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Traumhafte Verbindungen

Im Exzellenzcluster „UniCat“ wird nach Katalysatoren geforscht

Wer  einen  Berg  erklimmt,  der  ist,  wenn die  Energie  nicht  mehr  ausreicht,  meist froh  über  eine  Abkürzung.  Auch  in  chemischen  Reaktionen  sind  „Abkürzungen“vorteilhaft  und  gewollt.  Wenn  zwei  Mole- küle  miteinander  reagieren,  dann  gelingt ihnen dieses manchmal nur mit Hilfe eines dritten Stoffes, aber vor allem schneller und mit weniger  Energieverbrauch. Dabei wird dieser  Mittlerstoff,  Katalysator  genannt, nicht  verbraucht  und  erscheint  auch  nicht im Endprodukt.

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Der Laie ahnt  schon, dass  Katalysatoren sehr wertvoll sind und nicht nur Chemikerherzen höher schlagen lassen, sondern auch die der Industrie. Denn durch das Hinzufügen  von  Katalysatoren  können  bestimmte Prozesse  nicht  nur kostengünstiger  ablaufen, sondern auch wertvollere Stoffe zu Tage fördern. Katalysatoren und die Katalyse wollen auch die  rund  50  Arbeitsgruppen  im  Exzellenzcluster  „Unifying  Concepts  in  Catalysis“ (UniCat) weiterentwickeln, das unter Federführung  der  Technischen Universität  auch Professoren der Humboldt-Universität und der Freien Universität sowie eine Reihe außeruniversitärer  Forschungseinrichtungen vereint. „Chemiker, Physiker, Biologen und Ingenieurwissenschaftler  arbeiten  hier  an der Erforschung und Entwicklung von Katalysatoren  für eine effizientere Nutzung von natürlichen  Energie-  und  Materialressourcen“, erklärt der Professor für Anorganische Chemie,  Christian  Limberg.  Er  gehört  zusammen  mit  Prof.  Dr.  Bärbel  Friedrich, Prof.  Dr.  Peter  Hegemann  und  anderen Professoren  zu  den  HU-Beteiligten.

Einer von  den  drei UniCat-Forschungsbereichen, der sich mit der Entwicklung neuer homogener  und  heterogener  Katalysatoren  für die Aktivierung kleiner Moleküle und deren Umwandlung  in  wertvollere  Produkte  beschäftigt, wird von dem  theoretischen Chemiker Prof. Dr. Joachim Sauer geleitet. „Traumhaft wäre  es, wenn wir  einen Katalysator  entwickeln  würden,  der Methan  in Methanol umwandeln kann“, sagt Professor Limberg. Als Bestandteil des Erdgases wird Methan  derzeit  hauptsächlich  verbrannt.  Dazu muss  es  von  der  Stelle  des Vorkommens  zum  Verbraucher  transportiert  werden, und dieser Transport  ist nur schwierig sicher und ökonomisch zu bewerkstelligen. „Methanol  kann  ebenfalls  als  Energielieferant  genutzt werden,  ist  dabei  aber  flüssig und besser zu handhaben; gleichzeitig stellt Methanol  innerhalb der chemischen  Industrie  ein wichtiges Ausgangsprodukt  für  die Feinchemikaliensynthese dar.“ Auch andere wertvolle Ausgangsprodukte,  beispielsweise für  Polymere,  lassen  sich  ausgehend  von Methan gewinnen, wenn man das Patentrezept dafür  findet. Die bisherigen Verfahren der Umwandlung von Methan zu Methanol sind noch nicht befriedigend.

Die  „Intelligenten  Enzyme“  (Biokatalyse) und  die  technische  Anwendung  von  Katalysatoren  sind  die  zwei  weiteren  Schwerpunkte von UniCat. Bei der Biokatalyse werden natürliche Katalysatoren wirksam, die im Laufe der Evolution für einen bestimmten Zweck optimiert wurden.  „In  der Natur  kommen  Katalysatoren in großer Vielfalt vor, beispielsweise bei der Photosynthese oder der Atmung. Tatsächlich sind diese natürlichen Katalysatoren, die Enzyme,  an Effizienz, Effektivität und Selektivität kaum zu übertreffen“, erklärt Professor Limberg. Daher versuchen die Wissenschaftler rund um Professor Bärbel Friedrich, die Entstehung  und  Wirkungsweisen  der  so genannten Hydrogenasen zu verstehen, „die in vielen Bakterien und Grünalgen vorkommen und dort die Verwendung von Wasserstoff  als  Energiequelle  erlauben“.  Gelänge es,  solche  Enzyme  künstlich  mit  anderen zu  verknüpfen,  die  für  die  Photosynthese verantwortlich  sind, wäre  dies  die Grundlage, um eines Tages mit Hilfe von Licht und Wasser Wasserstoff als Energieträger zu produzieren – eine billigere Methode der Energiegewinnung gibt es wahrscheinlich nicht.  

Im  Rahmen  von  UniCat  wird  an  der HU eine neue Professur  im Bereich Biochemie-Strukturbiologie  eingerichtet.  Zwei  Nachwuchsgruppen  werden  aufgebaut. Die  Studierenden,  die  in  ihren  Praktika  auch  in das  Fachgebiet  Katalyse  hineinschnuppern können,  dürfen  sich  auf  den  Kontakt  mit vielen  renommierten  Persönlichkeiten  aus der ganzen Welt freuen, die im Rahmen von UniCat-Veranstaltungen  Berlin  besuchen werden.  Doktoranden  erfahren  innerhalb der BIG-NSE (Berlin International Graduate School of Natural Sciences and Engineering) ein  interdisziplinäres Umfeld, und die Wissenschaftler  freuen  sich,  ihre  Forschungsprogramme  umzusetzen  und  hoffen, manchen schwierigen Berg zu erklimmen.

Ljiljana Nikolic