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Purpurbakterien leben mit Algen in einer Symbiose zusammen. Symbiose bedeutet in diesem Fall, dass die Algen den Bakterien Kohlenwasserstoffe zur Verfügung stellen und dafür von den Bakterien stickstoffbasierte Verbindungen als Dünger erhalten.
Die Algen gewinnen die Energie für die Erzeugung der Kohlenwasserstoffe aus dem Sonnenlicht. Dieser Prozess wird als Photosynthese bezeichnet. Die chemische Formel lautet:
6 CO2 + 12 H2O => C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Die erzeugten Kohlenwasserstoffe werden von den Purpurbakterien in Ammoniak umgewandelt, sofern Stickstoff zur Verfügung steht. Stickstoff ist in Wasser gelöst vorhanden.
Wenn den Bakterien kein Stickstoff zur Verfügung steht, schalten sie ihren Stoffwechsel um und erzeugen Wasserstoff. Dieser "Notbetrieb" muss für die Gewinnung von Wasserstoff gezielt herbeigeführt werden. Die chemische Formel lautet:
C6H12O6 + 6 H2O => 12 H2 + 6 CO2
Im Versuchsaufbau, der in der folgenden Skizze dargestellt ist, sieht man die Erzeugung von Sauerstoff durch die Algen im Rahmen der Photosynthese sowie die Wasserstofferzeugung durch die Purpurbakterien beim Abbau der Kohlenwasserstoffe.
Wenn es gelingt, die chemische Reaktion ohne die Beteiligung von Bakterien und Algen nur durch den Einsatz von Enzymen durchzuführen, kann eine erheblich schnellere Reaktionen und damit viel größere Mengen Wasserstoff erreicht werden. An diesem Ziel arbeiten im Moment mehrere Forschergruppen.
Die Vor- und Nachteile der Wasserstofferzeugung mit Bakterien sind auf der folgenden Seite dargestellt.