Jun.-Prof. Dr. Hans-Georg Steinrück erhält Forschungspreis 2021

Paderborn. Wasser ist die wahrscheinlich wichtigste Ressource der Welt. Wir benötigen sie in der Industrie, in der Landwirtschaft, zum Überleben – vorausgesetzt, das Wasser ist sauber. Hier leisten sogenannte Entsalzungsbatterien Abhilfe. Sie entfernen gelöste Stoffe aus dem Wasser und bereiten es damit für unterschiedliche Anwendungen auf. Das Problem: Die Erforschung der Apparate steckt bislang in den Kinderschuhen. Mit seinem Ansatz zur Entwicklung neuartiger Konzepte für Entsalzungsbatterien, insbesondere im Hinblick auf neue Funktionalitäten, wurde der Chemiker Jun.-Prof. Dr. Hans-Georg Steinrück jetzt mit dem diesjährigen Forschungspreis der Universität Paderborn geehrt. Die Auszeichnung ist mit 150.000 Euro dotiert.

Foto ( Jacqueline Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory ): Jun.-Prof. Dr. Hans-Georg Steinrück.

„Milliarden Menschen leiden unter einem Mangel an Trinkwasser. Aufgrund der stetig wachsenden Erdbevölkerung, der zunehmenden weltweiten Industrialisierung und des Klimawandels wird sich dieser Mangel in Zukunft voraussichtlich noch dramatisch verschärfen – eine globale Aufgabe, die sofortige Aufmerksamkeit erfordert“, mahnt Steinrück.

Für den Wissenschaftler gelten Entsalzungsbatterien als Hoffnungsträger für einen möglichen Ausweg aus der Krise. Das Verfahren in Kürze: Elektroden nehmen unter Zugabe von elektrischer Energie gelöste Bausteine wie z. B. Salz auf und entfernen sie aus dem Wasser. Knackpunkt ist, dass damit zwar viele, aber nicht alle „Übeltäter“ beseitigt werden. Steinrück zufolge ist die Technologie ausbaufähig. Deshalb arbeitet er daran, die Bindung der Teilchen zu verbessern, die das Wasser ungenießbar machen. Außerdem sollen die Elektroden durch neue Oberflächenschichten effizienter werden. Dafür untersucht er die Funktionsweise der Batterien mithilfe modernster elektrochemischer Methoden sowie Röntgen- und Spektroskopietechniken bis ins allerkleinste Detail – die atomare Ebene.

Steinrück erklärt: „Wir werden sowohl die idealisierten als auch realen Eigenschaften der Elektroden ausnutzen. Dazu erforschen wir Materialien, deren Gleichgewichtsenergien und Ionentransportgeschwindigkeiten so ausgerichtet sind, dass ‚Ion A‘ gegenüber ‚Ion B‘ bevorzugt wird, während sich ein anderes Material entgegengesetzt verhält. Wir sprechen hier von Ionenselektivität. Im Erfolgsfall könnte der Anwendungsbereich von Entsalzungsbatterien erheblich erweitert werden, zum Beispiel zur Gewinnung seltener Rohstoffe wie Lithium, das in salzhaltigen Thermalwassern unter der Erde vorkommt.“

Ein völlig neues Gebiet für den Einsatz von Entsalzungsbatterien sind Elektrokatalysatoren, die z. B. bei der Wasserstoffproduktion Anwendung finden. Wasserstoff wird durch die Spaltung von Wasser mithilfe von elektrischer Energie gewonnen. „Wir nehmen an, dass Entsalzungsbatterie-Träger unerwünschte Ionen ‚wegsaugen‘, bevor sie an katalysatorvergiftenden Reaktionen teilnehmen. Auf diese Weise könnten insbesondere energieintensive Schritte zur Wasseraufbereitung vermieden werden“, erklärt der Chemiker. Die Wissenschaftler um Steinrück haben sich noch ein weiteres Ziel gesetzt: Sie wollen multifunktionale Oberflächenschichten für Entsalzungsbatterien entwickeln. Künftig könnten damit also neue Elektrodenmaterialien im Kampf gegen den globalen Wassermangel zur Verfügung stehen. Ihre Ergebnisse stellen die Chemiker 2023 vor. Zwischenbilanzen werden schon eher erwartet.