Künstliche Photosynthese - Besser als die Natur?
von: Holger Dau, Philipp Kurz, Marc-Denis Weitze
Springer-Verlag, 2019
ISBN: 9783662557181
Sprache: Deutsch
184 Seiten, Download: 4284 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
| Vorwort | 6 | ||
| Literatur | 7 | ||
| Leitfaden zum Buch | 8 | ||
| Literatur | 11 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 12 | ||
| 1: Globale Herausforderung: Ersatz fossiler durch regenerative Brennstoffe | 16 | ||
| 1.1 Fossile Brennstoffe dominieren die Energieversorgung | 16 | ||
| 1.1.1 Energieversorgung global | 16 | ||
| 1.1.2 Energieversorgung in Deutschland | 18 | ||
| 1.2 Warum der Ersatz fossiler Brennstoffe wichtig ist | 21 | ||
| 1.2.1 Begrenzte Verfügbarkeit und kurzfristige Versorgungsrisiken | 21 | ||
| 1.2.2 Gesundheitliche und ökologische Schäden | 26 | ||
| 1.2.3 Umweltzerstörung und ökologische Katastrophen | 28 | ||
| 1.2.4 Globale Erwärmung durch CO2-Emissionen | 30 | ||
| 1.3 Das Problem der Speicherung von Wind- und Solarenergie | 34 | ||
| Literatur | 37 | ||
| 2: Die Vision: Nutzung der Solarenergie nach dem Vorbild der Natur | 39 | ||
| 2.1 Das Potenzial der Solarenergie | 39 | ||
| 2.2 Die Vision der Künstlichen Photosynthese in Wissenschaft, Literatur, Kunst und Medien | 40 | ||
| 2.3 „Desertec“: Lehren aus einer vorerst gescheiterten Vision | 48 | ||
| 2.4 Fazit: Mehr als große Versprechungen und gescheiterte Visionen | 49 | ||
| Literatur | 50 | ||
| 3: Photosynthese: Das biologische Vorbild | 52 | ||
| 3.1 Wasser, Luft und Licht als Rohstoffe | 52 | ||
| 3.1.1 Nachhaltige Energieversorgung der biologischen Welt | 52 | ||
| 3.1.2 Summenformel und Schlüsselprozesse | 56 | ||
| 3.2 Photosynthese im Licht und im Dunkeln | 60 | ||
| 3.2.1 Architektur der Lichtreaktionen | 60 | ||
| 3.2.2 Die Dunkelreaktionen | 64 | ||
| 3.3 Ein Glanzpunkt aktueller Forschung | 65 | ||
| 3.4 Wie effizient ist die biologische Solarenergienutzung? | 68 | ||
| 3.4.1 Maximale Effizienz der Photosynthese | 68 | ||
| 3.4.2 Ursachen der geringen mittleren Effizienz der photosynthetischen Biomassebildung | 74 | ||
| 3.4.3 Fazit: Effizienz der photosynthetischen Biomassebildung | 79 | ||
| Literatur | 80 | ||
| 4: Modifizierte Photosynthese: Neue Algen und Cyanoakterien | 81 | ||
| 4.1 Photosynthese modifizieren – Warum und Wie? | 81 | ||
| 4.2 Kleine Algen und Cyanobakterien verwenden | 82 | ||
| 4.3 Verbesserung der Effizienz | 84 | ||
| 4.4 Maßgeschneiderte Produkte | 88 | ||
| 4.5 Fazit: Komplexe Wertstoffe statt Photobiowasserstoff | 91 | ||
| Literatur | 92 | ||
| 5: Nachhaltige Energiekreisläufe: Von der biologischen zur Künstlichen Photosynthese | 93 | ||
| 5.1 Naturgeschichte und globaler Kohlenstoffkreislauf | 93 | ||
| 5.2 Vorbild Biologie | 98 | ||
| 5.2.1 Defizite des biologischen Vorbilds erkennen und vermeiden | 98 | ||
| 5.2.2 Vom Vogelflug zum Flugzeug: Biologie als Inspirationsquelle | 100 | ||
| 5.3 Fünf Wege zu nicht-fossilen Brenn- und Rohstoffen | 103 | ||
| 5.4 Solarenergienutzung durch Photovoltaik und Künstliche Photosynthese im Vergleich | 106 | ||
| Literatur | 108 | ||
| 6: Künstliche Photosynthese: Eine Analyse in Teilprozessen | 109 | ||
| 6.1 Definition und Überblick | 110 | ||
| 6.2 Lichtabsorption und primäre Ladungstrennung | 113 | ||
| 6.3 Katalyse der Wasseroxidation | 120 | ||
| 6.4 Katalyse der Wasserstoff-Bildung | 124 | ||
| 6.5 Katalyse der Kohlendioxid-Reduktion | 128 | ||
| 6.6 Katalyse der Ammoniak-Synthese | 135 | ||
| 6.7 Fazit: Einige Schlüsselprozesse sind bereits einsatzbereit | 136 | ||
| Literatur | 137 | ||
| 7: Vom Künstlichen Blatt zum Energiesystem: Die technische Umsetzung | 140 | ||
| 7.1 Photokatalyse auf Halbleiterpartikeln | 141 | ||
| 7.2 Künstliche Blätter | 144 | ||
| 7.3 Direkte Kopplung von Photovoltaik und Elektrolyse | 149 | ||
| 7.4 Power-to-X | 153 | ||
| 7.5 Integration der Künstlichen Photosynthese ins Energiesystem | 157 | ||
| 7.6 Fazit: Beim Apparatebau stockt es (noch?) | 160 | ||
| Literatur | 161 | ||
| 8: Künstliche Photosynthese gemeinsam gestalten | 163 | ||
| 8.1 Frühzeitige Einbindung der Gesellschaft | 163 | ||
| 8.2 Darstellungen von Technikzukünften der Künstlichen Photosynthese | 166 | ||
| 8.3 Künstliche Photosynthese und globale Klimaveränderungen als ethische Herausforderung | 168 | ||
| 8.4 Fazit: Dialog zur Künstlichen Photosynthese | 172 | ||
| Literatur | 173 | ||
| 9: Was tun?! | 175 | ||
| Literatur | 181 | ||
| Stichwortverzeichnis | 182 |
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