In SOLAR-H möchten die Wissenschaftler daher Verbindungen chemisch herstellen, die robust und trotzdem so effektiv sind wie die natürlichen Vorbilder. Gelingt den Forschern eine solche Imitation, haben sie auch schon einen Schritt auf dem dritten Weg des Projekts gemacht. Der soll zu einem biomimetischen oder bioinspirierten System führen, in dem man der Natur nur noch das Prinzip abschaut: Wasser mit Licht in einen Energieträger zu verwandeln.

Bakterien im Fermenter produzieren Enzyme © MPI für bioorganische Chemie

Die chemischen Werkzeuge, die das in Zukunft einmal in technischen Anlagen leisten sollen, würden den Enzymen, mit denen Mikroorganismen und Pflanzen Fotosynthese betreiben und Wasserstoff umsetzen, nur noch entfernt ähneln – wenn überhaupt. Um solche Substanzen zu konstruieren, müssen Chemiker und Biotechnologen über die natürlichen Vorbilder jedoch mehr wissen als heute in den Lehrbüchern steht.

Um etwa die Hydrogenase von A. vinosum zu manipulieren oder gar zu imitieren, reicht es nicht, ihre grobe Struktur zu kennen: „Wir müssen die genauen Geometrien aller Zwischenstufen im Reaktionszyklus und auch die Elektronenverteilung, die elektronische Struktur, herausfinden“, sagt Wolfgang Lubitz. „Außerdem wissen wir noch nicht genau, wie das Enzym arbeitet.“

Mit ebendiesen Fragen beschäftigen sich er und seine Mitarbeiter. Dabei konzentriert sich das Team vor allem auf die metallischen, sprich anorganischen Zentren der Biomoleküle. Metalle wie Eisen, Nickel und Mangan sind den Kohlenstoffverbindungen zwar mengenmäßig unterlegen, doch sie sind häufig die Motoren im biochemischen Geschehen.