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 |