Für seine Doktorarbeit zur künstlichen Photosynthese ist der Chemiker Dr. Simon Kaufhold mit dem Südwestmetall Förderpreis über 5000 Euro ausgezeichnet worden. "Wissenschaft und Forschung sind für den Wirtschaftsstandort Deutschland enorm wichtig", betont Götz Maier, Geschäftsführer von Südwestmetall in Ulm anlässlich der Preisverleihung. Herausragendes Knowhow sei mit Sicherheit ein Wettbewerbsvorteil für global agierende Unternehmen. Deshalb vergibt der Verband der Metall- und Elektroindustrie jährlich Förderpreise an hervorragende Nachwuchswissenschaftler der neun baden-württembergischen Landesuniversitäten.
Ausgangspunkt der Dissertation von Dr. Simon Kaufhold, dem diesjährigen Ulmer Preisträger, ist ein gesellschaftlich hochrelevantes Thema: der Klimawandel. Um ihm zu begegnen, muss die Menschheit künftig auf erneuerbare Energie setzen. Das Problem: Bei global verfügbaren Alternativen wie der Sonnenenergie ist die Speicherung bislang ineffizient. Dies möchte Simon Kaufhold ändern: Für seine wissenschaftliche Arbeit am Institut für Anorganische Chemie I der Uni Ulm hat er sich deshalb die Natur zum Vorbild genommen. Denn bei der Photosynthese gelingt es Pflanzen, Algen und bestimmten Mikroorganismen, aus Licht, Wasser und Kohlendioxid Energieträger herzustellen. Die künstliche Photosynthese versucht, diesen Speichervorgang nachzuahmen. Dabei führt der direkte Weg über die Spaltung von Wasser in molekularen Wasser- und Sauerstoff. Die Vorteile: Wasserstoff lässt sich leicht speichern und steht auch zur Verfügung, wenn die Sonne nicht scheint.
Lichtsammlung und Katalyse sind chemisch direkt miteinander verbunden
Im Zuge seiner Doktorarbeit hat Simon Kaufhold eine Halbreaktion durchgeführt, die in ähnlicher Form bei der natürlichen Lichtreaktion der Photosynthese vorkommt. Dazu hat der Chemiker eine Lichtsammeleinheit direkt mit der auf Platin basierenden Katalyseeinheit verbunden. "So kann innerhalb nur einer molekularen Funktionseinheit Lichtenergie aufgenommen und zur Produktion von Wasserstoff verwendet werden. In der Natur sind hierfür eine Vielzahl von Untereinheiten nötig, die zehntausende von Atomen umfassen", erklärt der 31-jährige Wissenschaftler. Darüber hinaus hat Kaufholds System eine weitere Besonderheit: Durch kleine Veränderungen während des Katalyseprozesses lässt sich eine deutliche Leistungssteigerung erreichen. Ein ähnlicher Effekt sei bei einem verwandten System nur durch synthethische Anpassungen möglich, betont der Chemiker. Geschäftsführer der Bezirksgruppe Ulm Götz Maier lobt die gesellschaftliche Relevanz des Forschungsprojekts: "Der diesjährige Preisträger hat sich mit dem hochaktuellen Thema der Nachbildung der Photosynthese durch den Menschen befasst. Die Ergebnisse der Arbeit lassen die Energieerzeugung der Zukunft ein Stückchen näher rücken."
Dr. Simon Kaufhold hat Chemie an der Universität Erlangen-Nürnberg studiert und ein Erasmusjahr am Imperial College in London verbracht. Ab 2013 promovierte er bei Professor Sven Rau am Institut für Anorganische Chemie I. Mittlerweile forscht Kaufhold als Postdoktorand an der schwedischen Universität Lund. Dabei ist er der Sonnenergieumwandlung und -speicherung treu geblieben, inzwischen setzt er allerdings Eisen-basierte Lichtsammeleinheiten ein. "Im Gegensatz zu Ruthenium, das ich bei meiner Doktorarbeit verwendet habe, ist es mit Eisen deutlich schwieriger, langlebige angeregte Zustände zu erreichen, die für die Energieumwandlung nötig sind", beschreibt Kaufhold die Herausforderung. Aufgrund der höheren Verfügbarkeit und des geringeren Preises hätten Eisenverbindungen jedoch deutlich größere Chancen, massentauglich zu werden und einen Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Text und Medienkontakt: Annika Bingmann