Die Ressourcen, die unser Planet zur Verfügung stellt, sind begrenzt und wir müssen
verantwortungsbewusst mit ihnen umgehen. Dafür benötigen wir nachhaltigere
Technologien und Konzepte: Der Energiebedarf der chemischen Industrie muss
deutlich sinken, während gleichzeitig eine Abkehr von kritischen und problematischen
Stoffen und Elementen notwendig ist.
Die chemische Forschung spielt hier eine zentrale Rolle. Ein wichtiger Ansatz ist
die katalytische Umwandlung kleiner, einfacher Moleküle (z. B. Kohlenstoffdioxid
oder Wasserstoff) in wertvollere Chemikalien. Katalysatoren sind dabei „Beschleuniger“ für Reaktionen: Sie ermöglichen, dass chemische Prozesse schneller, passgenauer
und energieärmer ablaufen.
Für die Energiewende in Deutschland bedeutet das: Weg von fossilen Energieträgern wie Erdgas und Kohle. Auch viele
chemische Prozesse müssen umgestellt werden. Künftig werden erneuerbar hergestellte Grundbausteine besonders wichtig, etwa Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid oder -dioxid und (Bio-)Methan. Aus diesen Bausteinen lassen sich viele Produkte herstellen, wenn geeignete Katalysatoren verfügbar sind.
An der Universität Tübingen forscht die von der Vector Stiftung geförderte Nachwuchsgruppe um Juniorprofessor Dr. Manfred Manßen daran, neue Katalysatoren auf Basis nachhaltiger, gut verfügbarer Metalle
(z. B. Titan, Vanadium oder Zirkonium) zuverstehen und zu entwickeln. Diese Elemente sind interessante Alternativen zu seltenen oder teuren Metallen, werden in der Katalyse aber noch nicht in ihrem vollen Potenzial genutzt.
Um diese Wissenslücke zu schließen, entwerfen die Forschenden spezielle MolekülGerüste (Liganden), die in ihrer Mitte Metalle stabil binden können. Auf diese Weise lassen sich die Bedingungen einer chemischen Reaktion gezielt einstellen und neue Reaktionswege erschließen. Ein besonderer Schwerpunkt ist die
Fixierung („Immobilisierung“) molekularer Katalysatoren auf Oberflächen.
So werden Vorteile beider Welten kombiniert: Die Systeme bleiben gut charakterisierbar und zugleich können die Katalysatoren einfacher von den Reaktionsstoffen getrennt und recycelt werden. Das unterstützt nachhaltige Prozesse – und kann neue, bislang schwer erreichbare chemische Umsetzungen ermöglichen.
