Eisen statt kritischer Hightech-Metalle

Neuer Sonderforschungsbereich der TU Darmstadt forciert nachhaltige Ressourcennutzung

29.11.2021 von

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat den neuen Sonderforschungsbereich „Eisen, neu gedacht!“ unter Federführung des Fachbereichs Chemie der TU Darmstadt bewilligt. In über 20 Teilprojekten werden Forschende aus fünf Universitäten und einem Max-Planck-Institut untersuchen, wie sich bedenkliche Metalle in technischen Anwendungen durch Eisen ersetzen lassen.

Erfolgreiches Team: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Frankfurt am Main, Mainz, Heidelberg und Marburg sowie des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr tragen den neuen SFB.

Ob Brennstoffzellen oder Windkraftanlagen: Viele grüne Technologien basieren auf seltenen und teuren Metallen, die zudem oft giftig sind und unter bedenklichen Bedingungen gewonnen werden. Forschende der TU Darmstadt befassen sich bereits mit nachhaltigen Alternativen. Jetzt erhalten sie Aufwind: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat unter dem Titel „Eisen, neu gedacht!“ einen neuen Sonderforschungsbereich (SFB 1487) bewilligt. Für die erste Förderphase stehen in den kommenden vier Jahren rund zehn Millionen Euro bereit.

Eisen vereint viele Vorteile

TU-Chemieprofessorin Ulrike Kramm, Leiterin des Arbeitsgebiets „Katalyse und Elektrokatalyse“ und Sprecherin des neuen SFB, erklärt: „Eisen bietet sich wegen seiner vielfältigen Eigenschaften, geringen Kosten und leichten Verfügbarkeit als Ersatz für kritische Metalle an.“ Damit das allgegenwärtige Metall die Funktion von Platin, Palladium und deren Verwandten übernehmen könne, müsse man es in eine dem jeweiligen Zweck angepasste chemische Umgebung einbinden. Kramm etwa entwickelt Katalysatoren für Brennstoffzellen auf Basis von einzelnen Eisenatomen, die in Stickstoff-Umgebungen eingebettet sind. Solche Katalysatoren, aber auch Cluster aus wenigen Eisenatomen, dotiertes metallisches Eisen und neue Legierungen stehen im Fokus der über 20 Teilprojekte von „Eisen, neu gedacht!“.

Professorin Ulrike Kramm,
Sprecherin des neuen SFB 1487

„Eisen bietet sich wegen seiner vielfältigen Eigenschaften, geringen Kosten und leichten Verfügbarkeit als Ersatz für kritische Metalle an. Wir müssen es nur in eine dem jeweiligen Zweck angepasste chemische Umgebung einbinden."

Bild: Mathias Daum

Gezielt optimieren

„Mit vereinter Expertise wollen wir den Einfluss der chemischen Umgebung aufklären, damit wir die katalytischen, magnetischen und optischen Eigenschaften von Eisen zielgerichtet optimieren können“, unterstreicht TU-Assistenzprofessorin Vera Krewald, Co-Sprecherin des neuen SFB und Leiterin des Arbeitsgebiets „Theoretische Chemie“. Mit quantenchemischen Rechnungen entschlüsselt ihr Team Elektronenstrukturen in Molekülen und trägt so zum Verständnis von chemischen Reaktionen und katalytischen Prozessen bei.

Die DFG fördert „Eisen, neu gedacht!“ zunächst über eine Laufzeit von vier Jahren, insgesamt ist die Initiative auf zwölf Jahre ausgerichtet. „Die Erkenntnisse, die wir in dieser Zeit für Eisen erlangen, wollen wir auf andere nachhaltige Metalle übertragen und sie so ebenfalls für Hightech-Anwendungen verfügbar machen“, beschreibt TU-Chemieprofessor Christian Hess, ebenfalls Co-Sprecher des neuen SFB, das übergeordnete Ziel. Seine Arbeitsgruppe beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung und spektroskopischen Charakterisierung von Katalysatoren für die nachhaltige Chemieindustrie. Im SFB werden die Forschenden um Hess neue Methoden entwickeln, um eisenhaltige Katalysatoren in Aktion zu beobachten.

Tanja Brühl,
Präsidentin der TU Darmstadt

Die Forschung am Element Eisen kann helfen, die ökonomischen wie die ökologischen Kosten chemischer Prozesse und Materialien zu senken.

Präsidentin Tanja Brühl
Bild: Katrin Binner

Perfekte Passung zur TU-Forschungsstrategie

„Ich freue mich sehr über den neuen Sonderforschungsbereich, weil er sich der globalen Herausforderung stellt, substantielle Beiträge zu einer nachhaltigen Ressourcennutzung zu liefern“, sagte TU-Präsidentin Professorin Tanja Brühl. „Die Forschung am Element Eisen kann helfen, die ökonomischen wie die ökologischen Kosten chemischer Prozesse und Materialien zu senken“, so Brühl. Der TU-Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs, Professor Peter Stephan, setzt auf weitreichende neue Erkenntnisse und Lösungen: „Das Identifizieren neuer Substitutionsmaterialien kommt möglicherweise der Speicherung von erneuerbarer Energie oder der Brennstoffzelltechnologie zu Gute. Der Sonderforschungsbereich passt jedenfalls perfekt zur langfristigen Forschungsstrategie der Universität.“

SFB 1487 Logo
Logo des neuen SFB 1487 „Eisen, neu gedacht!“

Das Forschungsnetz

„Eisen, neu gedacht!“ vereint insgesamt etwa 55 Forschende der TU Darmstadt und der Universitäten Frankfurt am Main, Mainz, Heidelberg und Marburg sowie des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr.

Die Beteiligungen im Überblick:

TU Darmstadt: Fachbereiche Chemie, Material- und Geowissenschaften, Maschinenbau

Goethe-Universität Frankfurt am Main: Institut für Theoretische Physik

Johannes-Gutenberg-Universität Mainz: Department Chemie

Universität Heidelberg: Anorganisch-Chemisches Institut (ACI)

Philipps-Universität Marburg: Anorganische Chemie – Fluorchemie

MPI für Chemische Energiekonversion: Forschungsgruppe EPR-Spektroskopie