CatLab
Die vor dem Hintergrund des Klimawandels dringend benötigte Defossilierung des Energiesystems erfordert neben dem drastischen Ausbau erneuerbarer Elektrizität auch die Entwicklung alternativer, nachhaltig hergestellter stofflicher Energieträger.
Chemische Energieträger werden als Langzeitspeicher im Energiesystem benötigt, sind als Weichensteller für die Transformation der Mobilität entscheidend und Kernbestandteil von CO2-neutralen industriellen Prozessen, insbesondere in der energieintensiven Industrie. Die Energiewende in Deutschland und Europa kann daher nur gelingen, wenn wesentliche Mengen der insgesamt benötigten Energie durch synthetische stoffliche Energieträger gespeichert und importiert werden können und ein europäischer Leitmarkt für wasserstoffbasierte Energieträger etabliert wird.
Hierbei besteht die zentrale Aufgabe darin, neuartige Katalysatoren zu entwickeln, um eine effiziente Umwandlung chemischer Energie in elektrische und umgekehrt zu gewährleisten.
Für diese Energiewandlungen gibt es drei wesentliche Herausforderungen zur Realisierung von CO2- neutralen Energiesystemen und zur Nutzung von erneuerbarem Strom als Primärenergiequelle im globalen Maßstab:
- Nachhaltige Wasserstofferzeugung
- Ferntransport und -lagerung von Wasserstoff durch synthetische Energieträger
- Energiegünstige weitere Umwandlungen in synthetische Kraftstoffe und Grundchemikalien
Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, sind chemische Umwandlungsprozesse basierend auf neuartigen maßgeschneiderten (Chemo-, Elektro- und Photo-) Katalysatoren im industriellen Maßstab notwendig. Dabei muss jeder Katalysator eine Kombination von multifunktionalen Materialien enthalten, die in einem kontrollierten Herstellungsprozess entwickelt werden.
Hierfür ist multidisziplinäre Forschung in Physik, Chemie, Materialwissenschaft, Elektrotechnik und Datenwissenschaft erforderlich.
Die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und umgekehrt als Möglichkeit eines CO2-neutralen Energiesystems.
Bündelung der Kompetenzen von Max-Planck und Helmholtz in CatLab
Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) bündelt seine Expertise in der Synthese und Charakterisierung von dünnen Schichten mit der Expertise in Katalyse der Max-Planck-Gesellschaft. In dieser einzigartigen Kombination wurde vom HZB, dem Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion und dem Fritz-Haber-Institut in Berlin das Langzeitvorhaben CatLab gestartet. Dieses soll die Entwicklung zielgerichteter energierelevanter Katalysatoren international führend vorantreiben und in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen in disruptive skalierbare Technologien bis in die industrielle Anwendung in Adlershof umsetzen. Dabei ermöglicht die räumliche Nähe zu der Synchrotronquelle BESSY II und den Laboratorien mit ihren vielfältigen Analyse- und Charakterisierungsoptionen große Synergieeffekte. Zudem wird durch die Einbindung von Großunternehmen von Beginn des Vorhabens die gesamte Innovationskette abgedeckt und Wertschöpfung für den Standort Berlin und Deutschland im Allgemeinen generiert.
Teilprojekte in CatLab
Beiträge der Partner
Das Umfeld von CatLab
Das CatLab stärkt die Zusammenarbeit zwischen den weltweit führenden Katalysatorgruppen der Max-Planck-Gesellschaft, dem Exzellenzcluster UniSysCat, der Industrie und dem Energieforschungsprogramm der Helmholtz-Gemeinschaft. Bereits von Beginn an zeigt die chemische Industrie großes Interesse an CatLab. Ein CatLab zugeordnetes Projekt zwischen einem international namhaften Unternehmen und der Helmholtz-Gemeinschaft wurde im Juni 2020 gestartet.
Gebäude
Ein neues innovatives Büro- und Laborgebäude, das Forschung auf höchstem Niveau ermöglicht, soll mittelfristig nicht nur CatLab ein Zuhause geben, sondern auch nahtlos mit einem Innovation Center und einer Data Science-Plattform verbinden.
Das neue Büro- und Laborgebäude (blaue Fläche) soll in unmittelbarer Nähe zu BESSY II und weiteren Laboren gebaut werden. ©HZB/Foto: D. Laubner