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Photosynthese – Forschung zwischen Beobachten und Weiterentwickeln

1. November 2019

Wer aufmerksam diesen Blog liest, hat vielleicht schon festgestellt, dass ich ein großer Fan von bildlichen Vergleichen und fachfremden Beispielen bin. Auch im zweiten Teil dieser Reihe "Empirisch belegen"werde ich einen Forschungszweig aufgreifen, der nichts mit unserer eigentlichen Branche zu tun hat. Die Art und Weise, wie geforscht wird, lässt sich aber mit unseren Ansätzen vergleichen. Wer also Schwierigkeiten hat, das Ziel des Beitrags auf den ersten Blick zu erkennen: seid unbesorgt. Am Ende folgt stets der Abschnitt "Was hat das mit Merus zu tun?". Meine Quellen zum Nachlesen nenne ich wieder am Ende des Artikels.

"Die künstliche Photosynthese ist der Heilige Gral der Forschung"*

Vereinfacht ausgedrückt wandeln Pflanzen bei der Photosynthese Lichtenergie in speicherfähige chemische Energie um. Auch einige Algen und Bakterien sind in der Lage Photosynthese zu betreiben. Dabei wird das Sonnenlicht dazu genutzt, aus Wasser und Kohlendioxid Kohlenhydrate herzustellen, die als Energiespeicher dienen. Dieser Prozess ist entscheidender Bestandteil des Kreislaufs des Lebens. Nicht nur liefert er Nahrung oder Brennstoff sondern setzt auch lebenswichtigen Sauerstoff frei.
Könnte man diesen Prozess optimieren oder gar künstlich nachstellen, würden ein Großteil der Herausforderungen unserer Zeit rund um Klimawandel und Resourcenknappheit der Vergangenheit angehören. Aus diesem Grund ist die Forschung daran ausgesprochen attraktiv.

Der Umgang mit Annahmen in der Forschung

Grünes Blatt

Die Forschung arbeitet mit verschiedenen Annahmen oder Hypothesen, die geprüft werden und auf deren Basis dann weitergeforscht werden kann. Das heißt in diesem Fall:
1. Annahme: Verschiedene Lebewesen sind in der Lage Photosynthese zu betreiben und können so Energie in Form von Kohlehydraten chemisch speichern. Darauf folgt die Untersuchung des Prozesses selbst. Welche Schritte, chemischen Bestandteile und Voraussetzungen sind nötig?
2. Annahme: Der Prozess ist vollständig erforscht. Man kann nun einzelne Bestandteile verändern und die Wirkung beobachten.
3. Annahme: Es könnte möglich sein, den Prozess künstlich nachzustellen. Auf Basis dieser Annahme wird Forschung betrieben, bei der neben der Arbeit and er Theorie auf Empirie gesetzt wird. Das heißt vereinfacht: Trial and Error also Versuch und Irrtum. Jeder Versuchsaufbau besteht aus vielen Variablen und Faktoren, die nach und nach abgeprüft, verändert und abermals geprüft werden. Das wird solange wiederholt, bis das gewünschte Ergebnis eintritt. Auf diese Weise kommt die Forschung dem Ziel "Künstliche Photosynthese" im Idealfall Schritt für Schritt näher.

Was hat das mit Merus zu tun?

Ich versuche mein Versprechen aus der Einleitung zu halten und spanne jetzt den Bogen zurück zu unserer Arbeit bei Merus.
Im ersten Teil der Blog-Reihe habe ich erklärt, wie jede erfolgreiche Installation unsere Theorie zum Merus Ring stützt. Von Zeit zu Zeit machen wir auch Installationen, bei denen wir nicht genau vorhersagen können, inwieweit die Wirkung eintritt. Das ist bei sehr großen, komplexen Anwendungen oder auch bei neuartigen Problemstellungen der Fall. Klappt hier alles auf Anhieb ist das hervorragend. Manchmal ist es jedoch für unseren Erfahrungsschatz fast besser, wenn die Wirkung nicht sofort eintritt sondern erst nach Änderungen an der Installation. Dadurch gewinnen wir Erkenntnisse, die wir beim nächsten Kunden einsetzen können und die unser Verständnis von der Technologie ausweiten. (Natürlich werden solche Fälle vorher mit dem Kunden abgesprochen, sodass er weiß, was ihn erwartet oder erwarten könnte.) Gelegentlich können wir sogar beim gleichen Ergebnis die Anzahl an installierten Merus Ringen verringern und so die Wasseraufbereitung günstiger machen. So lernen wir, die Grenzen der Technologie weiter kennen.
Das Beispiel "Forschung an der Photosynthese" soll zeigen, dass unser Vorgehen keineswegs ungewöhnlich ist. Versuche und Belege, die empirisch ermittelt wurden, sind stets Teil von wissenschaftlichem Arbeiten.

Literaturverzeichnis

*Leticia González, Institut für Theoretische Chemie an der Universität Wien in:
Redaktion (uni:view) (2019): Künstliche Photosynthese: "Der Heilige Gral". Hg. v. Universität Wien (uni:view Magazin). Online verfügbar unter https://medienportal.univie.ac.at/uniview/forschung/detailansicht/artikel/preise-und-auszeichnungen-im-dezember-2018-2/, zuletzt aktualisiert am 03.01.2019, zuletzt geprüft am 10.09.2019

Weitere Literatur:

Cox, Nicholas; Retegan, Marius; Neese, Frank; Pantazis, Dimitrios A.; Boussac, Alain; Lubitz, Wolfgang (2014): Photosynthesis. Electronic structure of the oxygen-evolving complex in photosystem II prior to O-O bond formation. In: Science (New York, N.Y.) 345 (6198), S. 804–808. DOI: 10.1126/science.1254910.

Forum Bio- und Gentechnologie e.V. (Hg.) (2019): Fotosynthese: Der wichtigste Stoffwechselprozess, aber nicht so effizient wie er sein könnte. Unter Mitarbeit von i-bio Information Biowissenschaften. Online verfügbar unter https://www.transgen.de/forschung/2734.fotosynthese.html, zuletzt aktualisiert am 11.01.2019, zuletzt geprüft am 10.09.2019.

Schlagworte: Empirie FAQ KMU WasseraufbereitungohneChemie

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