Drittmittelprojekte

Drittmittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Forschungsthema und Projektpartner

Zielstellung von WaNaWa ist die Einführung eines grundlegend neuen physikochemischen Prinzips zur Wasserstoffspeicherung nahe Raumtemperatur. Derzeit versprechen weder physikalische noch chemische Verfahren zur H₂-Speicherung eine ausreichend hohe gravimetrische und volumetrische Speicherkapazität nahe Raumtemperatur bei gleichzeitig moderaten Druck- sowie Beladungs- und Freisitzungsbedingungen. Ursache dafür ist die zu schwache Bindung des Wasserstoffs in physikalischen - und die zu starke Bindung in chemischen - Speichertechnologien. Der Ansatz von WaNaWa ist es, beide Speicherprinzipien synergistisch zu kombinieren.

Das dafür zu entwickelnde Speicherprinzip basiert auf der Bildung von Gaseinschlussverbindungen in –  durch Verkapselung von Wasser in porösen Kohlenstoffmaterialien gebildeten – nanoskaligen Wasserstrukturen. Wie von anderen Einschlussverbindungen bekannt, herrschen in den nanoskaligen Poren besondere physikochemische Bedingungen, welche die schnelle Ein-/ Auslagerung von Gastmolekülen (z.B. H₂) bei moderaten (Druck-)Bedingungen erlauben. Dieser innovative Speichermechanismus wird von Projektbeginn an auch unter Gesichtspunkten der Skalierbarkeit und der technischen Implementierung untersucht. Das Projekt „WaNaWa“ wird im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Wasserstoffrepublik Deutschland“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) seit März 2024 gefördert.

Das von Prof. Martin Oschatz an der FSU Jena koordinierte Projekt konzentriert sich hierbei besonders auf die Entwicklung von maßgeschneiderten Kohlenstoffmaterialien und ihre Eignung als Wasserstoffspeichermedium. Weiterhin an der FSU angesiedelt ist Dr. Eva von Domaros, die sich der theoretischen Beschreibung der Wasserstoffspeicherung widmet. Neben den Forscher*innen der FSU sind Wissenschaftler*innen der Ruhr-Universität Bochum sowie des Fraunhofer IKTS (Dresden) an den Forschungsaktivitäten beteiligt. Das BMBF fördert das Projekt WaNaWa mit rund 2.1 Mio. €.

Projektlaufzeit

03/2024 – 02/2027

Projektvolumen

ca. 813 000 EURO (Förderanteil AG Oschatz)

Drittmittelgeber
Carl-Zeiss-Stiftung

Forschungsthema 
Das Verbundprojekt „LignUp“ hat zum Ziel, Lignin vom Abfallprodukt zum Wertstoff aufzuwerten. Lignin ist ein Biopolymer, das in den Zellen mehrjähriger Pflanzen synthetisiert wird und dafür sorgt, dass diese „verholzen“. In der Zellstoffindustrie wird Lignin separiert und zum biogenen Abfallprodukt, welches größtenteils verbrannt wird. Dabei haben die Grundbausteine von Lignin einen hohen Nutzwert und Verfahren zur Aufspaltung sind bekannt. Im Projekt LignUp liegt der Fokus daher auf dem Aufbau einer Materialbibliothek sowie der Entwicklung chemisch-synthetischer Wege zur Herstellung von maßgeschneiderten (organischen, anorganischen sowie hybriden) Funktionsmaterialien aus den Ligninbestandteilen. Darüber hinaus werden konkrete Anwendungsfelder für diese Materialien getestet, wie beispielsweise der Einsatz als Alternative zu kritischen Metallen in elektrochemischen Energiespeichern oder beim Recycling sowie der Gewinnung kritischer Rohstoffe. Ziel ist, Lignin so vom Abfallprodukt zum Roh- bzw. Wertstoff upzugraden. Dazu vereint das Projektteam aus Partnern von der FSU Jena, der Universität Bayreuth, sowie dem Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe (ThIWERT)  interdisziplinäre Expertise aus den Bereichen Energiematerialien, Polymerchemie, Elektrochemie, Spektroskopie, Wasserbehandlung, Oberflächen und Grenzflächenanalytik, theoretische Chemie, Lebenszyklusanalyse, Recyclingtechnik und Umweltpolitik.

LignUp wird als strukturbildende Maßnahme an der FSU Jena für 6 sechs Jahre mit ca. 5 000 000 Euro gefördert. Die Koordination des Projektes liegt bei Prof. Dr. Martin Oschatz und Prof. Dr. Michael Stelter vom Institut für Technische Chemie und Umweltchemie. Insgesamt sind 9 PIs von der FSU Jena am Vorhaben beteiligt.

Über die Carl-Zeiss-Stiftung 

Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.

Im Rahmen des Programms „CZS Durchbrüche“ fördert die Carl-Zeiss-Stiftung internationale Spitzenforschung aus Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Thüringen. Das Programm soll Universitäten darin unterstützen, bereits ausgewiesene Forschungsstärke weiterzuentwickeln und (inter-)national auszubauen. Voraussetzung für eine Förderung durch die Carl-Zeiss-Stiftung ist eine überregionale Stellung im zu fördernden Bereich. Der geförderte Bereich muss strukturell gut eingebettet sein und hohe Relevanz für die strategische Ausrichtung der Hochschule besitzen.

Projektlaufzeit

10/2024 – 09/2030

Projektvolumen

ca. 5 000 000 EURO (alle PIs)

Drittmittelgeber
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Forschungsthema und Projektpartner

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind die derzeit etablierten elektrochemischen Energiespeicher. Es wird erwartet, dass die jährliche Nachfrage nach Lithium bis 2050 um den Faktor 18-20 steigen wird. Die begrenzte Verfügbarkeit von Lithium und die mit seiner Gewinnung verbundenen Umweltprobleme sind der Hauptgrund für die Erforschung alternativer Batteriesysteme wie der Natrium-Ionen-Batterie (NIB). Die Kommerzialisierung von NIBs ist im Gange und wird nur durch die etwas niedrigeren spezifischen Kapazitäten gegenüber LIB begrenezt. Als Anoden werden vor allem sogenannte „soft- und hard carbons“ verwendet, die aus teuren natürlichen Ausgangsstoffen hergestellt werden. Als großer weltweiter Batterieproduzent besteht für die deutsche Wirtschaft ein großes Interesse, sich auch an der Kommerzialisierung umweltfreundlicherer Batteriesysteme wie NIB früh zu beteiligen. Der Preis ist neben der hohen spezifischen Kapazität und Stabilität ein wesentlicher Aspekt für die Kommerzialsierung von Batterien. Kostengünstige Ausgangsmaterialien sind von entscheidender Bedeutung. Ein solches Material sind potientiell die so genannten Asphaltene. In Alberta, Kanada, fallen täglich Kilotonnen Asphaltene als Nebenprodukt der Ölsandverarbeitung an. Technisch gesehen handelt es sich dabei um die Rohfraktion, die bei Zugabe eines Überschusses an n-Heptan ausfällt, aber in Toluol löslich ist. Asphaltene werden derzeit als Straßenbelag und als wasserdichte Beschichtung von Gebäudefundamenten verwendet. Der Bedarf entspricht jedoch nicht annähernd der erzeugten Menge. Daher werden Asphaltene häufig einfach verbrannt. Aus diesem Grund sind kanadische Forscher sehr daran interessiert, Asphaltene zu recyceln und neinzusetzen und und damit ihren Lebenszyklus zu verlängern. OILSANDSBATT wird diese beiden Ziele in einer gemeinsamen Arbeit zwischen deutschen Batterie- und kanadischen Werkstoffexperten zusammenführen. Die Idee hinter dem Projekt ist es, eine einzigartige Synergie zwischen zwei Forschungsschwerpunkten Kanadas und Deutschlands zu schaffen, nämlich die wertschöpfende Aufwertung des Abfallprodukts Asphaltene bzw. die Entwicklung von Elektrodenmaterialien für zukünftige Batteriesysteme.

OILSANDSBATT wird sich auf die Entwicklung von neuartigen NIBs konzentrieren, die aus Ölsand gewonnene Asphaltene für die Herstellung von Anodenmaterialien verwenden werden. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele innerhalb des geplanten Projekts sind i) die Etablierung von aus Asphaltenen gewonnenen Kohlenstofffasern und kohlenstoffmodifizierten Kohlenstofffasern als Anodenmaterialien in NIB, ii) die Untersuchung der zugrundeliegenden Speichermechanismen, um eine gezielte Optimierung der Zellen im Hinblick auf eine hohe Energiedichte und Lebensdauer zu ermöglichen, und iii) die Abschätzung der CO₂-Emissionen des Produkts auf der Grundlage einer LCA-Analyse, die auf den Daten aus den synthetisch und elektrochemisch orientierten Arbeitspaketen aufbauen wird.

Das Projektkonsortium besteht aus 4 Forschungsgruppen mit Sitz in Kanada und Deutschland. Prof. Weixing Chen (University of Alberta) und Prof. Amit Kumar (gleiche Zugehörigkeit) sind Experten für Chemieingenieurwesen und Maschinenbau. Ergänzt werden sie durch Prof. Jan Philipp Hofmann (TU Darmstadt), der Experte für spektroskopische Charakterisierung ist, und die AG Oschatz (FSU Jena), die für die elektrochemische Charakterisierung der Materialien verantwortlich sein wird.

Projektlaufzeit

03/2024 – 02/2027

Projektvolumen

ca. 268 000 EURO

Drittmittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Forschungsthema und Projektpartner
Natriumionen-Batterien (NIB) mit flüssigen Elektrolyten werden derzeit bereits intensiv als günstige Alternativen sowohl für mobile als auch für stationäre Anwendungen diskutiert und erforscht. Durch den Einsatz von Festelektrolyten mit besonders hoher Leitfähigkeit für Natriumionen, sowie durch die Verwendung von speziell gestalteten Kohlenstoffgerüsten als Anodenmaterial soll im Projekt die Transformation hin zu sichereren Natrium-Feststoffbatterien gelingen.

Das Projekt „NATTER“ wird im Rahmen der Projektrichtlinie „Batterie 2020 Transfer“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) seit Februar 2023 gefördert. Ziel ist die Untersuchung und Evaluierung von Natrium-Feststoffbatterien, die aus Kohlenstoff/Festelektrolyt-Kompositen in der Anode, sulfidischen Separatoren und Cobalt-freien Kathodenkompositen aufgebaut sind.

Das von Prof. Jürgen Janek an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) koordinierte Projekt konzentriert sich hierbei besonders auf die Optimierung neuer Anoden, basierend auf Kohlenstoffgerüststrukturen – hat aber alle weiteren Zellkomponenten ebenfalls im Blick. Neben den Forscher*innen der JLU sind Wissenschaftler*innen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Humboldt-Universität zu Berlin, des Helmholtz-Zentrums Berlin, der Friedrich-Schiller-Universität Jena, sowie des Industriepartners Heraeus Kohlenstoff Technology am Projekt beteiligt. Als Interessensvertreter der Industrie begleiten die BASF SE, EL-Cell GmbH, Orion Engineered Carbons, rhd instruments GmbH und Blackstone Technology GmbH das Projekt. Das BMBF fördert das Projekt Natter mit rund 2 Mio. €.

Projektlaufzeit

02/2023 – 01/2026

Projektvolumen

ca. 347 000 EURO (Förderanteil AG Oschatz)

Link zur Projektwebseite: en

Drittmittelgeber
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Forschungsthema und Projektpartner
Der gemeinsame Transregio-SFB "Light-driven Molecular Catalysts in Hierarchically Structured Materials – Synthesis and Mechanistic Studies" („CataLight“) der Universität Ulm und der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat es sich zum Ziel gesetzt, die grundlegende Funktionsweise bis hin zu ersten Anwendungen innovativer photoka­ta­lytisch aktiver Materialien zu erforschen. Thematisch addressiert der Transregio-SFB grundlegende Herausforderungen in der Entwicklung photokatalytisch aktiver Materialien für die Nutzung von Sonnenenergie inspiriert durch die Struktur- und Funktionsprinzipien der natürlichen Photosynthese in grünen Pflanzen. Im Teilprojekt B10 werden in enger Zusammenarbeit mit Theorie und Spektroskopie molekulare Katalysatoren in poröse Matrizen aus Kohlenstoffnitrid eingebaut und ihre Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in lichtgetriebenen Prozessen analysiert. Das Teilprojekt wird in Zusammenarbeit mit der AG Timo Jacob (Universität Ulm) durchgeführt.

Projektlaufzeit

07/2022 – 06/2026

Projektvolumen

ca. 165 000 EURO (Förderanteil AG Oschatz)

Drittmittelgeber
Europäischer Sozialfonds Plus (ESF+)/Thüringer Aufbaubank

Forschungsthema und Projektpartner
Die Implementierung von Verfahren zur Abtrennung, zum Transport und zur Veredelung von Kohlenstoffdioxid mit Energie aus erneuerbaren Ressourcen ist für die zukünftige Verringerung der CO₂ Emissionen und um Hinblick auf negative Emissionen von zentraler Bedeutung. Die Zielstellung der Forschungsgruppe DeKarbon ist die Entwicklung nachhaltiger Polymermaterialien mit chemischen Strukturmotiven, die eine adsorptive Abtrennung von CO₂ z.B. aus Kraftwerksabgasen oder Luft mit hoher Selektivität sowie die gekoppelte katalytische Umwandlung ermöglichen.

DeKarbon wird aus Mitteln des Landes Thüringen sowie des Europäischen Sozialfonds Plus (ESF+) zur Umsetzung des Programms Europäischer Sozialfonds Plus im Freistaat Thüringen von 2023 bis 2025 mit ca. 980 000 EURO gefördert. Alle am Projekt beteiligten Forscher sind wissenschaftliche Mitglieder des CEEC Jena. Die AG Prof. Oschatz fungiert als Projektkoordinator. Weitere beteiligte Forschungsgruppen sind die AG Schubert (Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie), die AG Turchanin (Institut für Physikalische Chemie) und die AG Balducci (Institut für Technische Chemie und Umweltchemie).

Projektlaufzeit

03/2023 – 12/2025

Projektvolumen

ca. 370 000 EURO (Förderanteil AG Oschatz)

Drittmittelgeber

European Research Council

Forschungsthema 

Die Synthese von Ammoniak als eine der wichtigsten Industriechemikalien erfolgt seit nunmehr 100 Jahren im Haber-Bosch-Verfahren und ist verantwortlich für ca. 1-2 % des globalen Energieverbrauchs und CO₂-Ausstoßes. Durch elektrochemische Ansätze zur Reduktion atmosphärischen Stickstoffs mit Wasser zu Ammoniak, kann dieser Umwelteinfluss signifikant reduziert und Ammoniak nachhaltig produziert werden. Im Rahmen des Projekts CILCat werden ionische Flüssigkeiten in Kohlenstoffnanoporen eingeschlossen, um so katalytisch wirksame Umgebungen zu schaffen, in denen das sonst inerte Stickstoffmolekül aktiviert und zu Ammoniak reduziert werden kann.

CILCat wird mit Mitteln des European Research Council in Höhe von ca. 1.5 Mio € durch einen ERC Starting Grant gefördert. Die Förderung umfasst zwei promovierte wissenschaftliche Mitarbeiter*innen und vier Doktorand*innen, welche am Institut für Technische Chemie und Umweltchemie angesiedelt sind.

Projektlaufzeit

10/2022 – 09/2027

Projektvolumen

ca. 1 500 000 EURO

Drittmittelgeber
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)/Freistaat Thüringen/Thüringer Aufbaubank

Forschungsthema und Projektpartner
Die Röntgenpulverdiffraktometrie ist eine Methode für die strukturelle Charakterisierung kristalliner bzw. geordneter Materialien. Solche Materialien spielen u.a. in der elektrochemischen Energiespeicherung und in der Katalyse eine Schlüsselrolle. Ihre Strukturen verändern sich dabei nicht nur während der Herstellung, sondern auch während der Anwendung. Das genaue Verständnis dieser Veränderungen ist die Grundlage für die Entschlüsselung der grundlegenden Arbeitsmechanismen und bietet damit die Möglichkeit, Materialien zukünftig für eine bestimmte Anwendung gezielt maßzuschneidern.

Mit dem Aufbau des Verbundlabors DyNanoXRD wird eine moderne Messinfrastruktur geschaffen, die es erlaubt, die Bildung und den Zerfall kristalliner Phasen in nanostrukturierten Funktionsmaterialien während ihrer Herstellung und unter Anwendungsbedingungen zu untersuchen. Die Infrastrukturmaßnahme fokussiert sich zunächst auf die Themengebiete "Kohlenstoffmaterialien für Energieanwendungen", "Elektrochemische Grenzflächen", "Polymermaterialien" und "Funktionale Gläser". Die Fördermittel sind für die Beschaffung und die Implementierung der Messinfrastruktur vorgesehen. Das Verbundprojekt wird strukturelle Umwandlungen und dynamische Prozesse von Nanomaterialien unter Synthese- und Anwendungsbedingungen in Energieforschung und Katalyse untersuchen.

Sechs von sieben am Projekt beteiligten Forscherinnen und Forschern sind wissenschaftliche Mitglieder des CEEC Jena. Die AG Oschatz fungiert als Projektkoordinator. Weitere beteiligte Forschungsgruppen sind die AG Schacher/AG Schubert (Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie), die AG Turchanin (Institut für Physikalische Chemie), die AG Balducci (Institut für Technische Chemie und Umweltchemie) und die AG Wondraczek/AG Brauer (Otto-Schott-Institut für Materialforschung).

Projektlaufzeit

01/2023 – 12/2025

Projektvolumen

ca. 392 200 EURO

Deutsch: Richtlinie FTI-Thüringen PERSONEN: Forschungsgruppe ThüNaBsE - Thüringer Natrium-Batterie für skalierbare Energiespeicherung

Drittmittelgeber
Europäischer Sozialfonds Plus (ESF+)/Thüringer Aufbaubank

Forschungsthema und Projektpartner

Motivation des Vorhabens „Thüringer Natrium-Batterie für skalierbare Energiespeicherung“ („ThüNaBsE“) ist der Aufbau von standortübergreifender Fachkompetenz für die Entwicklung zukünftiger „Natrium-Ionen-Batterien“ entlang der gesamten Wertschöpfungskette in Thüringen. Neben dem Kompetenzaufbau und der Intensivierung der Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Institutionen stellt die Implementierung lokal verfügbarer Rohstoffe in die Herstellung von ´Natrium-Ionen-Batterien ein Kernziel des Vorhabens dar. Die AG Oschatz wird im Verbundprojekt hauptsächlich für das chemische Design von Aktivmaterialien der positiven und negativen Elektrode, sowie für die elektrochemische Charakterisierung und die Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen verantwortlich sein.

ThüNaBsE wird aus Landesmitteln und aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds Plus (ESF+) zur Umsetzung des Programms Europäischer Sozialfonds Plus im Freistaat Thüringen von 2024 bis 2026 mit ca. 1 000 000 EURO gefördert. Als Projektkoordinator fungiert das Batterie-Innovations- und Technologie-Center des Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme (Fraunhofer IKTS BITC) in Arnstadt. Neben der AG Oschatz sind das Fraunhofer IKTS und die AG Dietzek-Ivanšić von der FSU Jena (Institut für Physikalische Chemie) am Projekt beteiligt.

Projektlaufzeit

01/2024 – 12/2026

Projektvolumen

ca. 338 000 EURO (Förderanteil AG Oschatz)

Drittmittelgeber
Europäischer Fond für Regionale Entwicklung (EFRE)/Thüringer Aufbaubank

Forschungsthema und Projektpartner
Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie ist eine Methode für die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung und der Bindungszustände auf der Oberfläche von Nanomaterialien und an ihren Grenzflächen. Mit dem NanoLab XPS soll am Zentrum für Energie und Umweltchemie (CEEC Jena) der interdisziplinäre Forschungsschwerpunkt „Röntgenphotoelektronenspektroskopie für die Entwicklung von Nanomaterialien mit maßgeschneiderten Grenzflächen für Energieanwendungen und Katalyse“ geschaffen werden. Das Verbundprojekt wird Grenzflächenphänomene an Nanomaterialien und Nanohybriden in Energieforschung und Katalyse untersuchen.

Acht von neun am Projekt beteiligten Forschern sind wissenschaftliche Mitglieder des CEEC Jena. Die AG Prof. Oschatz fungiert als Projektkoordinator. Weitere beteiligte Forschungsgruppen sind die AG Schacher/AG Schubert (Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie), die AG Turchanin/AG Dietzek (Institut für Physikalische Chemie), AG Wächtler (Leibniz-Institut für Photonische Technologien), die AG Balducci (Institut für Technische Chemie und Umweltchemie) und die AG Wondraczek (Otto-Schott-Institut für Materialforschung).

Projektlaufzeit

09/2021 – 04/2023

Projektvolumen

ca. 471 000 EURO