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Gymnasium Unterhaching
LK Biologie
Die biologische
Wasserstoffproduktion
FACHARBEIT
Verfasserin: Sonja Hofer
Kursleiter: Herr Dr. Schmid
Inhaltsverzeichnis:
1. Einleitung
2. Die biologische Wasserstoffproduktion
2.1. Die beteiligten Enzyme
2.2. Wasserstoffproduktion durch Gärungsprozesse
2.2.1 Grundlagen
2.2.2.Aktuelle Forschung
2.3. Biophotolytische Wasserstoffproduktion
2.3.1. Grundlagen
2.3.2. Aktuelle Forschung
2.4. Photoproduktion von Wasserstoff aus Biomasse
2.4.1. Grundlagen
2.4.2. Aktuelle Forschung
3. Wasserstofferzeugung im Heimversuch durch
Photoproduktion aus Biomasse
3.1. Material und Methoden
3.1.1. Versuchsmaterial
3.1.2. Kulturbedingungen
3.1.3. Versuchsdurchführung
3.2. Versuchsergebnisse
3.3. Diskussion der Ergebnisse
4. Zusammenfassung und Ausblick
5. Literaturverzeichnis
1. Einleitung
Bei der Sicherung der künftigen Weltenergieversorgung gibt es zwei grundlegende Probleme: Es muss davon ausgegangen werden, dass aufgrund der stetig zunehmenden Weltbevölkerung und der Industrialisierung der Entwicklungsländer der Weltenergiebedarf erheblich ansteigen wird. Zum anderen können fossile Energieträger nicht mehr in bisherigem Maße zur Deckung des wachsenden Energiebedarfs herangezogen werden, da die Erschöpfung dieser Ressourcen, insbesondere von Erdöl und Erdgas, bis zur Mitte des nächsten Jahrhunderts absehbar ist. Zudem, was viel gewichtiger ist, fuhrt die Verbrennung fossiler Energieträger durch die Freisetzung erheblicher Mengen von CO2 in die Atmosphäre zu massiven Klima- und Umweltproblemen. Daher fordert das internationale Expertengremium IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) für die Industrieländer CO2 -Emissionsminderungen von 80 % bis zum Jahr 2050 im Vergleich zu den späten 80er Jahren.(3)
Als einzige praktisch unerschöpfliche Energiequelle bietet sich die Sonne an. Die Natur betreibt mit Hilfe ihres Photosyntheseapparates hoch effizient Energiegewinnung auf Solarbasis. Vor allem der noch junge Wissenschaftszweig der Bionik, dessen technische Problemlösungen auf den Leistungen der „Lehrmeisterin Natur“ beruhen, interessiert sich im energietechnischen Bereich (Energetobionik) für die technische Umsetzung dieser natürlichen Prozesse. Nach dem Vorbild der Natur, die Sonnenlicht in nutzbare Energie umwandelt, bemüht sich die Energetobionik um die Entwicklung alternativer und regenerativer Energiequellen. Ein Energieträger, der den benötigten Voraussetzungen wie Speicherfähigkeit, Transportierbarkeit über große Entfernungen und vielfältige Anwendungsmöglichkeit sehr gut entspricht, ist Wasserstoff. Neben der Wasserelektrolyse mit solar erzeugtem Strom könnte in der Zukunft auch biologisch erzeugter Wasserstoff einen nennenswerten Beitrag zur Deckung des Energiebedarfs leisten.
Vor rund 50 Jahren wurde erstmals nachgewiesen, dass bestimmte Mikroorganismen H2 produzieren können. Nachdem in den 70er Jahren durch die Ölkrise verstärkt nach alternativen Energiequellen, also auch der biologischen Wasserstoffproduktion geforscht wurde, sank das Interesse aufgrund des Preisverfalls der fossilen Energieträger Anfang der 80er Jahre. Das gesteigerte Umweltbewusstsein und enorme biotechnologische Fortschritte ließen das Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) das Thema wieder aufgreifen: in seinem Auftrag wurde von 1989 bis Mai 1995 das Forschungsförderungskonzept „Biologische Wasserstoffgewinnung“ durchgeführt, an dem 45 Forschergruppen teilnahmen. (2)
Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die drei möglichen Wege der biologischen Wasserstoffproduktion und die gegenwärtigen Forschungserkenntnisse, mit Schwerpunkt auf den bedeutenderen lichtabhängigen Prozessen. Sie schließt ein erfolgreiches Heimexperiment zur H2-Erzeugung von phototrophen Purpurbakterien ein.
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