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Nanotechnologie: Künstliche Blätter für die Energie von morgen

Machen wir’s den Pflanzen nach! Frei nach dem Motto der Csardasfürstin haben Forscher eine Elektrode entwickelt, die mit Quantenpunkten Sonnenlicht einfängt und durch die Elektrolyse von Wasser mit hoher Ausbeute den mutmaßlichen Energieträger der Zukunft liefert: Wasserstoff.
Natürliche und künstliche Fotosynthese
Die Sonne stellt in weniger als zwei Stunden mehr Energie zur Verfügung, als die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht. Seit jeher nutzt die Natur diese unerschöpfliche Energiequelle, um aus Kohlendioxid, Wasser und Licht Kohlenhydrate wie Stärke und Zucker sowie Sauerstoff herzustellen. Bei dieser Fotosynthese, die in Pflanzen in den so genannten Chloroplasten stattfindet, spielt Chlorophyll eine entscheidende Rolle. Es ist der Hauptbestandteil zweier Pigmente, die als Antennen für Licht fungieren. Das eine gibt nach der Absorption von Photonen Elektronen ab, die über verschiedene Zwischenstufen zur Synthese von Kohlenhydraten dienen. Diese Elektronen erhält es dann vom zweiten Pigment zurück, das sie - ebenfalls nach Anregung durch Licht - Wassermolekülen entreißt, wobei Sauerstoff entsteht.

In Zeiten des Klimawandels, verursacht durch den exzessiven Verbrauch fossiler Brennstoffe, hat auch der Mensch ein großes Interesse daran, die Sonne als saubere Energiequelle zu nutzen. Bisher steht dabei zwar die Stromerzeugung im Vordergrund. Doch nicht weniger verlockend scheint die Idee, die natürliche Fotosynthese nachzuahmen, um solare Brennstoffe herzustellen. Dabei liegt es zunächst...

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Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum der Wissenschaft – Quantencomputer

Supraleitende Schaltkreise, neutrale Atome oder Ionenfallen – es gibt viele verschiedene Ansätze, Qubits zu realisieren. Welche Technologie am Ende im Quantencomputer stecken wird, ist noch offen. Wir geben einen Überblick über die sechs aktuellen Favoriten. Außerdem im Heft: In Island planen Wissenschaftler, im Bereich der Krafla zu einem Reservoir mit flüssigem Gestein vorzudringen. So wollen sie erstmals Magma direkt erforschen – und geothermische Energie erschließen. Wir stellen außerdem die ersten überraschenden Ergebnisse von Gesteinsproben des Asteroiden Bennu vor, die aus zu den Anfängen des Sonnensystems stammen. Die ältesten Höhlenmalereien finden sich auf Indonesien. Fachleute suchen nach den Ursachen, warum diese seit Ihrer Entdeckung plötzlich verfallen.

Spektrum - Die Woche – Der Umbau der Chemieindustrie

Täglich entstehen in riesigen Fabriken zahllose Stoffe, die wir in unserem Alltag nutzen – allerdings nur dank fossiler Rohstoffe und eines extrem hohen Energieverbrauchs. In dieser »Woche« geht es um den Umbau der Chemieindustrie hin zur Klimaneutralität. Außerdem: Gibt es sie, die »Zuckersucht«?

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