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Synchrotronforschung für Klimaschutz und Energiewende

03.05.2022: Synchrotronstrahlung zeigt uns, wie Materialien im Innersten aufgebaut sind und funktionieren. Dazu gehören auch Materialien, die wir brauchen, um unabhängiger von fossilen Energieträgern zu werden - zum Beispiel in Solarzellen, in Batterien und bei der Herstellung von grünem Wasserstoff.

 

Was beeinflusst das Klima und wie können wir dem Klimawandel entgegenwirken und mit den Folgen fertig werden? Mit diesen drei zentralen Problemen (Physical Science Basis, Mitigation, Adaption laut IPCC) muss sich die Gesellschaft auseinandersetzen, und die Forschung mit Synchrotronstrahlung leistet dazu einen wertvollen Beitrag. Der Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von Materialien, die uns unabhängig von fossilen Energien machen - zum Beispiel Materialien für Solarzellen, für Batterien, oder für die Herstellung von grünem Wasserstoff und die Umwandlung von CO2. Für die Erforschung regenerativer Bau- und Werkstoffe ist die Synchrotronstrahlung ebenso im Einsatz. Und auch für das Verständnis des Systems Erde und des Klimas werden die vielfältigen Synchrotronstrahlungmethoden genutzt. Die dafür nötige Forschungsinfrastruktur wird in aktuellen BMBF-Programmen wie „Erforschung von Universum und Materie ErUM“ durch das Bundesforschungsministerium gefördert (ErUM-Pro und ErUM-Data).

Synchrotronstrahlung ist extrem intensive Strahlung bis in den Röntgenbereich. Sie wird an Großforschungsanlagen wie Speicherringen oder Freie-Elektronen-Lasern erzeugt, in denen geladene Teilchen bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und intensives Licht, aussenden: die Synchrotronstrahlung. In Deutschland gibt es die Synchrotronstrahlungsquellen PETRA III und FLASH am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg, BESSY II am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), den European XFEL bei Hamburg, mit deutscher Beteiligung die ESRF in Grenoble, Frankreich, die KIT Light Source in Karlsruhe sowie DELTA in Dortmund.

Um dem Klimawandel entgegenzutreten, müssen wir Energie sparen - sowohl durch unser Verhalten als auch durch mehr Energieeffizienz. Zusätzlich müssen wir verstärkt erneuerbare Energie nutzen, deren Erzeugung und Speicherung auf technologischen Lösungen basieren. Dafür verwenden wir Materialien, deren besondere Eigenschaften dem bloßen Auge verborgen bleiben. Wie Halbleiter Sonnenenergie in Strom umwandeln, wie Batterien elektrische Ladung speichern oder wie Katalysatoren helfen, effizient CO2 umzusetzen oder Wasserstoff herzustellen, wird bei der Untersuchung mit Synchrotronstrahlung deutlich. Natürlich werden diese Materialien auch mit anderen Methoden untersucht, aber bestimmte Informationen können mit Synchrotronlicht leichter oder schneller erhalten werden -  und andere, entscheidende Informationen sind ausschließlich am Synchrotron zu gewinnen.

Die Erforschung der grundlegenden Eigenschaften von Materie mit Synchrotronstrahlung ist ein faszinierendes, vielfältiges Forschungsgebiet, dem sich ein aktiver, international und interdisziplinär arbeitender Forschungsbereich widmet. Prinzipien der Physik, Chemie, Kristallographie und Biologie werden hier angewandt und miteinander verbunden, und die Weiterentwicklung von Methoden ermöglicht immer tiefere Einblicke. Auch Forschende aus anderen Bereichen verwenden für ihre Fragestellungen gerne Synchrotronstrahlung und greifen dafür auf die vorhandene Expertise zurück. Daher ist die Forschung mit Synchrotronstrahlung thematisch breit gefächert, was sich auch in der klimarelevanten Forschung widerspiegelt. Grundlagenforschung und technologische Entwicklungen sind durch Forschungsverbünde und Kooperationsplattformen eng miteinander verbunden. Im Folgenden sind einige aktuelle Beispiele herausgegriffen:

Photovoltaik

Batterien

Katalyse

Wasserstoffspeicher

Klimawandel verstehen

Das KFS (Komitee Forschung mit Synchrotronstrahlung) ist die gewählte Vertretung der mehr als 4000 Nutzerinnen und Nutzer von Synchrotronstrahlungsquellen in Deutschland und an internationalen Institutionen mit deutscher Beteiligung. Das KFS verfolgt das Ziel, die Forschung mit Synchrotronstrahlung zu fördern. Dazu gehört auch der enge Austausch mit verwandten Forschungsbereichen, um gemeinsame Herausforderungen anzugehen - wie zum Beispiel die digitale Transformation, die Stärkung der Industrieforschung und der Fokus auf Energiewende und Nachhaltigkeit.

Für weiterführende Informationen zu den verschiedenen Projekten wenden Sie sich bitte an:

Pressestelle des KFS: Dr. Karin Griewatsch, kfs-presse@sni-portal.de

Oder an:

Pressestelle des HZB: Dr. Antonia Rötger; Antonia.roetger@helmholtz-berlin.de; Tel: +49 30 8062-43733

s. auch: https://atlas.netto-null.org/

Pressestelle des DESY: Dr. Thomas Zoufal, thomas.zoufal@desy.de ; Tel.: +49 40 8998-9-1666

s. auch: https://www.desy.de/ueber_desy/desy/innovationen_fuer_die_gesellschaft/index_ger.html

Pressestelle der ESRF: Delphine Chenevier, press@esrf.fr ; Tel.: +33 4 76 88 26 04

s. auch: https://www.esrf.fr/home/news/general/content-news/general/5-ways-the-esrfs-research-is-helping-tackle-climate-change.html

Pressestelle des European XFEL: Dr. Bernd Ebeling, bernd.ebeling@xfel.eu ; Tel: +49 40 8998-6921

Pressestelle des KIT: Monika Landgraf, presse@kit.edu, Tel: +49 721 608-41150

Helmholtz-Klima-Initiative:

https://www.helmholtz-klima.de/

Internationale Klimainitative der Großgeräteforschung:

https://www.eiroforum.org/news/uniting-science-to-address-climate-change/

Bilder:

An Synchrotrons wie der ESRF in Grenoble in Frankreich werden Energiematerialien mit deutscher Beteiligung erforscht. Bild: Pierre Jayet/ESRF und pixabay

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Junge Wissenschaftler*innen arbeiten an der KIT Light Source in Karlsruhe an der Untersuchung von Katalysatoren für das Power-to-X Verfahren, mit dem erneuerbare Treibstoffe hergestellt werden können. Foto: Marc-Andre Serrer/KIT

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Diese Pressemittteilung wurde am 03.05.2022 im Informationsdienst Wissenschaft veröffentlicht.