Von der Laborsynthese zur Solarchemie: Ein Beispiel für eine nachhaltige Chemie

Abstract

JOCHEN MATTAYtensprung" für die rasante Entwicklung bis in die heutige Zeit war die Einführung kurzzeitspektroskopischer Methoden (Laser). Heute wissen wir sehr genau über die Primärprozesse von Molekülen nach Lichtabsorption und die nachfolgenden Reaktionen Bescheid und können diese Kenntnisse zur gezielten Synthese von chemischen Verbindungen nutzen. Die zukünftigen Herausforderungen werden sich auf komplexere Molekülsysteme richten, z.B. in der Supramolekularen Chemie, der Biochemie und den Materialwissenschaften. Im Hinblick auf eine verantwortungsvolle Nutzung der Energieresourcen ist ein weiteres Arbeitsgebiet die direkte Speicherung bzw. Umwandlung der Sonnenenergie. Hier sind Wissenschaftler, Anwender (Industrie) und Politiker gleichermaßen gefordert. Dieser Artikel soll einen kurzen Einblick in die Photochemie gewähren -von der historischen Entwicklung über die experimentellen Methoden bis hin zu Syntheseanwendungen. Er ist als Auftakt für eine Serie weiterer Beiträge gedacht, die sich mit wichtigen Perspektiven der Photochemie befassen sollen. Versuche auf den Dächern von BolognaEine zu Beginn der 80er Jahre herausgegebene Monographie [1] fasst bereits im Titel Light, Chemical Change and Life die zentrale Bedeutung der Photochemie für die Chemie Wir wissen heute recht genau über die Primärprozesse von Molekülen nach Lichtabsorption und die nachfolgenden Reaktionen Bescheid und können diese Kenntnisse zur gezielten Synthese von chemischen Verbindungen nutzen. Zahlreiche Photoreaktionen werden nun auch unter solarchemischen Bedingungen untersucht. O hne Licht ist das Leben in der uns vertrauten Form nicht denkbar. Schon früh entwickelte sich mit der Photosynthese eine von der Energiebilanz her betrachtet zwar wenig effiziente aber bewährte Möglichkeit zur Speicherung von Sonnenenergie. Auch die Chemiker nutzten bereits Licht zur Synthese neuer Verbindungen, als sie noch nicht über detaillierte Kenntnisse der Zusammenhänge zwischen "Licht und Materie" (de Broglie) verfügten. Diese ersten wissenschaftlichen Experimente wurden im Sonnenlicht durchgeführt. Mit der Entwicklung künstlicher Strahlungsquellen fand die Photochemie schnell den Einzug als wichtige Synthesemethode im Labor. Ein weiterer "Quan-PHROPHIS-Anlage (Parabolrinnenreaktor) und Hochflussdichte-Sonnenofen auf dem Testgelände der DLR (Köln). Zahlen zur Photosynthese: Schon in der Frühzeit der Erde (Alter: ca. 4.7 Mrd. Jahre) vor ca. 3.2 Mrd. Jahren entwickelte sich das Leben. Ohne den "Photosynthese-Apparat" existierte nicht die Atmosphäre mit einem Anteil von ca. 21 % Sauerstoff, von der Vielfalt der Pflanzen-und Tierwelt ganz zu schweigen -obwohl nur 0,05 % der extraterristischen Einstrahlung von 5.88 · 10 24 J/a genutzt werden, liefert die Photosynthese ca. 7 . 10 11 t/a Biomasse [3]).