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Fotokatalyse und Elektrochemie – diese Begriffe mögen zunächst abstrakt klingen. Aber die Verfahren haben das Potenzial, drängende Probleme des Alltags zu lösen, etwa Wasserstoff als Energielieferanten bereitzustellen oder Ausgangsstoffe für die chemische Industrie aus Biomasse zu gewinnen. An den Grundlagen dafür forscht Prof. Dr. Bastian Mei, der zum 1. Oktober 2022 die Professur für „Energie- und Umweltrelevante Katalyse“ am Lehrstuhl für Technische Chemie an der Fakultät für Chemie und Biochemie der RUB übernommen hat.

Chemische Reaktionen mit Licht antreiben

Bei der Fotokatalyse liefert (Sonnen-)Licht die Energie, um bestimmte chemische Reaktionen in Gang zu bringen. Damit das funktioniert, braucht es spezielle Katalysatoren, die Fotokatalysatoren. Diese nehmen die Lichtenergie auf und können so die chemische Reaktion begünstigen, also die Umsetzung von Substanzen. Ein Vorteil der Fotokatalyse ist, dass auch stabile Substanzen wie Wasser oder Kohlendioxid umgesetzt werden können. Nützlich könnte das beispielsweise auch für den Abbau von Mikroplastik sein. „Der Versuchsaufbau für so eine Reaktion wäre denkbar einfach“, erzählt Bastian Mei. „Man bräuchte eigentlich nur einen durchsichtigen Beutel mit dem Abwasser, dass das Mikroplastik enthält und in dem der Fotokatalysator enthalten ist, – und Sonnenlicht, das von außen auf den Beutel scheint.“ Der Fotokatalysator würde dafür sorgen, dass das Mikroplastik Schritt für Schritt in immer kleinere Bestandteile zersetzt wird, bis es schließlich als unschädliche Substanz vorliegt.

Bis das allerdings Realität werden kann, braucht es noch einiges an Grundlagenforschung, unter anderem muss ein hinreichend effizienter Fotokatalysator für den Abbau von Mikroplastik gefunden werden. Das ist eine der Baustellen, mit denen Bastian Meis Team sich an der RUB befassen wird. Das fotokatalytische Verfahren interessiert den Chemiker aber auch noch in anderen Kontexten: zum Beispiel, um günstige Systeme für die Wasserstoffwirtschaft zu entwickeln. Weil man für die Fotokatalyse keine komplizierten Versuchsaufbauten braucht, kann das Verfahren potenziell kostengünstiger sein als alternative Methoden wie die Elektrochemie.

Elektrochemie als zweiter Forschungsschwerpunkt

Aber auch für die Elektrochemie interessiert sich Bastian Mei. Denn während im Bereich der Fotokatalyse noch viel Grundlagenforschung nötig ist, bevor Prozesse in einem industriellen Maßstab eingesetzt werden können, ist der Schritt von elektrochemischen Verfahren zur Anwendung nicht mehr so groß. Auch mithilfe der Elektrochemie kann Wasserstoff gewonnen werden, indem Wasser durch Anlegen einer äußeren Spannung in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Aber die Methode eignet sich ebenfalls zur Produktion anderer nützlicher Substanzen, etwa von Wasserstoffperoxid, das ein vielseitig verwendbares Bleichmittel ist. Es findet auch oft Anwendung in Marktsegmenten wie Landwirtschaft und Aquakultur bis hin zur Industrie- und Trinkwasseraufbereitung – ein weiteres Forschungsfeld von Bastian Mei.