Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bioinspiriert und nanostrukturiert: Wasserstofftechnologie und Solarenergienutzung

23.06.2010
Professor Dr. Matthias Beller vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock, der am 29. August 2010 anlässlich des 3rd EuCheMS Chemistry Congress in Nürnberg als erster Wissenschaftler mit dem neu geschaffenen European Sustainable Chemistry Award ausgezeichnet wird, eröffnet am 29. Juni in Rostock das Symposium „Catalysis and Photochemistry for Energy Technologies“. Im Mittelpunkt dieser dreitägigen, von der Fachgruppe Nachhaltige Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) organisierten Veranstaltung stehen die Wasserstofftechnologie und die Solarenergienutzung.

Beller, der auch Vorsitzender der GDCh-Fachgruppe Nachhaltige Chemie ist, sagte im Vorfeld der Tagung: „Ziel des Symposiums ist es, Photochemiker und Katalyseforscher zusammenzubringen, um gemeinsam neue Entwicklungen und Perspektiven in der Energieforschung zu diskutieren und so Lösungen für die Energieversorgung der Zukunft zu finden. Viele der auf dem Symposium präsentierten Forschungsergebnisse haben ihren Ursprung in dem interdisziplinären Forschungsprojekt „Light2Hydrogen (L2H) – Energie für die Zukunft“, in dem europaweit Forschungsgruppen vernetzt sind.“

Professor Dr. Matthias Drieß, Metallorganiker und Materialforscher am Institut für Chemie der Technischen Universität Berlin, will in Rostock die Notwendigkeit interdisziplinärer Zusammenarbeit am Beispiel der Tageslicht-getriebenen Wasserspaltung darstellen. „Die Photosynthese der Pflanzen ist ein biokatalytischer Prozess, bei dem die Wasserspaltung von zentraler Bedeutung ist, damit die Pflanze Sauerstoff produzieren kann, und die Aufklärung der Wasser-Oxidation und -Reduktion in der Pflanze ist für viele Forscher in unterschiedlichen Disziplinen der molekularen Wissenschaften von zentralem Interesse.“ Im Exzellenzcluster „Unifying Concepts in Catalysis“ (UniCat) in Berlin befasst man sich nicht nur mit dieser Aufgabenstellung und neuen Biokatalysatoren für die Bio-Wasserstoffproduktion und Bio-Brennstoffzellen, sondern auch mit der bioinspirierten Katalyse der Sauerstoff- und Wasserstoffbildung über einen nicht-biologischen Ansatz mit neuen anorganischen Materialien, also mit der künstlichen Solarenergie-getrieben Wasserspaltung.

Wasserstoff gilt für viele als der wichtigste Energieträger der Zukunft; er soll „saubere“ Energie liefern. Z. Zt. fällt er hauptsächlich durch Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen wie Methan an und wird vor allem chemisch genutzt. Als Energieträger der Zukunft müsste er nach den Prinzipien der Nachhaltigkeit produziert werden, und hier gilt die photokatalytische Wasserspaltung als eine vielversprechende Option. Dafür kommen beispielsweise Metalloxid- oder Metallsulfid-Katalysatoren infrage, die Licht bestimmter Wellenlängen absorbieren. Sie werden in bis zur Nanogröße pulverisierter Form eingesetzt. Ihre Kristallinität und ihre Dotierung mit Fremdatomen sind für ihr Absorptionsvermögen und ihre katalytische Aktivität von entscheidender Bedeutung, und auch der pH-Wert des Reaktionsgemisches will richtig eingestellt sein. Wenn auch diese Verfahren noch nicht praxistauglich sind, die Forschungsergebnisse machen immer zuversichtlicher, wie Professor Dr. Akihiko Kudo vom Department für Angewandte Chemie der Universität der Wissenschaften, Tokio, in Rostock zu berichten weiß.

Dasselbe Ziel, die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff nachhaltig mit sichtbarem Licht zu betreiben, verfolgt eine Arbeitsgruppe um Professor Dr. Licheng Sun vom Department für Chemie am Royal Institute of Technology im schwedischen Stockholm. Inspiriert von der Struktur und Funktionsweise des Sauerstoff-bildenden Komplexes im Photosystem II der Pflanzen, synthetisieren die Wissenschaftler Ruthenium-Komplexe der unterschiedlichsten Art, von denen sich einige als sehr effiziente Katalysatoren für die Wasseroxidation sowohl mit Licht als auch mit chemischen Oxidationsmitteln herausstellten. Das Forschungsfeld der metallorganischen Komplexchemie lässt für die nächsten Jahre interessante Ergebnisse bei der artifiziellen, bioinspirierten Wasserspaltung erwarten.

Auch am Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock befasst man sich mit dieser aktuellen Problemstellung und versucht, mehr Licht ins Dunkel der beiden Halbreaktionen Wasseroxidation und Wasserreduktion zu bekommen. Dafür setzt man im Forschungsbereich von Beller Opferreagenzien (Stoffe, die irreversibel reagieren) als Elektronendonatoren oder Elektronenakzeptoren ein. Dr. Henrik Junge, Themenleiter „Katalyse für Energietechnologien“, berichtet, wie es gelang, in wässriger Phase vorliegende Protonen mit Hilfe von Lichtsensibilisatoren auf Iridiumbasis sowie Eisencarbonylen als Reduktionskatalysatoren und Triethylaminen als Opferreagenzien zu Wasserstoff zu reduzieren.

Interessante Objekte der Forschung sind chemische Systeme, die Wasserstoff speichern können. Während man u.a. an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Dr. Gabor Laurenczy) und am LIKAT die Ameisensäure als Speichermedium untersucht, beschäftigt sich Professor Dr. R. Tom Baker am Department für Chemie und Zentrum für Katalyseforschung und –innovation an der Universität Ottawa (Kanada) mit Aminoboranen, die über eine protische Stickstoff-Wasserstoff-Bindung und eine hydridisch polarisierte Bor-Wasserstoff-Bindung verfügen. Bei der Herstellung von Aminoboranen wird Wasserstoff gebunden, der durch ausgewählte Metallkomplexe, die sich als effektive Katalysatoren erweisen, wieder freigesetzt werden kann. Damit ist das Prinzip der reversiblen chemischen Wasserstoffspeicherung erfüllt. Baker arbeitet aber an viel raffinierteren Systemen, die er Aminoboran-Brennstoff-Gemische nennt. Die Vorteile dieser vollständig in Lösung vorliegenden chemischen Reaktionsmischungen will Baker in Rostock vorstellen.

Eine ganz andere Art von Katalysatoren - und auch sonst äußerst interessante Materialien beispielsweise für Anwendungen in Batterien – stellt Professor Dr. Markus Antonietti vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam, in Rostock vor, und zwar ausgesuchte Carbide und Nitride wie das graphitartige Kohlenstoffnitrid, das erstmals 1832 von Justus Liebig hergestellt wurde. Seit man entdeckt hat, dass es Kohlenstoffdioxid (CO2) aufspalten und Wasser in seine Elemente zerlegen kann, wird es als katalytisch wirksames Material interessant – sowohl für die artifizielle Photosynthese als auch als Ersatz für Oxidasen, Enzymen, die in biologischen Systemen Oxidationsreaktionen katalysieren. Weitere Substanzklassen von Interesse für die heterogene Katalyse sind Titannitride oder Wolfram- und Molybdäncarbide, die eventuell auch die Edelmetalle als Katalysatoren in Brennstoffzellen ersetzen könnten. Antonietti erläutert in Rostock, wie sich die besonders effektiven nanostrukturierten Metallnitride und –carbide herstellen lassen.

In Rostock werden also viele gangbare und auch erfolgversprechende Wege aufgezeigt, einen möglichen künftigen Energieträger, den Wasserstoff, durch Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle herzustellen.

Die Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) gehört mit über 29.000 Mitgliedern zu den größten chemiewissenschaftlichen Gesellschaften weltweit. Sie hat 26 Fachgruppen und Sektionen, darunter die 2009 gegründete Fachgruppe Nachhaltige Chemie mit rund 220 Mitgliedern. Die Fachgruppe ging aus einer gleichnamigen Arbeitsgemeinschaft hervor, die sich wiederum 2006 aus der GDCh-Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie ausgegründet hatte. Vorsitzender der Fachgruppe Nachhaltige Chemie ist Professor Dr. Matthias Beller, geschäftsführender Direktor des LIKAT.

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://www.gdch.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen
27.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Glykane als Biomarker für Krebs?
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie