Wissenschaftlicher Nachwuchs für die Nachhaltigkeitsforschung

Die Köpfe von Morgen sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die mit ihren Forschungsfragen und -zielen für eine nachhaltige Entwicklung durch das Bundesforschungsministerium gefördert werden.

Menschen mit Weltkugel
Junge Forschende können wichtige Impulse für eine nachhaltige Zukunft geben © Rob Daly/KOTO

Nachwuchsforschende spielen eine Schlüsselrolle auf dem Weg zur Nachhaltigkeit. Ob Klimawandel, Energiewende, Flächenverbrauch, Biodiversitätsverlust oder Ressourcenverbrauch – junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler prägen die Forschung schon seit Jahren, aber auch für die Zukunft. Ihre Ideen und Innovationen können zur Bewältigung der großen Herausforderungen unserer Zeit und zum Erreichen der UN-Nachhaltigkeitsziele beitragen.

Das Bundesforschungsministerium fördert deshalb exzellenten Nachwuchs in der Nachhaltigkeitsforschung. Das Motto: Heute in die führenden Köpfe von Morgen investieren.

Diese Seite gibt Ihnen einen Überblick über vom BMBF geförderte Nachwuchsgruppen und -netzwerke und stellt junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor, die ein breites Themenspektrum im Bereich der Nachhaltigkeitsforschung bearbeiten. Dieses erstreckt sich von zukunftsfester Landwirtschaft über Energietechnologien und gesellschaftliche Transformationsprozesse zur Nachhaltigkeit bis hin zu internationaler Gesetzgebung und den globalen und gesundheitlichen Folgen des Klimawandels.

Forschungsförderung für Nachhaltigkeit

Junge Forschende mit innovativen Ideen für eine nachhaltige Bioökonomie fördert das BMBF über alle Fachbereiche und Disziplinen hinweg im Rahmen der Maßnahmen „Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie“ und „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“.

Im Bereich Energie und Wasserstoff gibt es derzeit vor allem Nachwuchsgruppen zum Thema Materialforschung. Nachwuchsgruppen sind zudem eingeladen, sich auch um eine reguläre Förderung im Bereich Wasserstoffgrundlagenforschung zu bewerben.

Aktuell arbeiten über 20 Nachwuchsgruppen in der Sozial-ökologischen Forschung zur ganzen Themenbreite gesellschaftsbezogener Nachhaltigkeitsforschung von Klimawandel über nachhaltiges Wirtschaften bis zu Digitalisierung und Mobilität. Ambitionierte Postdocs mit Interesse an inter- und transdisziplinärer Zusammenarbeit können sich alle zwei Jahre bewerben. Fokussiert wird insbesondere darauf, wie gesellschaftliche Transformationsprozesse in Richtung Nachhaltigkeit erfolgreich gestaltet werden können.

Junge Umweltjuristinnen und -juristen können im „Kompetenznetzwerk Zukunftsherausforderungen des Umweltrechts“ (KomUR) promovieren. Sie stellen mit ihren Forschungen Weichen für ein modernes, zukunftsfähiges Umweltrecht – national und international. Das Netzwerk vereint derzeit 14 Promovierende an sechs deutschen Universitäten.

Wie lässt sich verantwortungsvoll und effizient mit unseren begrenzten Ressourcen umgehen? Auch an diesen wesentlichen Fragen sind Nachwuchsköpfe beteiligt. Sie forschen und forschten unter anderem, wie wertvolle Hightech-Metalle recycelt oder umweltgerecht erschlossen werden können.

Im Bereich „Globaler Wandel; Klimaforschung“ ermöglicht das BMBF jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, mit außergewöhnlichen und innovativen Forschungsideen den Herausforderungen des Globalen Wandels zu begegnen und umsetzbare Lösungen zu finden. Neben den inhaltlichen Impulsen für das Forschungsgebiet werden hier jungen Spitzenforscherinnen und Spitzenforschern Perspektiven für wissenschaftliche Karrieren eröffnet

Forschen für den Wandel

Kirstin Gutekunst
Kirstin Gutekunst © Ute Boeters

Die Biotechnologin fürs Klima

Wasserstoff gilt als Energieträger von morgen. Doch wie lässt sich Wasserstoff nachhaltig und klimafreundlich produzieren? Kirstin Gutekunst setzt auf Cyanobakterien. Cyanobakterien betreiben wie Pflanzen Photosynthese. Kirstin Gutekunst nutzt ganz bestimmte Cyanobakterien, die eine sogenannte Hydrogenase besitzen. Unter besonderen Bedingungen stellen sie mit Hilfe des Sonnenlichts für wenige Minuten Wasserstoff her, den sie im Anschluss jedoch sofort wieder konsumieren. Die Ausbeute ist zu gering, um den Wasserstoff biotechnologisch zu nutzen. Kirstin Gutekunst hat eine besondere Vision: Sie will die blaugrünen Bakterien zu effizienten Wasserstoff-Fabriken machen. Dafür hat sie 2016 den BMBF-Forschungspreis „Nächste Generation biotechnologischer Verfahren“ erhalten. Mit einer fünfjährigen Förderung konnte sie ein kleines Team an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel aufbauen.

Das war ein wichtiger Schritt in ihrer Karriere, so Kirstin Gutekunst: „Mit der BMBF-Förderung konnte ich ein exzellentes Team bilden. Gemeinsam haben wir ein riskantes Projekt gewagt. Einzelnen Promovierenden hätte ich das nicht zumuten wollen. Mit der Förderung konnten wir unsere Ideen jedoch effizient umsetzen.“

Effizient ist nicht nur Kirstin Gutekunsts Forschung - auch die Cyanobakterien arbeiten mittlerweile auf Hochtouren. Dazu hat die Forscherin die Wasserstoff produzierende Hydrogenase in den Bakterien direkt an eine Energiequelle gekoppelt – an das Photosystem selbst. Damit verpasst sie der Produktion einen Turbo, denn die Energie des Sonnenlichts wird nun über die Photosynthese direkt für die Wasserstoffproduktion genutzt. Die Bakterien stellen jetzt länger größere Mengen an photosynthetischem Wasserstoff her - und sie konsumieren diesen nicht mehr. Das ist ein wichtiger Schritt. Jetzt will sie mit ihrem Team die Energieübertragung zwischen Photosystem und Hydrogenase noch weiter optimieren.

Dazu hat sie als frisch gebackene Professorin an der Universität Kassel noch viel Gelegenheit. Junge Forschende mit ähnlich innovativen Ideen für eine nachhaltige Bioökonomie können jetzt über die neue Maßnahme „Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie“ gefördert werden. Alle Nachwuchsgruppen der Bioökonomie werden unter dem Konzept „Nachwuchsförderung für eine nachhaltige Bioökonomie“ zusammengefasst.

Jan Börner
Jan Börner © Volker Lannert/Uni Bonn

Agrarökonom mit Weitblick

Die Bioökonomie gilt als ein wichtiges Instrument auf dem Weg zum nachhaltigen Wirtschaften. Der Wandel dahin geht zwangsläufig mit enormen Veränderungen einher – auch mit unerwarteten Folgen und Wechselwirkungen. Der Agrarökonom Jan Börner will die komplexen Zusammenhänge dahinter verstehen und blickt dabei weit über den „nationalen“ Tellerrand. Wie verändert der Wandel zur Bioökonomie Länder wie Südamerika, Afrika oder Südostasien? Was bewirkt den Wandel? Wie hängen diese Regionen über Handels- und Innovationnetzwerke mit Europa und den USA zusammen?

Jan Börner ist Professor für Ökonomik nachhaltiger Landnutzung und Bioökonomie am Institut für Lebensmittel- und Ressourcenökonomik der Universität Bonn. Zudem ist er Arbeitsgruppenleiter am Zentrum für Entwicklungsforschung. Er koordiniert eine BMBF-Nachwuchsgruppe mit mehreren Postdocs und Doktoranden im Rahmen des Projekts STRIVE -  „Sustainable Trade and Innovation Transfer in the Bioeconomy“. Am Anfang wurde auch seine Stelle noch über die Nachwuchsgruppe gefördert. Jan Börner meint: „Die BMBF-Förderung hat sicher bei der Bewerbung auf ordentliche Professuren geholfen. Zum anderen hat sie es mir ermöglicht, das Thema „Bioökonomie“ als ein wichtiges Standbein unserer Forschung zu etablieren.“

Der Bonner Forscher und seine Arbeitsgruppe entwickeln Szenarien und führen Folgeabschätzungen durch. Daraus ergeben sich Empfehlungen für die Politik - für einen im Sinne der Nachhaltigkeitsziele bestmöglichen regulatorischen Rahmen. Jan Börner ist überzeugt, dass die Bioökonomie neue Perspektiven eröffnet, um über Wege zur Nachhaltigkeit nachzudenken. Doch dazu brauche es gute Rahmenbedingungen und immer auch die Abwägung von Chancen und Risiken.

Jan Börner wird im Rahmen der „Nachwuchsgruppen“ im Konzept „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ gefördert. Ziel ist, junge Forscherinnen und Forscher zu unterstützen, damit diese früh unter möglichst günstigen Bedingungen neuen Forschungsfragen nachgehen können. Bioökonomie soll dadurch in den Sozial-, Politik- und Wirtschaftswissenschaften, aber auch den Kultur- und Geisteswissenschaften als Thema etabliert und dem Nachwuchs der Einstieg in eine wissenschaftliche Karriere ermöglicht werden. Alle Nachwuchsgruppen der Bioökonomie werden unter dem Konzept „Nachwuchsförderung für eine nachhaltige Bioökonomie“ zusammengefasst.

Tobias Escher
Tobias Escher © Björn Leonhard

Partizipative Mobilitätswende


Juniorprofessor Tobias Escher erforscht am Beispiel der Mobilitätswende den Nutzen von Partizipation bzw. wie Bürgerbeteiligung politische Entscheidungen zur nachhaltigen Stadtentwicklung beeinflusst. Der Juniorprofessor möchte mit seinem Team an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf ein Verständnis dafür entwickeln, wie gut und unter welchen Bedingungen Bürgerbeteiligung einen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung, besonders bei Mobilitätsfragen, leisten kann. Seine interdisziplinäre Forschungsgruppe aus Sozialwissenschaften, Stadt- und Raumplanung sowie Informatik analysiert die Veränderung individueller Einstellungen, bewertet die inhaltliche Relevanz der durch Beteiligung gewonnenen Erkenntnisse und unterstützt gezielt diese Prozesse durch automatisierte Auswertungsmethoden.

Tobias Escher hatte Medien- und Kommunikationswissenschaften im Hauptfach und Informatik im Nebenfach studiert, weil er verstehen wollte, wie sich das Internet auf die Kommunikation auswirkt. Dieses Interesse hat sich seit seinem Studium weiterentwickelt hin zur politischen Soziologie: „Weil mich interessiert hat, wie politische Systeme eigentlich funktionieren und wie wir dafür sorgen können, dass alle Teile der Gesellschaft gleichberechtigt teilhaben können."

Die Nachwuchsgruppe „Partizipationsnutzen - Mehrwert durch Partizipation? Der Einfluss von Bürgerbeteiligung auf Qualität und Legitimität politischer Entscheidungen zur nachhaltigen Stadtentwicklung“ fördert das BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme „Nachwuchsgruppen in der sozial-ökologischen Forschung“.

Elisabeth Süßbauer
Elisabeth Süßbauer © Björn Leonhard

Ressourcen schonen mit Precycling

Elisabeth Süßbauer erforscht systemische Lösungen der Verpackungsvermeidung im Projekt PuR. Sie wollte verstehen, wie gesellschaftliche Regeln entstehen und sich ändern können und welchen Einfluss sie auf Umweltzerstörung und -schutz haben. Ein Grund für ihr Soziologiestudium. Zum Ressourcenschutz forscht sie inzwischen an der TU Berlin. Wie kann die Wertschöpfungskette verändert werden, um Verpackungsmüll zu vermeiden? Und welche Lösungsansätze des Precycling sind erfolgversprechend für eine Transformation hin zu mehr Nachhaltigkeit? Einige der Fragen, die Elisabeth Süßbauer mit ihrer Nachwuchsgruppe beantworten möchte. Sie leitet das Team gemeinsam mit ihrem Kollegen Henning Wilts vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie.
 
Die Deutschen halten sich für Recyclingweltmeister. Elisabeth Süßbauer sagt, dass Recycling nach wie vor wichtig ist. Aber Vermeidung von Verpackungsmüll, also Precycling, sei besser. Sie hält die Kombination aus Wiederverwendung von Materialien, dem Verzicht auf Einwegverpackungen und dem verbesserten Recycling für die beste Lösung. Ihr Team erprobt auch mögliche Innovationen zur Verpackungsvermeidung gemeinsam mit ausgewählten Praxisakteuren aus den Bereichen Lebensmittel, Lieferdienste und Individualgastronomie sowie Transportverpackungen.
 
Die Nachwuchsgruppe „PuR - Mit PreCycling zu mehr Ressourceneffizienz: Systemische Lösungen der Verpackungsvermeidung“ fördert das BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme „Nachwuchsgruppen in der sozial-ökologischen Forschung“.

Janna Ringena
Janna Ringena © Julian Albrecht

Die Juristin für Umwelt-Gesetze

Janna Ringena klärt, wie Take-Away-Geschirr aus Kunststoff dauerhaft vermieden werden kann. Sie ist eine der Wegbereiterinnen für weniger Plastikmüll im europäischen ToGo-Geschäft. Die Umweltjuristin erforscht, auf welche Weise Take-Away-Geschirr aus Einwegmaterial „ehrgeizig“ und „dauerhaft“ vermieden werden kann. Diese Ziele gibt die sogenannte Einwegkunststoffrichtlinie der Europäischen Union vor. Für Plastikmüll in der Gastronomie Europas soll, so der Wortlaut des entsprechenden Artikels 4, eine „deutliche Trendumkehr beim steigenden Verbrauch“ erreicht werden.

Der Bedarf nach Regulierung ist hoch, wie allein die Menge des Plastikmülls zeigt, die weltweit an den Stränden angespült wird. Nach Einweg-Flaschen stehen To-Go-Becher und -Geschirr an zweiter und dritter Stelle. Die Richtlinie verpflichtet die EU-Mitgliedsstaaten auf größere Umweltfreundlichkeit. Und Janna Ringena konkretisiert dies mit ihrer Dissertation juristisch.

Die Umweltrechtlerin verbindet mit ihrer Promotion ihr persönliches Engagement für ein nachhaltiges, verantwortungsbewusstes Leben und ihre wissenschaftliche Arbeit. Zunächst hatte sie Steuerrecht studiert, als studentische Mitarbeitende an der Universität Münster spezialisierte sie sich auf Umweltrecht. Sie blieb dabei, weil es für sie sinnstiftend ist, der Umwelt zu ihrem Recht zu verhelfen. Ihr Promotions-Stipendium ermöglicht ihr nun ihre zukunftsweisende Forschungsarbeit. Ringena ist eine von insgesamt 14 geförderten Nachwuchs-Forschenden des „Kompetenznetzwerks Zukunftsherausforderungen des Umweltrechts“ (KomUR).

Wie lässt sich die EU-Trendumkehr erreichen? „Einheitlich prozentual beziffern“, so die Umweltjuristin, „lässt sich das nicht, dafür ist der Verbrauch in den einzelnen Ländern zu unterschiedlich.“ Entsprechend müssten national auch unterschiedliche Mengen-Maßstäbe gelten.

An einem selbst erstellten Kriterienkatalog misst Ringena, was die Länder bereits für weniger Einweg-Geschirr tun und ob dies der Richtlinie gerecht wird. Beispielhaft vergleicht sie Deutschland und Frankreich. Im Ergebnis wird ihre Arbeit den gesetzgebenden Parlamenten als Grundlage für die europarechtskonforme Umsetzung der Vorschrift dienen. Im ersten Halbjahr 2022 möchte die Umweltjuristin ihre Arbeit fertig erstellt haben.

Ob sie danach eine wissenschaftliche Karriere anstrebt oder als Richterin oder Anwältin arbeitet, hat Ringena noch nicht endgültig entschieden. Klar ist indes, dass sie auf jeden Fall weiter für das Umweltrecht wirken will.

Dirk Tischler
Dirk Tischler © Damian Gorczany

Der Biotechnologe für Ressourcen

Dirk Tischler züchtet Bakterien, die wertvolle Metalle zurückgewinnen. „Dass ich eine wissenschaftliche Karriere machen will, habe ich recht früh entschieden“, sagt Dirk Tischler, Professor für Mikrobielle Biotechnologie an der Ruhr-Universität Bochum. „Es macht einfach großes Vergnügen, jungen Menschen das aktuellste Wissen zu vermitteln – und dabei selbst ständig Neues zu entdecken.“

Noch vor wenigen Jahren war der Biotechnologe Dirk Tischler selbst Nachwuchs-Wissenschaftler. Seine vierköpfige Nachwuchsgruppe „Baksolex“ erforschte, wie Bakterien beim Recycling seltener Metalle helfen können. Ein neues Thema für die Rohstoff-Wissenschaft und zugleich ein neuer Beitrag zu einer nachhaltigen, ressourcenschonenden Wirtschaftsweise. Dirk Tischler und sein Team genossen die Freiheit, bereits am Karrierebeginn solch wichtige Grundlagenforschung betreiben zu können. Noch während der Arbeiten erhielt Tischler den Ruf als Junior-Professor nach Bochum, inzwischen hat er den Lehrstuhl für Mikrobielle Biotechnologie dauerhaft inne. Auch die anderen drei „Baksolex“- Mitglieder promovierten und starteten erfolgreich ins Berufsleben.

Tatsächlich entdeckte Tischlers Team erstmals Bakterien, die seltene Hightech-Metalle wie Gallium, Vanadium und Co. aus industriellen Abwässern filtern. Die Forschenden machten sich dafür den Stoffwechsel der Mikroorganismen zunutze. Sie ließen sie sogenannte Metallophore produzieren. Diese binden die Wertstoffe an sich, dann können sie gelöst und neu verwendet werden. Und auch die Bakterien können anschließend wieder an ihre Recycling-Arbeit gehen.

Nutzen und Einsatzfelder der entdeckten Mikroorganismen und ihrer Metallbinder reichen über die Rohstoff-Aufbereitung hinaus. Sie können ebenso in der Landwirtschaft helfen, Böden schneller von schädlichen Schwermetallen zu reinigen. Dazu werden sie entsprechenden Pflanzen als Mitarbeitende beigefügt. Und auch in medizinischen Untersuchungen können sie als umweltfreundliche Marker dienen. Die Innovation in allen Fällen: Wertvolle Ressourcen werden umweltfreundlich zurückgewonnen; Abfälle minimiert.

Welche Eigenschaften und Einsatzfelder Bakterien oder auch Pilze zusätzlich im Dienst der Nachhaltigkeit haben können und wie ihre Leistung künstlich erzeugt werden kann, daran forscht Dirk Tischler nun als interdisziplinärer Lehrstuhl-Inhaber – gemeinsam mit neuen Nachwuchs-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftlern.

Alexandra Pehlkens
Alexandra Pehlkens © Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

Neues aus Altem schaffen

Alexandra Pehlkens Leidenschaft ist Recycling: „Ich möchte aufzeigen, dass man Ressourcen einsparen und auch länger nutzen kann, dass man nicht unbedingt alles neu kaufen muss.“ Schon während ihres Bergbaustudiums widmete sie sich der Aufbereitung und dem Recycling fester Abfallstoffe. Die Leitung der Nachwuchsgruppe CASCADE USE an der Universität Oldenburg gab ihr die Möglichkeit, im Rahmen des BMBF-Förderprogramms „Nachwuchsgruppen Globaler Wandel - 4+1“ am Automobilrecycling zu forschen.

Ihr Credo „aus Alt mach Neu!“ begleitet sie bis heute, beruflich wie privat. Denn die Begrenztheit von Rohstoffen ist für Pehlken nicht nur ein ökonomisches Problem, sondern auch von großer ökologischer und gesellschaftlicher Relevanz. Mit ihrem Team forschte sie zur sogenannten Kaskadennutzung am Automobilrecycling, damit Ressourcen möglichst lange einer Nutzungsphase zugeführt werden können, um keine neuen Primärrohstoffe einsetzen zu müssen. „Unter einer Kaskade wird eine stufenartige Nutzung von Materialien bzw. Bauteilen in einem oder mehreren Lebenszyklen verstanden. So haben wir in unserem Forschungsprojekt besonders auf die Wiederverwendung von Autos oder Autoteilen geschaut.“ Dafür hat sie mit ihrer Nachwuchsgruppe Entscheidungsinstrumente entwickelt, die es Stakeholdern ermöglicht, Technologien weiter zu fördern, bzw. zu untersagen. Aber auch Anwendern dient das Tool als Hilfsmittel, um die eigenen Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Die Wiederverwendung von Altautoteilen soll beispielsweise in Deutschland und China dazu dienen, um künftig CO2-Emissionen einzusparen.

Pehlken ist für den fünfjährigen Förderzeitraum dankbar, denn in einem üblichen Förderzeitraum von drei Jahren hätte ihr Team nicht so viele Ergebnisse produziert. Über ihre eigentlichen Forschungsziele hinaus hat die Nachwuchsgruppe auch noch für Kinder und Jugendliche eine SpieleApp entwickelt. Bei „Scrappy Bird“ müssen Städte sauber gehalten und Wertstoffe recycelt werden. So lernen sie an Tablets und Smartphones spielend, was Wiederverwertung bedeutet.

Die Nachwuchsgruppe „Cascade Use - Beitrag von Kaskadennutzung von Materialien zum nachhaltigen Ressourcenmanagement“ hat das BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme „Nachwuchsgruppen Globaler Wandel 4+1“ fünf Jahre gefördert.

Christoph Müller
Christoph Müller © Marcel Lepel

Landwirtschaft und Treibhausgase

Der Geobiologe Christoph Müller hat sich mit seiner Nachwuchsgruppe MACMIT den Treibhausgasemissionen aus der landwirtschaftlichen Produktion gewidmet und der Frage, wie diese reduziert werden können. „Dafür entwickeln wir ein globales Simulationsmodell, mit dem wir das im Computer simulieren können.“ Ihm ist die internationale Zusammenarbeit sehr wichtig, da er mit MACMIT zum einen auf einer globalen Skala arbeitet und zum anderen, weil sein Team auch über andere Projekte mit vielen Arbeitsgruppen auf der Welt vernetzt ist, Daten austauscht, Simulationen und Protokolle entwickelt.

Die Landwirtschaft ist nicht nur Produzent von Lebensmitteln, Futtermitteln, Energieträgern und anderen Materialien, sondern auch Verursacher von Treibhausgasemissionen, weitreichenden Umweltschäden und Bodendegradation. Als wichtigster Emittent von nicht-CO2 Treibhausgasen kommt der Landwirtschaft hier eine besondere Bedeutung zu. So hat Christoph Müller – der eigentlich nie vorhatte, Wissenschaftler zu werden – Optionen für die Reduktion von Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft durch ein verändertes Management im Ackerbau erforscht.

Eines seiner Highlights bei MACMIT war, dass die Nachwuchsgruppe ein standardisiertes Modell-Evaluierungstool veröffentlicht hat, das allen zur Verfügung steht, die ihre Daten hochladen und dann die Evaluierungsergebnisse bekommen. „Das hilft ungemein für die Vergleichbarkeit von Modellen und um einen Standard zu etablieren.“

Die Nachwuchsgruppe „MACMIT - Mitigation von Klimawandel in der Landwirtschaft durch nachhaltiges Ressourcenmanagement“ hat das BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme „Nachwuchsgruppen Globaler Wandel 4+1“ fünf Jahre gefördert.

Mehtap Özaslan
Mehtap Özaslan © Universität Oldenburg

Bezahlbare Wasserstoffantriebe

Mehtap Özaslan erforscht mit ihrer Nachwuchsgruppe ECatPEMFC an der Technischen Universität Braunschweig neue Elektrodenkatalysatoren für die Niedertemperatur-Brennstoffzelle. Von Anfang an stellte sich die Nachwuchsgruppe dabei der Herausforderung, industriell relevante Katalysatoren zu entwickeln, die den Sprung vom Labor- in den Anwendungsmaßstab schaffen. Özaslan und ihr Team fördern damit den Durchbruch der Wasserstofftechnologie und ihren breiten Einsatz im Mobilitätssektor. Konkret arbeitet die Nachwuchsgruppe an neuen, umweltfreundlicheren Materialien für die vielversprechende Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die so kostengünstiger und damit konkurrenzfähig wird.

Die Polymerelektrolytbrennstoffzelle wandelt bereits bei Temperaturen unter 100 Grad Celsius chemische in elektrische Energie um. Sie gilt als sauber und vielfältig einsetzbar, zum Beispiel in Fahrzeugen oder für die Strom- und Wärmeversorgung von Gebäuden. Aber sie hat ein Problem: Aufgrund der niedrigen Temperaturen und des sauren Umfeldes braucht sie Katalysatoren, die meist auf seltenen und kostspieligen Edelmetallen wie Platin basieren. Zumindest noch. Denn Özaslan und ihr Team haben Alternativen entwickelt, die die Herstellungskosten senken und gleichzeitig die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhöhen.

In Testzellen konnte die Nachwuchsgruppe Platin um mindestens 20 Prozent reduzieren. Durch die Materialeinsparung wird die Niedertemperatur-Brennstoffzelle sowohl umweltfreundlicher als auch attraktiver für die Industrie und Özaslan kommt ihrer Vision ein Stück näher. „Ich träume davon, dass unser entwickelter Katalysator eines Tages in einem Brennstoffzellenauto an mir vorbeifährt“, verrät die Elektrochemikerin. Im Labor sind sie nun schon fast so weit, günstigere Katalysatoren anbieten zu können.

Özaslan ist der Wissenstransfer in die Praxis sehr wichtig, gerne möchte sie die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie weiter stärken. „Die Wissenschaft darf keine Blackbox sein“, begründet sie diesen Wunsch. Gleichzeitig hat sie unzählige Ideen für weitere Forschungsfragen und hat bereits mehrere wissenschaftliche Projekte frisch angeschoben. Zum Beispiel ein deutsch-japanisches Brennstoffzellen-Labor, welches ebenfalls durch das BMBF gefördert werden soll. Ideen wie diese sind vornehmlich aus der Nachwuchsgruppe entstanden. Sie sei ein „Booster“ gewesen - für Özaslan persönlich, für die Nachwuchsgruppe und für die Brennstoffzellentechnologie.

Steve Albrecht
Steve Albrecht © michael@setzpfandt.com

Günstigerer Solarstrom

Photovoltaik gilt als die Zukunft der erneuerbaren Energie. Denn die Effizienz von Solarzellen nimmt stetig zu; die Herstellungskosten von Solarstrom sinken stetig. Wind- und sonnenreiche Regionen der Welt vermelden mittlerweile Stromgestehungskosten von unter zwei Cent pro Kilowattstunde. Damit ist erneuerbare Energie mittlerweile günstiger als konventionell hergestellter Strom. Um die Effizienz in der Photovoltaik noch weiter zu steigern und damit noch mehr Sonnenstrom nutzbar zu machen, forscht die Nachwuchsgruppe MeSa-Zuma des Helmholtz-Zentrums Berlin um Steve Albrecht an innovativen Solarzellen.

Derzeit dominieren Silizium-Zellen den Markt – ihr Wirkungsgrad ist allerdings weitgehend ausgeschöpft. „Deswegen kombinieren wir Silizium-Solarzellen mit anderen, neuartigen Solarzellen“, so Albrecht. „Dadurch können wir die Effizienz von Solarzellen noch weiter steigern und dadurch Kosten senken.“ Tandemzellen heißen die Zellen mit zwei aufeinandergestapelten Schichten dann. Die Nachwuchsgruppe MeSa-Zuma kombiniert dabei die bereits erfolgreichen Siliziumzellen mit Perowskit-Zellen. Die eine Schicht erzeugt Strom aus UV- und Blaulicht, die andere aus Rot- und Infrarotlicht.

Mit zwei Schichten statt einer lässt sich also mehr Sonnenenergie auch tatsächlich in Strom umwandeln. Dabei haben sich Perowskit-Zellen erst in den letzten Jahren als geeignet erwiesen. Binnen weniger Jahre ist es Wissenschaftlern gelungen, den Wirkungsgrad von Perowskit-Zellen erheblich zu steigern. Ziel der Nachwuchsgruppe ist ein Wirkungsgrad ihrer Tandemzellen von 30 Prozent. Damit würde die Tandemzelle einen um zehn Prozentpunkte höheren Wirkungsgrad aufweisen als bisher kommerziell erhältliche Siliziumzellen.

Albrecht ist zuversichtlich, dieses Ziel tatsächlich erreichen zu können: „Mittlerweile kommen unsere Solarzellen bereits auf einen Wirkungsgrad von 29,15 Prozent.“ Zudem entwickelte das Albrechts Team ein Verfahren zur Zellen-Produktion bei niedrigen Temperaturen. Das ist eine der Voraussetzungen, um die Massenproduktion der eigenen Tandemzellen möglichzumachen. Schon jetzt hat sich die Mühe ausgezahlt: Ein japanisches Unternehmen hat die Rechte zur Produktion der Bestandteile für von der Nachwuchsgruppe patentierte Hochleistungsmoleküle gesichert. Zudem gewann Albrecht für seine Erfolge in MeSa-Zuma den Karl-Scheel-Preis der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin sowie den Berliner Wissenschaftspreis.