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Bei der Energie-Bionik versucht man von den energietechnologischen Vorbildern der Natur zu lernen. Bei Katalysatoren sind Edelmetalle am besten geeignet. Die Prozesse finden bei hohen Temperaturen statt. In der Natur sind es Übergangsmetatalle bei einer Katalyse mit niedrigen Temperaturen, etwa die Cytochrom-Oxdidase. Beim Atmungsprozess wandelt sich Sauerstoff in Wasser in Eisen- und Kupferzentren um. Die Natur arbeitet oft in Stickstoffumgebung. In der Bionik versucht man Metalle und Stickstoffumgebung aufrecht zu erhalten und die übrige chemische Materie chemisch zu stabilisieren und modifizieren, etwa durch metallorganische Moleküle. Der bionisch konzipierte Fe- oder Co-Katalysator kommt mit einem Gew-% Fe oder Co aus, der Pt-Katalysator braucht 20 Gew-% Pt. Dadurch sich Co- oder Fe-Katalysatoren 10-fach aktiver als solche mit Pt. Bei Protonen-leitenden Membranen sind salzliebende Bakterien bionische Vorbilder. Sie ernten Licht, pumpen damit Protonen und gewinnen chemische Energie. Das Protein Bakteriorhodopsin wird genutzt, um Lichtenergie in Strukturveränderungen umzuwandeln. Auch bei der primären Fotosynthese spielen Protonenleitungskanäle eine große Rolle. Wichtig ist dabei die ATP-Synthese (Adenosintriphosphat) bei der Protonenströme ATP synthetisieren. Hochgerechnet können Ströme von Tausenden von Ampere pro Quadratmeter aufrechterhalten werden. Die Kanäle müssen von Aminosäuren begrenzt sein. Bei bionisch konzipierten Membranen mit Porenräumen aus Aminosäuren müssen handelsüblich modifiziert werden. 15 nm große Silikateilchen können gut an Polymeroberflächen angelagert werden und Aminosäuren lassen sich über ihre Amino- oder Karboxylgruppen an Silika anbinden. Man kann unter Vakuum poröse Membranen durch silika- und aminosäuehaltige Lösungen ziehen und die Kanäle mit Aminosäuren verkleidet. Tests in einer Brennstoffzelle waren erfolgreich. Es gibt wärmeliebende Bakterien, die Protonen-leitende Kanäle bei etwa 100 Grad C nutzen. Bei einer Tandem-Membran zur direkten solaren Wasserstofferzeugung wird eine photosynthetische Membran technisch nachempfunden. Es wurde eine Titanfolie entwickelt, eine Seite ist oxidiert, mit Dotierstoffen sowie einem Katalysator versehen und auf die andere Seite wird eine stark vereinfachte CuInS2-Solarzelle aufgesputtert. Die stromsammelnde Zinkoxidschicht wird durch Titandioxid ersetzt. Die Elektronen, die auf der einen Seite dem Wasser entnommen werden, werden in 2 Schritten angeregt, um dann dem Wasser zugefügt zu werden, aus dem sich Wasserstoff entwickelt.