Katalytische Grenzflächen (INW-1)
Chemische Energiespeicherung mit Fokus auf Grenzflächenforschung
Im Bereich 1 „Nanoskala“ des INW stehen die elementaren Vorgänge auf der Katalysatoroberfläche bei der Hydrierung und Dehydrierung von Wasserstoff-Speichermolekülen im Vordergrund. Neben der höchstmöglichen Produktivität und Effizienz geht es hier vor allem um eine Maximierung der Selektivität im Speicherzyklus, um Wasserstoffverluste und Degradation der Speichermoleküle zu vermeiden und die Kosten der Wasserstoffspeicherung weiter zu reduzieren. Im Falle der Verwendung organischer Speichermoleküle, die in vielfachen Einspeicher- und Freisetzungszyklen zum Einsatz kommen sollen, gilt es Reaktions- und Abbaumechanismen auf molekularer Ebene an den katalytisch aktiven Grenzflächen zu verstehen, um den Lebenszyklus der Speichermoleküle durch optimierte Katalysatormaterialien zusätzlich verlängern zu können.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Vermeidung oder drastische Reduktion von Edelmetallkomponenten, beispielsweise durch die Entwicklung neuartiger Legierungskatalysatoren. Ein weiterer wichtiger Impuls für die wissenschaftlichen Arbeiten auf der Nanoskala ergibt sich durch die Erforschung neuer Speichermoleküle, z. B. mit reduzierter Dehydrierenthalpie oder biogenen Ursprungs, für die die Elementarprozesse auf der Katalysatoroberfläche, geeignete Materialkombinationen und relevante Degradationsmechanismen erst noch ermittelt und grundlegend verstanden werden müssen.
29. November 2023: Neuer Direktor am Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft
Prof. Hans-Georg Steinrück (Copyright: Forschungszentrum Jülich / Guido Jansen)
Das Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) am Forschungszentrum Jülich wächst weiter. Am 1. Dezember wird Prof. Dr. Hans-Georg Steinrück Direktor des Bereichs Katalytische Grenzflächen (INW-1). Der 35-jährige Physiker wechselt vom Chemiedepartment der Universität Paderborn nach Jülich und wird den Institutsbereich neu aufbauen. Mit Steinrück sind zwei Jahre nach Gründung des INW drei der vier Institutsbereiche mit Direktor:innen besetzt. Im März war Prof. Dr. Andreas Peschel am INW-4 gestartet, im Oktober Prof. Dr. Regina Palkovits am INW-2.
„Der Aufbau unseres neuen Instituts INW schreitet stetig voran. Ich freue mich daher sehr, dass wir mit Prof. Hans-Georg Steinrück einen weiteren international renommierten jungen Wissenschaftler für den Aufbau unseres neuen Institutsbereichs gewinnen konnten und damit einen weiteren Vordenker einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft in Jülich begrüßen dürfen“, sagt Dr. Peter Jansens, Mitglied des Vorstands am Forschungszentrums Jülich. „Ich hoffe, dass das Team aus erstklassigen Direktorinnen und Direktoren viele weitere talentierte Forschende motiviert, sich dem INW anzuschließen.“
Steinrück hat in Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg promoviert und danach fünf Jahre in der Abteilung Materialwissenschaften des SLAC National Accelerator Laboratory der renommierten US-Universität Stanford geforscht. Seit 2020 ist er Juniorprofessor für "Grenzflächenbestimmte Prozesse in der Reaktionstechnik" an der Universität Paderborn. Nach dem sogenannten Jülicher Modell erhält Hans-Georg Steinrück einen Ruf als Professor an die RWTH Aachen und gehört ab Dezember dem Aachener Institut für Physikalische Chemie an.
„Mich reizen die Herausforderung und die Chance, den Aufbau eines neuen Instituts mitzugestalten“, sagt Hans-Georg Steinrück. Jülich und Aachen seien Standorte, die für Spitzenforschung im Bereich der erneuerbaren Energien bekannt sind. „Außerdem habe ich am INW die innovative Möglichkeit, skalenübergreifend zu arbeiten. Eine solche Struktur, die im Resultat dazu führt, dass Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung schneller in die Anwendung kommen, halte ich für sehr spannend und fortschrittlich.“ Eine ähnliche Herangehensweise kenne er aus seiner Zeit am SLAC in Stanford.
Die Institutsbereiche am INW bauen inhaltlich aufeinander auf. Hans-Georg Steinrück wird auf der kleinsten Skala arbeiten, weil er die Rolle und Wechselwirkungen der Atome und Moleküle in Prozessen wie der Katalyse und anderen Reaktionen untersucht. „Die Frage, wie wir ein Molekül auf einer Katalysator-Oberfläche anordnen, bestimmt später maßgeblich die Antwort auf die Frage, wie langlebig und effizient der Reaktor in der Anwendung ist“, erklärt Steinrück, wie sein Forschungsbereich die der anderen INW-Institutsbereiche beeinflusst.
Unter anderem will der neue Direktor präzise in-operando-Messmethoden entwickeln und weiter verfeinern, mit denen sein Team und er die Eigenschaften von Atomen und Molekülen besser bewerten können. „Wir setzen beispielsweise oberflächensensitive Röntgenmethoden wie Röntgenreflektometrie ein und können somit beobachten, wie sich die Eigenschaften von Katalysatoroberflächen während des Betriebs verändern und entwickeln.“
In der ersten Phase seiner Arbeit am INW baut Steinrück sein eigenes Team auf. Gesucht werden Chemiker:innen, Physiker:innen und Ingenieur:innen, Postdocs und Promovierende sowie Techniker:innen. Ein Teil der Stellen ist bereits ausgeschrieben.
Das INW bildet den Kern des Helmholtz-Clusters Wasserstoff (HC-H2). Das Cluster soll im Strukturwandel im Rheinischen Revier mit der Demonstration neuer Wasserstechnologien für wirtschaftliches Wachstum sorgen.