HZB gründet Nachwuchsgruppe für CO2-Umwandlung

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Über das Programm „Helmholtz-Nachwuchsgruppen“

Das Förderprogramm richtet sich an hoch qualifizierte Nachwuchskräfte, deren Promotion zwei bis sechs Jahre zurückliegt. Die Nachwuchsgruppenleiterinnen und -leiter werden durch ein maßgeschneidertes Fortbildungs- und Mentoring-Programm unterstützt und sollen eine langfristige Perspektive am Zentrum erhalten. Ein Ziel des Programms ist es, die Vernetzung von Helmholtz-Zentren und Universitäten zu stärken. Die Kosten – 300.000 Euro pro Gruppe über einen Zeitraum von fünf Jahren – werden je zur Hälfte aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds des Helmholtz-Präsidenten und den Helmholtz-Zentren gedeckt.

Die neue Helmholtzgruppe hat ähnliche Ziele wie das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) – dessen Mission:CEC logo

Das MPI für Chemische Energiekonversion sieht seine Aufgabe darin, die grundlegenden chemischen Prozesse der Energieumwandlung zu erforschen, um zur Entwicklung neuer und leistungsfähiger Katalysatoren beizutragen. Der Zugang des MPI CEC zu diesem Problem beruht auf dem tiefgreifenden Verständnis der zugrundeliegenden chemischen Reaktionen. Erst wenn im Detail bekannt ist, wie der Reaktionsmechanismus aussieht, und v.a. wie der Katalysator daran beteiligt ist, können wir auf rationaler Basis verbesserte nachhaltige Katalysatoren entwickeln. Denn wie Max Planck schon sagte: „Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen.“ Interdisziplinarität ist für dieses Ziel Voraussetzung. Am MPI CEC werden derzeit intensiv die Gebiete der heterogenen Katalyse, der homogenen Katalyse und der Biophysikalischen Chemie im Zusammenspiel mit modernsten experimentellen und theoretischen Analysemethoden miteinander kombiniert. Diese Kombination ist der Schlüssel zum Verständnis und schlussendlich zur Kontrolle der grundlegenden chemischen Prozesse.

Herausforderungen für das Forschungsgebiet der chemischen Energiekonversion

Ob Elektroautos, Wasserstoffspeicher oder Brennstoffzellen: Die Herausforderungen im Gebiet der chemischen Energiekonversion sind mannigfaltig. Die folgende Auflistung gibt einen kurzen Überblick über einige beteiligte chemische Reaktionen, die es näher zu ergründen gilt.

  1. Neue PV-Anlage auf CEC-Dach Foto © CECUmwandlung von Licht in elektrische Energie
    Primäre Energie ist Lichtenergie. Diese Energie muss eingesammelt und in elektrische Energie umgesetzt werden. Entscheidende Fortschritte auf dem Gebiet der Photovoltaik sind bereits erzielt worden, aber weitere Fortschritte sind notwendig.
  2. Wasserstoff als Energiespeicher
    Da elektrische Energie nicht in befriedigender Form gespeichert und transportiert werden kann, ist es notwendig, sie in Form von chemischen Bindungen zu speichern. Eine zentrale Rolle fällt dabei der Erzeugung von Wasserstoff aus Protonen und Elektronen zu. Wir sind der Überzeugung, dass dieser primär photochemisch erzeugte Wasserstoff in der Energiewirtschaft der Zukunft eine zentrale Rolle spielen muss.
  3. Speichermaterialien für Wasserstoff
    Der photochemisch erzeugte Wasserstoff kann gespeichert werden. Dies ist bekanntlich ein schwieriges Unterfangen, da das Wasserstoffmolekül in Form eines sehr kleinen, flüchtigen Gases vorliegt, welches sich nur schwer speichern lässt. Die Entwicklung geeigneter Speichermaterialien ist ein wichtiges Forschungsunterfangen.
  4. Katalytische Spaltung von Wasser
    Die für die Wasserstofferzeugung benötigten Elektronen gewinnt man aus Oxidationsprozessen. Idealerweise stammen die Elektronen der Oxidation von Wasser. Bei der Reaktion entstehen Sauerstoff, Elektronen und Protonen. Die elektrochemische Spaltung von Wasser ist zwar seit langem bekannt, ist aber für den großtechnischen Maßstab zu ineffizient. Katalytische Systeme zur Oxidation von Wasser befinden sich im Fokus der modernen Energieforschung.
  5. Weiterentwicklung von Brennstoffzellen
    Die im photochemisch erzeugten Wasserstoff gespeicherte Energie kann in einer Brennstoffzelle wieder nutzbar gemacht werden. Die Entwicklung von effizienteren Brennstoffzellen ist ein weiteres wichtiges Forschungsfeld.
  6. Kleine Moleküle als Wasserstoffspeicher
    Alternativ kann der photochemisch generierte Wasserstoff direkt mit anderen Molekülen in Energiespeicherstoffe umgesetzt werden. Besonders attraktiv ist es, dabei Kohlendioxid zu aktivieren, um zu organischen Säuren oder Alkoholen zu gelangen. So ist z.B. Methanol (CH3OH) ein attraktiver Energieträger, da er in flüssiger Form vorliegt und eine hohe Energiedichte aufweist. Eine alternative Möglichkeit ist die Umsetzung von Luftstickstoff zu Ammoniak (NH3). In beiden Fällen sind geeignete katalytische Systeme notwendig. Beide bieten den Vorteil, dass die bestehende Pipeline Infrastruktur zu ihrem Transport genutzt werden könnte.

->Quellen:

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