Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Bunte Mikroreaktoren nutzen Sonnenlicht

Energie effiziente solare Photochemie mit Lumineszenz-Solarkonzentratoren

03.09.2019

Die Sonne ist die nachhaltigste Energiequelle auf unserem Planeten und lässt sich nutzen, um photochemische Reaktionen in Gang zu bringen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler einen breit anwendbaren, kostengünstigen Photo-Mikroreaktor vor. Er basiert auf „lumineszierenden Solarkonzentratoren“, die Photonen einfangen, umwandeln und der Reaktion zur Verfügung stellen. So gelang unter anderem die Synthese zweier Pharmaka.

Forschungen zur Nutzung des Sonnenlichts konzentrierten sich bisher vor allem auf Solarstrom, Solarthermie und Solarbrennstoffe, während die Sonnenlicht-getriebene Synthese von Chemikalien noch in den Kinderschuhen steckt. Lichtenergie kann chemische Reaktionen „beflügeln“, indem sie z.B. einen Katalysator in einen angeregten Zustand versetzt und eine Reaktion auf diese Weise beschleunigt oder erst ermöglicht. Nachteile der Sonne als Lichtquelle sind jedoch, dass der Großteil der spektralen Berstrahlungsstärke (Strahlungsfluss pro Oberflächeneinheit) nur in den relativ schmalen Bereich des sichtbaren Lichts fällt und zudem Schwankungen in der Bestrahlungsstärke, z.B. durch vorbeiziehende Wolken, auftreten können.

Die Wissenschaftler von der Universität Eindhoven, Niederlande, und dem Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam, Deutschland, zeigen jetzt erstmals, dass verschiedenste Reaktionstypen effektiv durch Bestrahlung mit Sonnenlicht angetrieben werden können. Erfolgsgeheimnis ist ihr speziell entwickelter kostengünstiger „Photomikroreaktor“ auf der Basis lumineszierender Solarkonzentratoren (Luminescent Solar Concentrators, LSCs).

Die LSCs sind lichtleitende Platten aus Polymethylmethacrylat (PMMA), denen spezielle Leuchtstoffe beigegeben werden, die Photonen aus dem Sonnenlichtspektrum einfangen und anschließend als Fluoreszenz wieder abstrahlen – bei einer für den Leuchtstoff charakteristischen, etwas längeren Wellenlänge. Auf diese Weise wird das Sonnenlicht in einen schmalen Wellenlängenbereich konzentriert, sodass Tageszeit- und Wetter-abhängige Schwankungen der spektralen Verteilung keine Rolle mehr spielen.

In die LSCs sind feine Kanäle aus einem lösungsmittelbeständigen Kunststoff eingebettet, durch die die Reaktionsmischung fließt. Ein Lichtsensor misst die Lichtintensität und ein integrierter Schaltkreis passt die Fließgeschwindigkeit autonom an: Je geringer die Lichtintensität, desto langsamer soll die Mischung den Kanal passieren, damit sie die notwendige Strahlungsdosis für einen ausreichenden Umsatz abbekommt. So lassen sich Fluktuationen des Sonnenlichts ausgleichen und das Produkt bleibt einheitlich.

Die Wahl der in die LSCs eingebetteten Leuchtstoffe richtet sich nach der benötigten Wellenlänge der jeweiligen für die gewünschte Reaktion benötigten Katalysatoren. Die Forscher um Timothy Noël stellten rote, grüne und blaue LSC-Reaktoren her für Reaktionen mit den Photokatalysatoren Methylenblau (roter Reaktor), Eosin Y und Bengalrosa (grüner Reaktor) sowie Ruthenium-basierten Komplexen (blauer Reaktor). „So gelang uns unter anderem die Synthese des Wurmmittels Ascaridol und eines Vorläufers des Malariamittels Artemisinin“, so Noël. „Ein solcher solarer Produktionsansatz ist von hohem Interesse für Produkte mit hoher Wertschöpfung, wie Feinchemikalien, Pharmaka und Duftstoffen. Er käme insbesondere auch Ressourcen armen Ländern zugute.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Synthese
  • photochemische Reaktionen
  • chemische Reaktionen
Mehr über TU Eindhoven
  • News

    Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

    Die Anpassung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien ist eine aktuelle Herausforderung in den Nanowissenschaften. Forscher der Universität Basel haben mit Kollegen aus den Niederlanden und Spanien gezeigt, dass sich allein durch die Anordnung von Atomen in Nanodrähten atomare Vibrationen st ... mehr

    Von der Natur inspiriert: Skalierbare Chemiefabrik durch Photomikroreaktoren

    Professor Timothy Noël von der Technischen Universität Eindhoven/NL erhält den DECHEMA-Preis 2017. Damit werden seine bahnbrechenden Arbeiten zur kontinuierlichen photochemischen Umwandlung in mikrofluidischen Systemen gewürdigt. Timothy Noël ist einer der führenden Experten auf diesem Gebi ... mehr

    Die Sonne anzapfen

    Ein Team von Forschern der Humboldt-Universität zu Berlin und der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat dünne Plastikfilme entwickelt, die sich kontinuierlich im Sonnenlicht bewegen. Derartige Materialien, die die Energie des Sonnenlichtes direkt in Bewegung umwandeln kö ... mehr

Mehr über MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung
  • News

    Die Keimzelle der Biobatterie

    Die Energieversorgung der Zukunft hat ein Speicherproblem. Um überschüssigen Strom von Windkraft- und Solaranlagen für Zeiten aufzuheben, in denen es zu wenig gibt, sind leistungsfähige Batterien und Kondensatoren gefragt, die aus möglichst ungiftigen und nachhaltigen Materialien bestehen s ... mehr

    Neuer Stoff für Chemie-Lehrbücher

    Auch altbekanntes ist manchmal noch für eine Überraschung gut. Calciumcarbonat (CaCO3), im Volksmund einfach als Kalk bekannt, ist ein Mineral, das Chemiker schon gründlich untersucht haben. Chemielehrbücher führen es mit fünf verschiedenen Kristallstrukturen, müssen jetzt aber ergänzt werd ... mehr

    Durchbruch: Reaktiver Zucker nach mehr als 100 Jahren Suche nachgewiesen

    Komplexe Zucker sind allgegenwärtig. Sie machen 80% der Biomasse aus und sind essenzielle Bestandteile von lebenden Organismen. Die chemische Herstellung von komplexen Zuckern ist jedoch nach wie vor sehr schwierig. Einem Team von Forschern um Prof. Dr. Kevin Pagel von der Freien Universitä ... mehr

  • White Paper

    Die Keimzelle der Biobatterie

    Um überschüssigen Strom von Windkraft- und Solaranlagen aufzuheben sind leistungsfähige Batterien und Kondensatoren aus nachhaltigen Materialien gefragt. mehr

  • Forschungsinstitute

    Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

    Das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung wurde 1992 gegründet. Es wird kollegial geleitet und gliedert sich in die Abteilungen Biomaterialien, Biomolekulare Systeme, Grenzflächen, Kolloidchemie und Theorie & Bio-Systeme. Aktuelle Forschungs-schwerpunkte sind polymere F ... mehr

  • q&more Artikel

    Mit Licht im Kampf gegen Malaria

    Malaria stellt ein globales Gesundheitsproblem dar, das nur schwer in den Griff zu bekommen ist. Von den mehr als 200 Millionen Erkrankten sterben jedes Jahr über 500.000 und insbesondere für Kinder ist die Gefahr eines tödlichen Verlaufs hoch [1]. Die Krankheit wird durch einzellige Erreg ... mehr

  • Autoren

    Dr. Daniel Kopetzki

    Daniel Kopetzki, geb. 1983, studierte Chemie an der Universität Regensburg und promovierte am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam in der Abteilung Kolloidchemie. Seit Sept. 2011 arbeitet er als Postdoktorand bei Prof. Dr. Seeberger am Max-Planck-Institut fü ... mehr

    Prof. Dr. Peter Seeberger

    Peter H. Seeberger, geb. 1966, studierte Chemie an der Universität Erlangen-Nürnberg und promovierte in Biochemie an der University of Colorado. Nach einem Postdocaufenthalt am Sloan-Kettering Institute for Cancer Research in New York City war er von 1998 – 2002 Assistant Professor und Firm ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Tetravinylallen, eine kleine, aber nützliche chemische Substanz, wurde erstmals hergestellt

    Viele Naturstoffe haben einen komplizierten molekularen Aufbau und lassen sich nur schwer im Labor herstellen. Hilfe könnte von einem kleinen Kohlenwasserstoff namens Tetravinylallen kommen, das australische Wissenschaftler zum ersten Mal synthetisiert haben. Chemiker könnten mit dieser Sub ... mehr

    Eingewickelte Silber-Häufchen

    Unter Nanoclustern versteht man „Häufchen“ aus einigen wenigen Atomen, die oft interessante optische Eigenschaften zeigen und attraktive Sonden für bildgebende Verfahren werden könnten, etwa in der Biomedizin und Diagnostik. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Forscher einen Nanocl ... mehr

    Dotierte Photovoltaik

    Organische Solarzellen bestehen aus kostengünstigen Materialien und sind leicht herzustellen. In Wirkungsgrad und Stabilität liegen sie aber immer noch weit hinter den Solarzellen aus Silizium zurück. Ein deutsche-chinesisches Wissenschaftlerteam hat eine Möglichkeit gefunden, organische So ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.