Perspektive
Die einzige praktisch unerschöpfliche Energiequelle auf der Erde ist die Sonne. Die auf die Erde treffende Energiemenge (im Mittel 350 J s-1 m-2) ist etwa 10.000x so groß wie der derzeitige Weltenergiebedarf. Stünde ein Solarenergiesystem mit einem Wirkungsgrad von nur 5% zur Verfügung, so würde eine Fläche von rund einem Zehntel der Sahara ausreichen, um den Weltenergiebedarf durch Sonnenenergie zu decken. Für die Nutzung ist allerdings das grundsätzliche Problem der tages- und jahreszeitlichen Fluktuation zu lösen. Hierzu ist die Speicherung und der Transport von photobiologisch produziertem Wasserstoff gut geeignet, da er den höchsten spezifischen Energiegehalt mit 142 MJ/kg besitzt. Außerdem wird bei der Energiefreisetzung durch eine geregelte Knallgasreaktion in z.B. Brennstoffzellen nur Wasser als Endprodukt frei. Die derzeit dominierende Technik zur Solarwasserstoffgewinnung ist die Photovoltaik. Hierbei wird durch solar erzeugten Strom Wasser elektrolytisch in molekularen Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Einer großtechnischen Nutzung stehen gegenwärtig die hohen Kosten für die Produktion entsprechender Anlagen im Wege.
Für die biologische Wasserstoffgewinnung kommen prinzipiell drei Stoffwechselprozesse in Frage:
1) Gärung:
aus organischen Verbindungen werden bei gärenden Bakterien H2, CO2 und oxidierte organische Verbindungen gebildet, wobei die Energie aus der organischen Verbindung selbst stammt
2) anoxygene Photosynthese:
aus organischen Substraten oder reduzierten Schwefel-verbindungen werden bei phototrophen Bakterien unter Verwendung der Sonnenenergie H2 und CO2 oder oxidierte Schwefelverbindungen gebildet
3) oxygene Photosynthese:
aus Wasser werden bei Cyanobakterien hauptsächlich durch die Nitrogenase und bei Grünalgen ausschließlich durch die Hydrogenase unter Verwendung der Sonnenenergie letztlich H2 und O2 gebildet
In Bezug auf die Nutzung der Endprodukte zur Energiegewinnung ist die oxygene Photosynthese den anderen Stoffwechselprozessen deutlich überlegen. Nur dieser Prozess stellt ein zyklisches System dar, bei dem die Nutzung des Produktes (Wasserstoff) wieder das Substrat (Wasser) freisetzt. Weiterhin wird die zur Wasserspaltung aufgewandte Energie dem Sonnenlicht entnommen.
Obwohl es Cyanobakterienmutanten ohne eine "uptake"-Hydrogenase gibt, der gesamte durch die Nitrogenase gebildete Wasserstoff also frei wird, ist deren Wasserstoff-bildungsaktivität den Grünalgen etwa um den Faktor 10 unterlegen.
Um das Potential der Photowasserstoffbildung durch Grünalgen nutzen zu können, ist es zunächst notwendig die Mechanismen der Sauerstoffhemmung der Hydrogenasen sowie deren Induktion zu verstehen. Hierzu sind sowohl weitere molekularbiologische als auch protein- bzw. enzymchemische Untersuchungen des Hydrogenasesystems unerläßlich.
