REACT-EU

Das Zentrum für Materialforschung erhält für das Vorhaben „Aufbau von Infrastruktur für nachhaltige physikalisch-chemische Technologien (speziell Energietechnologien)“ im Zeitraum von 07.02.2022 bis zum 31.03.2023 eine finanzielle Unterstützung aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

Projektbeschreibung:

Die Erreichung der bestmöglichen Nachhaltigkeit moderner Technologien ist eine Schlüsselaufgabe, die nicht nur über den langfristigen ökologischen und ökonomischen Erfolg – sondern zunehmend auch über die gesellschaftliche Akzeptanz entscheidet. Im Projekt REACT-EU „Aufbau von Infrastruktur für nachhaltige physikalisch-chemische Technologien (speziell Energietechnologien)“ werden drei Ansätze zur Entwicklung nachhaltiger Technologien verfolgt. 

Ziel des Vorhabens ist es, die Kompetenz des ZfM und seiner Arbeitsgruppen in der Erforschung und Entwicklung von nachhaltigen Technologien durch den Ausbau der apparativen Infrastruktur in den folgenden Bereichen zu stärken:

a) Wasserstoff/Photokatalytische Wasserspaltung (AG Chatterjee)

Wasserstoff wird heute als der zukünftig wichtigste kohlenstofffreie stoffliche Energieträger betrachtet, der langfristig die kohlenstoffhaltigen fossilen Energieträger ablösen soll. Um Wasserstoff als Energieträger nachhaltig erzeugen zu können, müssen besonders energieeffiziente Syntheseverfahren entwickelt werden, die Wasserstoff in der Regel durch Spaltung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen. Eine besonders elegante Variante der Wasserstoffsynthese ist die photokatalytische Wasserspaltung. Diese bezeichnet die direkte Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Bestrahlung mit (Sonnen-)Licht.

Zur Erforschung grundlegender Prozesse an Materialien für die photokatalytische Wasserspaltung wurde ein Clustertool aus Molekularstrahlepitaxie und Atomlagenabscheidung aufgebaut. Ergänzt wird das Clustertool durch einen Messplatz für operando Langzeitstudien.

b) Elektrochemische Energiespeicher/Batterien (AG Janek)

Die elektrochemische Energiespeicherung ist eine besonders nachhaltige Technologie, da sie die direkte Nutzung elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen für verschiedenste Anwendungen erlaubt – ohne in dieser Kette von der Quelle zur Nutzung auf stoffliche Energieträger ausweichen zu müssen. In der Praxis laufen in Batterien allerdings ungewollte Nebenreaktionen ab, die im Laufe der Lebenszeit einer Batteriezelle zur ungewollten Alterung und Verminderung der Leistungsdaten führt. Für die Untersuchung dieser Nebenreaktionen, die in einzelnen Lade- oder Entladeschritten nur sehr geringe Effekte zeigen, die sich aber über die Zeit akkumulieren, wurde ein hochauflösendes Rasterelektronenmikroskopie-System aufgebaut. Dieses umfasst eine umfangreiche Analyseausstattung sowie einen speziellen elektrochemischen Messplatz mit Mikromanipulatoren und einen Nanomechanik-Messplatz, die beide im Elektronenmikroskop betrieben werden können.

c) Nachhaltige Treibstoffe für elektrische Raumfahrtantriebe (AG Klar)

Seit mehr als 60 Jahren leistet die JLU Pionierarbeit im Bereich der elektrischen Raumfahrtantriebe. Solche Antriebe sind eine der treibenden Technologien, die zur aktuell massiven Kommerzialisierung der Raumfahrt beitragen.

Auch bei „nachhaltiger Raumfahrt“ sollen im Bereich elektrische Raumfahrtantriebe international neue Maßstäbe gesetzt werden. Langfristig müssen nachhaltige Alternativen zu Xenon als Treibstoff für Ionentriebwerke gefunden werden. Ein aktueller Kandidat ist Jod - dieses Element stellt aber wegen seiner chemischen Aggressivität hohe Anforderungen an Weltraumsimulationsanlagen zum Testen im Triebwerksbetrieb. Gleiches gilt für molekulare, nicht-toxische Alternativen aus ressourcenunkritischen Elementen. Ein weiteres Konzept umfasst luftatmende Treibwerke, die in niedriger Flugbahn das Restgas aus der Atmosphäre sammeln und dann als Treibstoff einsetzen.

Im Rahmen des Projektes wurde die Testinfrastruktur für Triebwerke, die mit solchen alternativen Treibstoffen betrieben werden, aufgebaut.