TUMCS | Rafał Białek | 01.05.2023
Dr. Rafał Białek
Image: Jan Winter / TUM
Der aktuell weiter steigende Energiebedarf der Bevölkerung und die damit einhergehenden Probleme machen die Suche nach alternativen Technologien zur Energiegewinnung nötig. Eine der Strategien ist es, Biophotovoltaics herzustellen, die photosynthetisch aktive Proteine, welche reichlich in der Natur vorkommen und sehr effizient sind, als photoaktive Komponenten verwenden. Dr. Białek’s Ziel für das SpinBioAnode-Projekt ist es, die erste Generation der energie-effizienten, halbleiterfreien Biophotoanoden zu konstruieren. Dazu wird er eine biohybride Photoanode designen, bauen, charakterisieren und optimieren, die aus einem photosynthetischen Reaktionzentrum und Elektrodenmaterialien besteht, welche über eine elektronenleitende, immobilisierende Matrix verbunden sind. SpinBioAnode basiert auf einem einzigartigen Ansatz für die Umwandlung von Solarenergie, welcher sich den hochenergetischen Triplezustand eines spontanen Spin-Flips von Elektronen in den photosynthetischen Reaktionszentren von Purpurbakterien zu Nutze macht. Dieser Spin-Flip ist biologisch ungünstig, aber dennoch potentiell lukrativ für biohybride Anwendungen, welche große Leerlaufpotentiale und eine hohe Umwandlungseffektivität über 1% von Solarenergie erfordern. Eine Effektivität dieser Höhe wurde von aktuellen Biophotovoltaics noch nicht erreicht. Dr. Białek wird einen sehr interdisziplinären Ansatz anwenden, um den Prototypen der Photoanode zu charakterisieren, indem er spektroskopische, elektroanalytische und Modellierungsmethoden kombiniert. Dazu werden verschiedene Physiker, Chemiker und Biologen zusammenarbeiten. Die Ergebnisse der Charakterisierungen werden in einer Art Feedback-Loop-Arbeitsablauf dazu verwendet, die Biophotoanode immer weiter zu optimieren. Die Nutzung von biologisch ungünstigen Wegen über Proteine, möglich gemacht durch biohybride Ansätze, ist ein weitestgehend unerforschtes Gebiet im Design von Biophotoelektroden. Deshalb werden die Ergebnisse des SpinBioAnode Projekts als Grundlage für weitere Forschung im Bereich der Energiegewinnung durch Licht dienen, um das Ziel von bezahlbarer und sauberer Energie zu erreichen.