CatLab – Leuchtturm für die Wasserstoff-Forschung

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Das Helmholtz-Zentrum Berlin und zwei Max-Planck-Institute bauen mit CatLab eine Forschungsplattform für die Katalyse auf, um Innovationssprünge in der Wasserstoff-Forschung zu erreichen.

Im Energiesystem der Zukunft nimmt grüner Wasserstoff eine Schlüsselfunktion ein. Wasserstoffbasierte chemische Energieträger werden als Langzeitspeicher im Energiesystem benötigt und sind entscheidend für die klimaneutrale Gestaltung industrieller Prozesse. Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und die beiden
Max-Planck-Institute, Fritz-Haber-Institut (FHI) und Institut für Chemische Energiekonversion (MPI CEC), bündeln ihre Kompetenzen zur Wasserstoff-Forschung und bauen in Berlin gemeinsam die Forschungsplattform CatLab auf. CatLab soll eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Industrie schlagen und wird vom deutschen Start über fünf Jahre mit rund 100 Millionen Euro gefördert.
Katalysatoren sind der Schlüssel für viele Technologien und Prozesse, die für den Aufbau einer klimaneutralen Wirtschaft benötigt werden. Um mit erneuerbaren Energien Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe in einem geschlossenen CO2-Kreislauf zu produzieren, werden neue innovative katalytische Prozesse benötigt. Konventionelle Katalysatoren bestehen meist aus komplexen Materialkombinationen in Pulverform in einem Reaktor. In CatLab stehen völlig neue Ansätze im Fokus der Forschung, die Innovationssprünge versprechen. Denn Katalysatoren basierend auf massgeschneiderten funktionellen Dünnschichten können zielgerichtet an die benötigten Prozesse angepasst werden und konventionelle Reaktionsprozesse revolutionieren.
Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat eine grosse Expertise in der Synthese und Charakterisierung von dünnen Schichten und Materialsystemen. Das Fritz-Haber-Institut (FHI) der MaxPlanck-Gesellschaft sowie das Max-PlanckInstitut für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) bringen ihre Kompetenzen in der Katalyseforschung ein. Synthese- und Analysemethoden sollen mit neuen Verfahren zur automatischen Auswertung (Maschinelles Lernen) gekoppelt werden, um mittels «digitaler Katalyse» ein rationales Materialdesign für massgeschneiderte Katalysatoren zu beschleunigen.

  • Bei CatLab stehen völlig neue Ansätze im Fokus der Forschung, die Innovationssprünge versprechen.

Die deutsche Bundesforschungsministerin Anja Karliczek betont: «Grüner Wasserstoff ist eine Jahrhundertchance für den Industriestandort Deutschland und den Klimaschutz weltweit. Um die nachhaltige Wasserstoffwirtschaft zum Erfolg zu führen, brauchen wir Innovationssprünge. CatLab ist hierfür hervorragend aufgestellt. Mit der wegweisenden Zusammenarbeit von MPG und HZB, der Einbettung in die Berliner Forschungslandschaft und der Beteiligung von Unternehmen bündelt CatLab Spitzenkompetenzen entlang der gesamten Innovationskette.» Prof. Dr. Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer am HZB, ergänzt: «Mit CatLab werden wir einen neuen Forschungsschwerpunkt in der Katalyse in unmittelbarer Nachbarschaft zur Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II in Adlershof etablieren. Dort stehen modernste Synthese- und Analysemethoden bereit, um chemische und physikalische Abläufe während der katalytischen Prozesse in atomarer Auflösung und in Echtzeit zu analysieren.» Prof. Dr. Robert Schlögl, Direktor am FHI und CEC, hebt hervor: «Wir haben bereits in den letzten Jahren eine einzigartige operando-Messinfrastruktur an BESSY II aufgebaut und ergänzen uns hier perfekt. Damit konnten wir ein neues Funktionsmodell von Katalysatoren gewinnen, das mittels der Dünnschichttechnologie optimiert werden kann. Nun werden wir diese Aktivitäten unter dem Dach des CatLab durch eine einzigartige Symbiose von Synthese und operando-Analyse weiterentwickeln und ausbauen.»
Auch die chemische Industrie ist von Anfang an mit eingebunden. Die BASF beteiligt sich am Aufbau sowie an der Auswahl und Skalierung der Prozesse und Entwicklung der Reaktoren. Ausserdem gibt es Kooperationen mit der Humboldt-Universität, dem Exzellenzcluster UniSysCat und dem Labor BasCat, welches die TU Berlin zusammen mit der BASF betreibt. Über diese Kooperationen können weitere Partner integriert werden. CatLab hat somit das Potenzial, mit einer grossen Berliner Allianz aus universitären und ausseruniversitären Forschungseinrichtungen die Weltspitze der Katalyse- und Wasserstoff-Forschung zu erreichen.

Luise Baustert, Redaktion KCH.

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