Materialien für Energiekonversion und Speicherung

Die anhaltende Verbrennung fossiler Brennstoffe infolge des wachsenden Energiebedarfs hat die Welt in eine Klimakrise geführt. Wir können nicht länger Kohlenstoff aus der Lithosphäre in die Atmosphäre überführen, um unsere Energie, Chemikalien, Materialien und Brennstoffe zu erhalten. Stattdessen müssen wir Elemente, die bereits in der Atmosphäre oder Biosphäre vorhanden sind, nutzen, um recycelbare Träger für erneuerbare Energie zu produzieren. Das Schließen der Wasser- und Kohlenstoffdioxidzyklen wird entscheidend sein, da dies der Schlüssel zur Speicherung von nachhaltiger Energie in synthetischen Chemikalien (=Brennstoffen) ist. Unsere Vision ist, ein Forschungszentrum für Energiematerialien zu schaffen, welches das Verständnis und Design effizienter Energieumwandlung ermöglicht und den Weg zu einer fossil-freien Gesellschaft ebnet. Reichlich vorhandene Moleküle wie Wasser und Kohlenstoffdioxid sind der ideale Ausgangsstoff für die chemische Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Zwei potenzielle Wege sind die Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff und die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in höherwertige Produkte: Handelschemikalien (Ameisensäure, Formaldehyd, Methanol, Methan als Ersatz für Erdgas) und Brennstoffe (längerkettige Alkane, Olefine). Nachhaltige Umwandlungsprozesse sind die Elektrokatalyse (unter Verwendung von Elektrizität) und die Photokatalyse (unter Verwendung von Sonnenlicht), sie leiden jedoch unter geringer Effizienz und dem Bedarf an Edelmetallkatalysatoren. Wir müssen seltene Elemente durch häufige ersetzen und alternative, kostengünstige Katalysatoren mit hoher Aktivität, Selektivität und Stabilität entwickeln. Um diese Ziele zu erreichen, müssen wir die grundlegenden Prozesse, Mechanismen und Materialeigenschaften von Elektro- und Photokatalysatoren auf atomarer Ebene verstehen. Wir müssen wissen, wie Oberflächen auf molekularer Ebene über einen weiten Parameterbereich funktionieren. Ein langfristiges Ziel ist, das grundlegende Verständnis und Design fortschrittlicher Energiewerkstoffe mittels Interaktion mit relevanten Unternehmen auf Anwendungen zu übertragen. Die vielseitige Natur des Problems erfordert einen interdisziplinären Ansatz. Der Excellenzcluster vereinigt die besten Köpfe unseres Landes und gibt ihnen die Mittel, um zusammenzuarbeiten und ein Netzwerk aufzubauen, das wissenschaftliche Durchbrüche verspricht und Talente anzieht. Das Team umfasst Experten_innen aus den Bereichen Physik, Chemie, Oberflächen- und Materialwissenschaften, sowie computergestützte Modellierung. Das Zentrum fördert junge Wissenschaftler_innen und bietet ein strukturiertes Promotionsprogramm für Doktorand_innen, sowie spezielle Schulungen für Postdocs und junge Forscher_innen. Der Vorstand besteht aus Ulrike Diebold (TU Wien), Stefan Freunberger (IST Austria), Leticia Gonzlez (Universität Wien), Julia Kunze-Liebhäuser (Universität Innsbruck) und Günther Rupprechter (TU Wien; Forschungsdirektor).