Die Energieversorgung umwelt- und klimafreundlich zu gestalten, ist eine der größten gesellschaftlichen und wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. Kohle, Erdöl und Erdgas müssen durch CO2-neutrale Brenn- und Wertstoffe ersetzt werden, um die Folgen des Klimawandels einzudämmen. Eine wichtige Voraussetzung: Nur wenn regenerative Energieträger nachhaltig produziert werden, können sie zum Klimaschutz beitragen.

Einen möglichen Ansatz hierfür eröffnet die Künstliche Photosynthese. Bei der Photosynthese handelt es sich um einen Prozess, bei dem unter alleiniger Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle chemische Energieträger und organische Wertstoffe produziert werden. Während in der biologischen Photosynthese die Energie des Sonnenlichts von Pflanzen, Algen und Bakterien genutzt wird, um aus Kohlendioxid und Wasser Biomasse zu produzieren, werden in der Künstlichen Photosynthese Produkte wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Methanol oder Ammoniak, aber auch komplexere Substanzen erzeugt, die fossile Brenn- und Rohstoffe ersetzen können. Diese energiereichen Stoffe können transportiert, gespeichert und anschließend im Energie und Rohstoffsystem eingesetzt werden. Gelänge eine großtechnische Anwendung der Künstlichen Photosynthese, so ließen sich die vom Menschen verursachten CO2-Emissionen spürbar eindämmen, da weniger fossile Ressourcen gefördert und verbrannt werden müssten.

Die solare Produktion von Brenn- und Wertstoffen aus unbegrenzt verfügbarem Wasser und Bestandteilen der Luft (CO2 bzw. Stickstoff) kann also einen Beitrag zur Energiewende und zum Klimaschutz leisten. Es gibt unterschiedliche Forschungsrichtungen und Technologieentwicklungen, wobei die Künstliche Photosynthese in dieser Studie im Vordergrund steht.