien nachgeladen werden müssen – ein wichtiger Fortschritt für die Luftfahrttechnologie.

Im Juni 2024 präsentierte ein Forschungsteam eine neue Tandemsolarzelle, die Perowskit mit Antimonselenid kombiniert. Dieses Material ermöglicht es, Wirkungsgrade von über 20 Prozent zu erreichen und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Schließlich stellte der chinesische Hersteller Jinkosolar im Januar 2025 einen neuen Effizienz-Weltrekord auf. Mit einer Kombination aus Perowskit und Silizium konnte ein Wirkungsgrad von 33,84 Prozent erzielt werden – ein bedeutender Fortschritt für die Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie.

Diese Entwicklungen zeigen, dass die Perowskit-Technologie in rasantem Tempo voranschreitet und immer näher an eine großflächige kommerzielle Nutzung heranrückt.