Etablierung einer semi-artifiziellen lichtabhängigen Wasserstoffbildung durch Kopplung von chemischen Photosensitizern an Hydrogenase Enzyme

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. David Adam

Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie. Insbesondere bei der Ammoniakgewinnung durch das Haber-Bosch Verfahren werden große Mengen an molekularem Wasserstoff zur Luftstickstofffixierung benötigt. Der verwendete Wasserstoff wird dabei aus energieaufwändigen chemischen Prozessen wie Dampfreformierung, partielle Oxidation oder H2O-Elektrolyse gewonnen. Als Nebenprodukt der genannten Prozesse wird das Treibhausgas CO2 in großen Mengen frei gesetzt. Im Hinblick auf die Klimaerwärmung besteht ein dringender Bedarf an umweltschonenden Konzepten zur Wasserstoffproduktion.
 

Im Rahmen des Dissertationsprojektes soll die Anwendung von wasserstoffproduzierenden Enzymen den sogenannten Hydrogenasen untersucht werden.

So wurde im ersten Teil der Arbeit in Kooperation mit dem MPI Mühlheim und dem Zentrum für Elektrochemie der Fakultät für Chemie und Biochemie daher ein in vitro System entwickelt, welches simple, langlebige und einfach zu synthetisierende Analoga bzw. chemische Photosensitizer einsetzt. Diese werden dann an das wasserstoffproduzierende Enzym Hydrogenase gekoppelt um eine lichtgetriebene Wasserstoffproduktion zu gewährleisten. Der Effizienzgewinn durch eine Mediator-freie Direktkopplung von Photosensitizer und Hydrogenase konnte bereits am Beispiel eines PSI-HydA1-Nanokonstruktes gezeigt werden. Auch die Einsetzbarkeit von artifiziellen Photosensitizer als Ersatz für den aufwendig aufzureinigenden Proteinkomplex PSI konnte in der Arbeitsgruppe Photobiotechnologie bestätigt werden.

Der zweite Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der orientierten Anbindung von [FeFe]-Hydrogenasen an chemischen Trägermaterialien wie Dendrimeren und NTA-Linker. Dabei sollte möglichst ein direkter Elektronentransport (DET) stattfinden. Aufgrund der hohen katalytischen Aktivität und dem sehr geringen Überpotential für die Wasserstoffproduktion stellen [FeFe]-Hydrogenasen eine enzymatische Alternative für Brennstoffzellen dar.

Förderzeitraum:
01.12.2013 - 30.11.2016

Institut:
Ruhr-Universität Bochum
Fakultät für Biologie & Biotechnologie
AG Photobiotechnologie

Betreuer:

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