Ein Schritt zur nachhaltigen Wasserstoffproduktion mit Cyanobakterien

Ein Forschungsteam der Universität Kassel, der Ruhr-Universität Bochum und der Universidade Nova Lissabon hat eine Methode entwickelt, um die photosynthetische Wasserstoffproduktion mithilfe von Cyanobakterien (umgangssprachlich „Blaualgen“) zu verbessern. Diese Mikroorganismen können unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff mittels Photosynthese herstellen, was einen vielversprechenden Ansatz für die Gewinnung sauberer Energie darstellt. Bisher gab es jedoch ein technologisches Nadelöhr: Der bei der Photosynthese entstehende Sauerstoff hemmt die für die Wasserstoffproduktion notwendigen Enzyme (Hydrogenasen). Da bisherige Ansätze zur Sauerstoffentfernung entweder ineffizient waren oder den Einsatz umweltschädlicher Chemikalien und Kohlenhydrate erforderten, könnte die neue Studie nun einen entscheidenden und nachhaltigen Beitrag zur Energiewende leisten.

Elektrochemischer Schutz ermöglicht kontinuierliche Wasserstoffproduktion

Eine innovative Lösung für dieses Problem hat das Team um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann (Bochum), Prof. Dr. Kirstin Gutekunst (Kassel) und Dr. Felipe Conzuelo (Lissabon) gefunden. Sie integrierten Cyanobakterien-Mutanten in ein spezielles, auf einer Elektrode abgeschiedenes Redoxpolymer. Dieses Polymer enthält Viologengruppen, die durch ein elektrisches Potential reduziert werden und so den schädlichen Sauerstoff in der Zellumgebung effizient abbauen. Durch diese sauerstofffreie Mikroumgebung direkt um die Zellen bleiben die Hydrogenasen aktiv, was eine kontinuierliche Wasserstoffproduktion ermöglicht. „Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen und skalierbaren biotechnologischen Wasserstoffproduktion“, heißt es aus dem Forschungsteam.

Genetisch optimierte Cyanobakterien steigern Effizienz

Der Einsatz genetisch modifizierter Cyanobakterien erwies sich dabei als besonders erfolgreich. Bei diesen Mutanten ist die Hydrogenase direkt an das Photosystem I der Photosynthese gekoppelt. Dadurch zeigten sie im Vergleich zu Wildtyp-Zellen im Polymer eine deutlich längere und stabilere Wasserstoffproduktion.

Zukunft: Biophotovoltaik für die Produktion von grünem Wasserstoff

Die Studienergebnisse eröffnen vielversprechende Wege für die Entwicklung biophotovoltaischer Systeme, die Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umwandeln können. „Unser Ansatz kombiniert die Vorteile lebender Zellen – wie Selbstreparatur und Langlebigkeit – mit der Präzision elektrochemischer Systeme“, sagt Prof. Gutekunst. Neben den Arbeitsgruppenleitungen trugen auch Dr. Panpan Wang aus Bochum sowie Florian Paul, Dr. Marko Böhm und Dr. Jens Appel aus Kassel maßgeblich zu diesem Forschungserfolg bei.

Quelle

Universität Kassel (05/2026)