Sind Pflanzen Energieverschwender?

Pflanzen wandeln bei der Photosynthese mit Hilfe von Lichtenergie Kohlendioxid (CO2) und Wasser in einen energiereichen Stoff, nämlich Zucker, um. Bis heute ist allerdings die Effizienz und die räumliche Verteilung dieser Form der Energiegewinnung nicht vollständig geklärt. Mittels verschiedener Experimenten und Filmen zeigen Ihnen die Remote Sensing Laboratories (RSL) der Universität Zürich, wie verschwenderisch Pflanzen mit Licht umgehen.

Messungen optischer Blatteigenschaften im Labor

Messen von photosynthetisch aktiver Strahlung an Blättern im Labor

Zunehmende Extreme, schmelzende Gletscher, steigende Baumgrenzen: Der globale Wandel ändert die Verteilung, den Verbrauch und die Herstellung von Energie in allen erdenklichen Bereichen. Massnahmen wie der Einsatz von hocheffizienten Solaranlagen an geeigneten Standorten oder die Produktion von Biosprit werden deshalb oft herbeigezogen, um die Energieeffizienz zu steigern.

Doch noch immer kennen wir die räumliche Verteilung und Effizienz der Lichtabsorption der pflanzlichen Photosynthese sehr schlecht. Diese liegt bei ungefähr 5% - im Gegensatz zu Solarzellen (ca. 20%) und Treibstoffen aus nicht-regenerierbaren Energiequellen (ca. 30%).

Wie ausgebreitet ist nun die ineffiziente Energiequelle Photosynthese? Diese Fragestellung untersuchen die Remote Sensing Laboratories (RSL) der Universität Zürich und zeigen an der «Scientifica 2011» anhand von verschiedenen Experimenten und Filmen auf, wie sich kleinste Energieänderungen auf die Photosynthese auswirken und wie diese in verschiedenen Massstäben gemessen werden kann. Die Massstäbe reichen von einzelnen Blättern und Pflanzengesellschaften bis hin zu ganzen Ökosystemen. An einem Versuchsaufbau können Besucherinnen und Besucher an der «Scientifica 2011» selber messen, wie verschwenderisch Materialien mit Licht umgehen.

Die Forschenden am RSL befassen sich in der sogenannten Fernerkundung mit dem Messen des Zusammenspiels von Licht und Vegetation und deren räumlicher Verteilung, ohne mit den Objekten direkt in Berührung zu kommen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Photosynthese: Diese besteht aus einer Lichtreaktion (Photo-) sowie einer Folge von chemischen Umsetzungen, dem sogenannten Calvin-Zyklus (-synthese). Durch die Lichtreaktion wird (Sonnen-) Energie bereit gestellt, um schlussendlich durch den Calvin-Zyklus Wasser und CO2 in Zucker umzuwandeln. Da sich aber auf Flächen, die grösser sind als nur ein einzelnes Blatt, weitere Licht aufnehmende, reflektierende und übertragende Elemente befinden, befassen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der getrennten Beobachtung und Messung all dieser Prozesse. Diese umfassen Elemente wie Baumstämme, Schnee, und weitere nicht-biotische Faktoren.

Die grossflächige Messung der Photosynthese mittels der Fernerkundung erlaubt Aussagen über die Energieeffizienz von Pflanzen und ihrer räumlichen Produktivität. Heute stellt dies die noch grösste Herausforderung in der Beurteilung dar, ob Pflanzen insgesamt mehr CO2 aufnehmen als abgeben.

Beteiligte

Prof. Michael Schaepman
Dr. Michael Jehle
Dr. Alexander Damm
Dr. Felix Seidel
Dr. Felix Morsdorf
Petra D’Odorico
Lucia Yanez
Damien Markulin
Daniel Odermatt