Effiziente und preiswerte Katalysatoren sind der Schlüssel für viele Zukunftstechnologien und für eine erfolgreiche Energiewende. Deshalb treibt das Helmholtz-Zentrum Berlin die Katalyseforschung voran.
Das Forschungsquartett — dieses Mal in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin
Wir müssen etwas gegen die Klimakrise tun, das ist inzwischen fast allen klar. Nur was genau? Auf diese Frage gibt es verschiedene Antworten, je nachdem, wen man fragt. Klar ist aber: Es gibt nicht die eine richtige Lösung, kein Allheilmittel, das alles wieder ins Lot bringt. Stattdessen müssen wir auf viele Lösungsstrategien setzen und hoffen, dass sie uns in Kombination zum Ziel bringen: in eine grüne Zukunft. Ein Schlüsselelement ist Wasserstoff. Denn dieser chemische Stoff kann sehr vielfältig eingesetzt werden: zum Beispiel als Ersatz für Kohle oder Erdgas in der Industrie oder als Energiespeicher im Stromnetz. Die Bundesregierung hat erkannt, dass Wasserstoff eine zentrale Säule für die zukünftige Energieversorgung in Deutschland sein wird und 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie verabschiedet. Diese benennt klar den großen Bedarf an Forschung — unter anderem an Katalyseforschung.
Damit Wasserstoff in Zukunft in ausreichender Menge vorhanden ist, muss dieser so günstig und nachhaltig wie möglich hergestellt und transportiert werden. Dafür braucht es Katalysatoren. Katalysatoren sind Materialien oder Stoffe, die die Aktivierungsenergie für eine Reaktion herabsetzen. Sie machen eine Reaktion einfacher oder überhaupt erst möglich. So ist das auch beim Wasserstoff. Wasserstoff kann durch die Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gewonnen werden. Und zwar mithilfe eines Katalysators. Geschieht die Spaltung mithilfe von elektrischem Strom, nennt man diesen Prozess Elektrolyse.
Doch nicht nur für die Gewinnung von Wasserstoff braucht es Katalysatoren: Fast 80 Prozent aller chemischen Produkte sind von Katalysatoren abhängig: Benzin, Diesel und Kunststoff genauso wie Ammoniak. Doch die Katalysatoren, die für die Herstellung dieser Produkte notwendig sind, bestehen oft aus seltenen Materialien wie Platin, Palladium und Rhodium. Diese Materialien sind teuer und nicht ausreichend auf der Erde vorhanden, um den zukünftigen Bedarf zu decken. Deswegen braucht es neue Materialien, um die Industrie kurz- und mittelfristig nachhaltiger zu gestalten. Auf lange Sicht bedarf es aber komplett neuer Technologien, um die Industrie zu transformieren.
Die ganzen konventionellen Katalyse-Prozesse berufen sich auf konventionelle Energiequellen, das muss sich natürlich dringend ändern. Und auch, um das Energiesystem zu transformieren, benötigen wir neue Technologien oder andere Arten von Katalysatoren.
Dr. Stefanie Hlawenka, Koordinatorin des Projekts "CatLab"
Seit 2020 gibt es am Helmhotz-Zentrum Berlin mit „CatLab“ eine Forschungsplattform für die Katalyse — und zwar in in direkter Nachbarschaft zur Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II. Mithilfe von BESSY II werden der Katalyseprozess erforscht und neue Materialien getestet.
Wie kann die Forschung helfen, die Industrie nachhaltig zu transformieren? Wie funktioniert die Katalyse — und wie könnte sie in Zukunft aussehen? Darüber spricht detektor.fm-Moderatorin Sara-Marie Plekat mit ihrer Kollegin Clara Dzemla in dieser Folge vom „Forschungsquartett„. Als Expertin ist Dr. Stefanie Hlawenka vom Helmholtz-Zentrum Berlin zu hören. Sie ist Physikerin und koordiniert das CatLab-Projekt.