STROMER - Nachhaltige Transformation durch elektrochemische Reaktionen

Das Doktorandenkolleg des Themenbereiches Umwelt- und Biotechnologie

Die schnell wachsende und schwankende Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie erfordert deren Speicherung und angepasste Formen der Nutzung. Dies bietet ein beispielloses Potenzial für den Einsatz elektrischer Energie in der Umwelt- und Biotechnologie. In elektrochemischen Systemen dienen Elektronen als einheitliches Äquivalent zur Überwachung, Steuerung und als Triebkraft unterschiedlichster Redoxprozesse. Die Verwendung von Elektronen als Reagenz in technischen Systemen, z.B. zur Synthese von wertvollen Verbindungen oder zum Abbau von Schadstoffen, erfüllt die Prinzipien der nachhaltigen Chemie und verspricht einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil.

Einleitung

Elektrochemische Prozesse basieren auf Phasengrenzen zwischen Elektronen- und Ionenleitern, d.h. Elektroden und Elektrolyten, und dem Transport in diesen Leitern. So spielen für elektrochemische Prozesse chemische, physikalische und biologische Heterogenitäten auf verschiedenen strukturellen und zeitlichen Ebenen eine Schlüsselrolle. Diese Heterogenitäten können über elektrochemische Potenziale, z.B. für Synthese, Abbau und Sensorik, genutzt und gesteuert werden. Die oben beschriebene vielfältige und weitreichende Nutzung elektrischer Energie kann daher nach dem derzeitigen Wissensstand oder durch die Nutzung vorhandener Technologien nicht erreicht werden.

Das Doktorandenkolleg STROMER widmet sich dem Verständnis und der Anwendung physikalischer, chemischer und biologischer Heterogenitäten in elektrochemischen Prozessen und Reaktoren.

Forschung

Wir betrachten elektrischen Strom bzw. Elektronen als Reagenz für eine nachhaltige Transformation durch elektrochemische Reaktionen. Darauf basierend entwickeln wir vereinheitlichende, anwendbare Konzepte für den Einsatz elektrochemischer Prozesse und Reaktoren, indem wir deren inhärente Heterogenitäten auf verschiedenen Ebenen steuern. Durch Zusammenführung und Stärkung bestehender Expertisen verschiedener Departments (ANA, ISOBIO, SOMA, TUCHEM, UBZ und UMB) am UFZ fördern wir die Bildung eines führenden Clusters zur Erforschung und Anwendung elektrochemischer Prozesse in der Umwelt- und Biotechnologie. Im Doktorandenkolleg STROMER zielen wir darauf ab, elektrochemische Prozesse zu verstehen und zu kontrollieren, indem wir die zugrunde liegenden Heterogenitäten analysieren und anwenden, um damit Prozessfunktionen zu steuern. STROMER umfasst vier integrierte Promotionsprojekte, die durch die Grundlagen der Verwendung von Elektronen als universelle Währung für die (bio)elektrochemische Reaktion sowie die für ihre Untersuchung verwendeten Materialien und Methoden verbunden sind. Die Promotionsprojekte befassen sich dabei mit folgenden Schlüsselfragen: