Das Sonnenlicht als Quelle f眉r die klimafreundliche Energieversorgung nutzen: Lange vor gro脽en Initiativen wie dem europ盲ischen 鈥濭reen Deal鈥� oder der 鈥瀗ationalen Wasserstoffstrategie鈥� hat der Transregio-Sonderforschungsbereich (SFB) mit der Entwicklung chemischer Solarenergiewandler begonnen. Das wichtigste Vorbild des Konsortiums von den 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟en Ulm und Jena ist die nat眉rliche Photosynthese. Nach vier erfolgreichen Jahren auf dem Weg zur dezentralen Erzeugung von gr眉nem Wasserstoff wurde nun die Weiterfinanzierung des Transregio-SFBs beschlossen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) f枚rdert den SFB/Transregio 234 鈥濴ichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien 鈥� Synthese und mechanistische Studien鈥� bis 2026 mit mehr als 12 Millionen Euro.
Gro脽er Erfolg f眉r die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟en und Ulm: In den kommenden vier Jahren werden interdisziplin盲r Forschende im Transregio-SFB CataLight die lichtgetriebene Wasserspaltung weiter vorantreiben. Ein Schl眉ssel ist die Optimierung von Katalysematerialien und -methoden. Fr眉here Systeme zur Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie waren n盲mlich relativ instabil: Durch die Einbettung der lichtgetriebenen Katalysatormolek眉le in weiche Materie ist es dem Konsortium aus Chemie, Physik und Materialwissenschaften in der ersten F枚rderphase gelungen, diesen Prozess zu stabilisieren und zu steuern.
Als Hauptziel des nun verl盲ngerten Sonderforschungsbereichs sollen Grundlagen f眉r die effiziente Erzeugung von CO2-neutralem Wasserstoff auf dezentraler Basis geschaffen werden. Die Anwendungsm枚glichkeiten sind vielf盲ltig und reichen von der mobilen, solarbetriebenen Wasserstofftankstelle bis zur klimafreundlichen Strom- und W盲rmeversorgung von Wohnh盲usern.
Erste F枚rderphase: Wasserstoffproduktion bei Dunkelheit und Reparaturmechanismen
In der ersten F枚rderphase haben die SFB-Forschenden wichtige Schritte auf dem Weg zur umweltfreundlichen Herstellung von solaren Brennstoffen gemacht. 鈥濪ie Forschungsgruppen an den 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟en Ulm und Jena erg盲nzen sich perfekt. Gemeinsam haben wir molekulare Bausteine f眉r die Solarenergiewandlung entwickelt, gepr眉ft und verkn眉pft. Dabei konnten wir grundlegende Erkenntnisse zum Aufbau von lichtgetriebenen Katalysatoren gewinnen, um eine hocheffiziente Energiewandlung durchzuf眉hren鈥�, erkl盲rt SFB-Sprecher Professor Sven Rau, Leiter des Instituts f眉r Anorganische Chemie I an der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm.
Konkrete Erfolge der ersten F枚rderperiode reichen von der Entwicklung eines kompakten Einzelmolek眉lkatalysators, der dank Lichtenergiespeicherung solaren Brennstoff bei Dunkelheit produzieren kann, bis zu einem molekularen Reparaturmechanismus f眉r Photokatalysatoren. In Anlehnung an die nat眉rliche Photosynthese kann die lichtgetriebene Wasserstoffbildung viele Male mit demselben Molek眉l erfolgen, was das System deutlich langlebiger macht. Bei der Begutachtung durch die DFG besonders positiv hervorgehoben wurde zudem das Schulprojekt von CataLight: Die Forschenden haben Unterrichtsmaterialien zum Thema k眉nstliche Photosynthese konzipiert und f眉r den Chemieunterricht in Gymnasien bereitgestellt.
N盲chstes Ziel: Weg von seltenen Materialien
In der zweiten F枚rderphase ab Juli 2022 sollen die Solarenergiewandler nachhaltiger gestaltet werden: Derzeit finden sich noch seltene Materialien wie Ruthenium, Platin oder Rhodium in den Katalysatoren oder Photozentren. Diese 枚kologisch bedenklichen Komponenten sollen durch leichter verf眉gbare Alternativen ersetzt werden. Organische Farbstoffe, wie sie in Jena erforscht werden, k枚nnten das Problem l枚sen. Ihre Instabilit盲t l盲sst sich wom枚glich durch die im SFB entwickelten Reparaturmechanismen in den Griff bekommen. 鈥濧u脽erdem werden wir in der zweiten F枚rderphase die Materialverkn眉pfung in den Solarenergiewandlern optimieren. Ziel ist ein lichtgetriebener Prozess mit gekoppelter Oxidation und Reduktion. Dazu kommt die Weiterentwicklung physikochemischer Analysemethoden鈥�, erkl盲rt Professor Benjamin Dietzek-Ivan拧i膰 von der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Jena, der in der zweiten F枚rderphase das Sprecheramt 眉bernimmt. Das Fernziel des Transregio-Sonderforschungsbereichs lautet: Die Herstellung k眉nstlicher Chloroplasten nach dem Vorbild der Natur. Diese pflanzlichen Zell-Bestandteile sind f眉r die Photosynthese zust盲ndig.
Neue Partnerschaften st盲rken den Transregio-SFB
Neben den federf眉hrenden 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟en Jena und Ulm tragen die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Wien sowie das Max-Planck-Institut f眉r Polymerforschung in Mainz und das Leibniz-Institut f眉r Photonische Technologien e.V. zum Sonderforschungsbereich bei. In Zukunft wird das Konsortium um weitere starke Partner erweitert: Geplant ist eine Kooperation mit dem (ZSW) in der Ulmer Wissenschaftsstadt. SFB-Mitglied Professor Carsten Streb ist an die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Mainz gewechselt und wird seine Forschungsarbeit f眉r CataLight von dort aus fortf眉hren. Dazu kommen Forschende aus den USA als Mercator Fellows. Zudem ist der SFB Gr眉ndungsmitglied des Netzwerks , in dem sich DFG-gef枚rderte Forschungsinitiativen rund um die Katalyse zusammengeschlossen haben.
Diese Vorarbeiten und neuen Partnerschaften ebnen den Weg f眉r eine erfolgreiche zweite F枚rderphase und leisten einen wissenschaftlichen Beitrag zur Bew盲ltigung der Energiewende.
Text und Medienkontakt: Annika Bingmann