Omar M. Yaghi

Poröse Kristalle für eine nachhaltige Zukunft

Die Herausforderungen in den Bereichen saubere Luft, Energie und Wasser haben tiefgreifende Auswirkungen auf globale Gesundheit, Wohlstand und Nachhaltigkeit. Die Bewältigung dieser Probleme erfordert innovative, effiziente und kostengünstige Lösungen für die selektive Abscheidung und Nutzung kleiner Moleküle wie Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Wasser. Die “Reticular Chemistry” hat Pionierarbeit bei der Entwicklung von nanoporösen metallorganischen Gerüsten (MOFs) und kovalenten organischen Gerüsten (COFs) geleistet, Materialien, die sich durch ihre anpassbaren Strukturen und Skalierbarkeit auszeichnen. Über drei Jahrzehnte hinweg hat die Grundlagenforschung auf diesem Gebiet Durchbrüche wie die Kohlenstoffabscheidung aus Luft und Rauchgasen sowie die Gewinnung von Wasser aus der Atmosphäre ermöglicht, wodurch unabhängig von den Umweltbedingungen Trinkwasser hergestellt werden kann. Dieser Vortrag zeigt den Weg von den Entdeckungen im Labor zu realen Prototypen auf und betont, wie die weltweite Ausweitung der MOF- und COF-Forschung eine unendliche Vielfalt an Materialien erschlossen hat, die, wenn sie in fortschrittliche Geräte integriert werden, beispiellose Möglichkeiten zur Minderung der dringendsten Umweltbelastungen unseres Planeten bieten.

Omar M. Yaghi (Universität von Kalifornien, Berkeley)

Roland Kalb

Auf dem Weg zur rohstoffunabhängigen Herstellung nachhaltiger Flugkraftstoffe aus lignocellulosehaltigen Abfällen: Die Schlüsselrolle angewandter ionischer Flüssigkeitstechnologien

Der weltweite Flugverkehr trägt 2,5 % zu den vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen bei, wobei bis 2050 ein deutlicher Anstieg prognostiziert wird, sofern keine Maßnahmen zur Eindämmung ergriffen werden. Die Branche strebt eine Emissionsreduzierung um 50 % bis 2050 an, wofür nachhaltige Flugkraftstoffe (SAFs) erforderlich sind. Aktuelle Optionen wie FT-SPK und ATJ-SPK sind durch Rohstoffbeschränkungen und hohe Kosten begrenzt – sie sind zwei- bis dreimal so teuer wie herkömmliche Kraftstoffe, während HEFA-SPK nur als Beimischungskomponente von maximal 50 % eingesetzt werden kann. Lignocellulose, ein reichlich vorhandener Rohstoff, bietet Potenzial, aber seine Umwandlung erfordert flexible, effiziente Technologien.

Das DOE Joint BioEnergy Institute (JBEI) ist führend in der Vorbehandlung von Biomasse auf Basis ionischer Flüssigkeiten (IL), wodurch ≥90 % der Zucker und Lignine für die mikrobielle SAF-Produktion freigesetzt werden. ILs sind eine neuartige Klasse von bei Raumtemperatur geschmolzenen Salzen, die jedoch aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks Herausforderungen bei der Rückgewinnung mit sich bringen. In Zusammenarbeit mit proionic GmbH hat das JBEI destillierbare ionische Flüssigkeiten (DILs) und die HIPE-REC®-Technologie weiterentwickelt und damit eine IL-Rückgewinnung von >99 % erreicht. Dieser Vortrag befasst sich mit den SAF-Initiativen des JBEI und der entscheidenden Rolle der HIPE-REc®-Technologie von proionic bei der Überwindung von Hindernissen bei der IL-Rückgewinnung, um den Übergang zu nachhaltiger Luftfahrt zu beschleunigen.

Roland Kalb (proionic & Lawrence Berkeley National Lab)

Freddy Kleitz

Materialien mit Poren im Nanometerbereich: Neue Möglichkeiten für das Gesundheitswesen und nachhaltige Technologien

Unter den Nanomaterialien sind solche mit Poren im Nanometerbereich, d. h. nanoporöse Materialien, für potenzielle Anwendungen als selektive Sorptionsmittel, Feststoffkatalysatoren oder Nanotransporter für biomedizinische Technologien von großem Interesse. Geordnete nanoporöse Materialien bieten aufgrund ihrer sehr hohen spezifischen Oberfläche und ihrer gut kalibrierten Poren erhebliche Vorteile. Darüber hinaus gibt es viele Methoden, um ihre Oberflächeneigenschaften zu modifizieren, Funktionen einzuführen und die Morphologie der Partikel zu beeinflussen. In diesem Vortrag werden aktuelle Synthesekonzepte für das Design von funktionalen nanoporösen organisch-anorganischen Hybridmaterialien vorgestellt, die interessante Perspektiven für Trenntechnologien und Nanomedizin bieten könnten. Die Entwicklung von mesoporösen Silica-Nanopartikeln (MSNs) mit verbesserter Biokompatibilität, Zielgenauigkeit und kontrollierter Wirkstofffreisetzung wird im Hinblick auf ihre Verwendung als intelligente Wirkstoff-Nanotransporter diskutiert. Darüber hinaus werden oberflächenfunktionalisierte nanoporöse Pulver, Monolithen und Verbund-Aerogele als selektive Sorptionsmittel für die Entfernung von Schadstoffen und die Rückgewinnung kritischer Materialien eingesetzt.

Freddy Kleitz (Universität Wien)

Jakob Smith

Kristalle und Gase kombinieren, um Energie zu sparen

Die wichtigsten Strategien zur Bekämpfung des Klimawandels sind die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien und die Reduzierung des allgemeinen Energieverbrauchs. Allerdings gehen in Österreich über 50 % der Energie als Umwandlungsabwärme verloren, was die Notwendigkeit der Energierückgewinnung unterstreicht. Die Forschungsgruppe von Peter Weinberger an der TU Wien konzentriert sich auf die thermochemische Energiespeicherung, eine neue Technologie, bei der Abwärme als chemische potenzielle Energie in Pulvern wie Calciumoxalat, Magnesiumoxid und Kupfersulfat gespeichert wird. Diese Materialien können Energie unbegrenzt speichern und durch reversible Reaktionen mit Gasen wie Sauerstoff, Wasser oder Ammoniak wieder abgeben, was Anwendungen wie die Beheizung von Wohnräumen im Winter ermöglicht. Durch die Optimierung dieser Materialien will die Gruppe zu einer energieeffizienteren Zukunft beitragen.

Jakob Smith (Technische Universität Wien)