Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion

Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion

Sonne und Wind liefern mehr als genug saubere Energie, um den Bedarf der Menschheit zu decken – leider aber nicht immer wo und wann sie benötigt wird und oft auch nicht in verwertbarer Form. Wege zu finden, diese Energie in chemischen Verbindungen zu speichern, daran arbeiten die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion. Sie erforschen, wie sich Energie effizient in speicherbare und in nutzbare Formen umwandeln lässt und suchen dabei vor allem nach geeigneten Katalysatoren für die dazu notwendigen chemischen Reaktionen. Zu diesem Zweck nehmen die Forscher sich unter anderem Pflanzen zum Vorbild, die mit der Energie des Lichts direkt Zucker aufbauen. Sie wollen aber auch Techniken wie etwa die Elektrolyse von Wasser verbessern, mit denen sich überschüssige elektrische Energie speichern lässt.

Kontakt

Stiftstr. 34 - 36
45470 Mülheim an der Ruhr
Telefon: +49 208 306-4
Fax: +49 208 306-3951

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS on Reactive Structure Analysis for Chemical Reactions

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Anorganische Spektroskopie mehr
Abteilung Molekulare Theorie und Spektroskopie mehr
<p>„Wir wollen Hüttengas in Kraftstoffe, Kunststoffe oder Dünger umwandeln“</p>

Max-Planck-Direktor Robert Schlögl zum Start des Projektes Carbon2Chem

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Brennstoffzelle: Schutz für sensible Katalysatoren

Brennstoffzelle: Schutz für sensible Katalysatoren

Forschungsmeldung 19. Juni 2015
Ein Hydrogel schirmt ein empfindliches Enzym, das Platin in Wasserstoff-Brennstoffzellen ersetzen könnte, gegen Sauerstoff ab mehr

Algen geben Gas

Forschungsmeldung 18. September 2014
Genetisch veränderte Enzyme ermöglichen eine effiziente Produktion von Wasserstoff mehr
An der natürlichen Quelle solarer Brennstoffe

An der natürlichen Quelle solarer Brennstoffe

Forschungsmeldung 15. August 2014
Details der fotosynthetischen Wasserspaltung verbessern die Aussicht auf saubere Energieträger mehr
Schutzschirm für die Brennstoffzelle

Schutzschirm für die Brennstoffzelle

Forschungsmeldung 6. August 2014
Ein Redoxhydrogel schützt Hydrogenasen, mit deren Hilfe sich aus Wasserstoff Strom erzeugen lässt, vor Sauerstoff mehr
Im Zentrum der biologischen Stickstoffchemie

Im Zentrum der biologischen Stickstoffchemie

Forschungsmeldung 17. November 2011
Das Rätsel um ein zentrales Atom in Enzymen, die Luftstickstoff spalten, ist gelöst: Es handelt sich um Kohlenstoff mehr
Eisen-Drilling spaltet Stickstoff

Eisen-Drilling spaltet Stickstoff

Forschungsmeldung 11. November 2011
Ein metallorganisches Molekül mit drei zentralen Eisenatomen erzeugt unter milden Bedingungen Ammoniak mehr
Bauplan einer bakteriellen Solaranlage

Bauplan einer bakteriellen Solaranlage

Forschungsmeldung 14. Mai 2009
Ein internationales Forscherteam klärt die Struktur der Chlorosomen in grünen Schwefelbakterien auf mehr
Im Brennpunkt der Photosynthese

Im Brennpunkt der Photosynthese

Forschungsmeldung 3. November 2006
Eine internationale Forschergruppe um einen Max-Planck-Wissenschaftler bestimmt Atomanordnung im Mangan-Cluster des Photosystems II mehr
Freigiebiges Eisen

Freigiebiges Eisen

Forschungsmeldung 1. Juni 2006
Max-Planck-Forscher synthetisieren eine außergewöhnliche Verbindung mit sechswertigem Eisen mehr
Es wurden keine Beiträge in der MaxPlanckForschung gefunden.
Momentan sind keine Angebote vorhanden.

Die Energiewende führt zu immer größeren Anteilen an Strom aus erneuerbaren Energiequellen („grünem Strom“) im System. Trotzdem sinkt die Emission von CO2 noch nicht wie erwartet. Die weitgehende Vernachlässigung des Mobilitätssektors gehört mit zu den Ursachen. Dieser Sektor erlebt einen der größten Umbrüche seiner Geschichte durch die Diskussion über Antriebsstränge. Dabei spielt die Chemie als ein möglicher entscheidender Problemlöser eine weitgehend passive Rolle, obgleich sie von den Ergebnissen dieser Diskussion massiv betroffen sein wird.

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Wasserstoff aus Sonnenenergie: Stand der Forschung und Zukunftsperspektiven

2016 van Gastel, Maurice; Lubitz, Wolfgang; Neese, Frank
Chemie

Wie produziert die Natur Wasserstoff? Sind die natürlichen Systeme für die Wasserstofferzeugung in einer zukünftigen Wasserstoffwirtschaft geeignet? Welche Anforderungen sollen Katalysatoren für die Wasserstofferzeugung auf industrieller Ebene haben? Wie funktionieren die bis jetzt bekannten Katalysatoren auf molekularer Ebene? Sind die katalytischen Mechanismen ausreichend gut verstanden, und wie können die Katalysatoren verbessert werden? Das MPI für Chemische Energiekonversion widmet sich diesen Grundfragen der chemischen Energieumwandlung und Energiespeicherung. 

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Zukünftig kann es wirtschaftlicher und umweltfreundlicher sein, Wasserstoff als Energieträger zu nutzen. Viele Mikroorganismen sind dieser Technik weit voraus. Sie nutzen das Enzym Hydrogenase für den Wasserstoffzyklus, das häufig vorkommende Metalle wie Eisen und Nickel enthält und den Einsatz von Edelmetallen wie Platin vermeidet. Durch die Erkenntnis, wie diese Enzyme arbeiten, erhalten Wissenschaftler Hinweise für die Synthese halbkünstlicher Hydrogenasen und können zur besseren Leistungsfähigkeit dieser Enzyme beim Einsatz in der anspruchsvollen Umgebung der Brennstoffzelle beitragen. mehr
Die Versorgung mit Energie ist derzeit ein weltweites Thema. Die traditionellen Strukturen verändern sich rasant, da es tiefe Umbrüche in der Rohstoffversorgung gibt, weil die Folgen des Klimawandels zum Handeln auffordern und weil politische und wirtschaftliche Erwägungen zur energetischen Selbstversorgung führen sollen. Eine Ursache der starken öffentlichen und politischen Wahrnehmung dieser Prozesse ist die überragende Bedeutung der Energieversorgung für die wirtschaftliche und gesellschaftliche Stabilität eines Landes. mehr

Die Notwendigkeit einer nachhaltigen Energiewirtschaft jenseits von fossilen Brennstoffen und Kernenergie ist mittlerweile gesellschaftlich breit akzeptiert. Die Umwandlung der bestehenden Technologien ist eine gewaltige gesamtgesellschaftliche Aufgabe, welche die kommenden Jahrzehnte politisch und wirtschaftlich stark dominieren wird. Die Grundlagenforschung kann Erkenntnisse liefern, die zur Entwicklung neuer und notwendiger Technologien führen. Mit der Gründung des Max-Planck-Institutes für chemische Energiekonversion hat die MPG eine wichtige Weichenstellung in diese Richtung durchgeführt.

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Wie kleine Vampire Blut verdünnen

2012 Knipp, Markus
Chemie
Nitrophorine stellen eine Klasse von eisenhaltigen Proteinen aus blutsaugenden Raubwanzen dar, die beim Stich das gasförmige Signalmolekül Stickstoffmonoxid (NO) in das Gewebe eines Wirtes transportieren. Mittels verschiedener spektroskopischer Methoden werden die molekularen Mechanismen erforscht, die zur gezielten NO-Abgabe führen. Neuere Untersuchungen zeigen, dass das NO-bindende Eisenzentrum im Protein auch in der Lage ist, NO aus Nitrit herzustellen. Da NO im Blutkreislauf gefäßerweiternd wirkt, sind Kenntnisse über natürliche NO-transportierende Systeme von pharmakologischem Interesse. mehr

Einblicke in das faszinierende Kraftwerk der Natur: das wasserspaltende System der Photosynthese

2011 Ames, W.; Pantazis, D. A.; Neese, F.
Chemie Pflanzenforschung
Die Photosynthese wandelt Sonnenlicht in speicherbare chemische Energie um und erhält so das Leben auf unserem Planeten. Zu verstehen wie die Natur dies erreicht, ist eine der größten Herausforderungen für die Wissenschaft – und von zentraler Bedeutung für unsere zukünftige Energieversorgung. Leider ist selbst die Struktur der Wasseroxidase, der zentralen Komponente der Photosynthese, bislang nicht eindeutig geklärt. Durch die Kombination von spektroskopischen und quantenchemischen Methoden wurden nun tiefe Einblicke in diesen zentralen Prozess erreicht. mehr

Licht als regulatorischer Umweltfaktor

2010 Gärtner, Wolfgang
Chemie Pflanzenforschung
Licht wirkt als bedeutender regulativer Umweltfaktor; allerdings stellt insbesondere der hochenergetische blaue Spektralbereich eine Bedrohung dar, die Organismen zuverlässig detektieren und mit unterschiedlichen physiologischen Antworten verhindern müssen. Ausgehend von in vitro Untersuchungen, die die molekularen Reaktionen von Blaulicht (BL)-Photorezeptoren beschreiben, wird deren regulatorische Funktion für mikrobielle „Communities“ dargestellt. Interessanterweise korreliert die Anwesenheit von BL-Photorezeptoren sowohl mit BL-induzierbaren DNA-Reparatur-Enzymen (Photolyasen) als auch mit Proteinen des Eisen-Metabolismus. mehr

Die Elektronenstruktur „einfacher“ Eisenkomplexe: Ein sehr komplexes Problem

2009 Khusniyarov, Marat; Weyhermüller, Thomas; Bill, Eckhard; Wieghardt, Karl
Chemie Festkörperforschung
Wir stellen ein relativ einfaches anorganisches System aus zwei ko-kristallisierenden synthetischen Eisenkomplexen vor, das bemerkenswert komplizierte Elektronenstrukturen aufweist. Grund ist die große Zahl von möglichen Redoxzuständen für die Eisenzentren wie auch die redoxaktiven Liganden. Erstmals wird bei diesem Material auch ein äußerst komplexer reversibler Phasenübergang bei 235 K beobachtet. Wir demonstrieren an diesem Modell, wie man die komplexen Vorgänge, die in ähnlicher Weise durchaus in biologischen Systemen auftreten können, mit komplementären experimentellen Techniken aufklären kann. mehr

Warum bekommen Pflanzen keinen Sonnenbrand?

2008 Holzwarth, Alfred R.; Miloslavina, Yuliya; Müller, Marc G.; Szczepaniak, Malwina; Ostroumov, Evgenyi; Slavov, Chavdar
Pflanzenforschung Quantenphysik
Pflanzen besitzen sehr effiziente regulierende Schutzmechanismen, die sie gegen die schädigenden Einflüsse von zu hohen Lichtintensitäten schützen. Dabei wird überschüssige absorbierte Lichtenergie in den Lichtsammelkomplexen der Photosysteme in Wärme umgewandelt. Diese Prozesse konnten einzelnen Komponenten des Photosynthese-Apparates zugeordnet werden. Um Einblicke in die molekularen Zusammenhänge bei diesen Schutzmechanismen zu gewinnen, spielte die Entwicklung von Methoden der ultraschnellen Fluoreszenzspektroskopie an intakten Blättern – in Verbindung mit dem Einsatz von Mutanten – eine zentrale Rolle. mehr

Radikalhaltige Komplexe als funktionelle Modelle für metalloenzymatische Katalyse

2007 Chaudhuri, Phalguni; Wieghardt, Karl; Weyhermüller, Thomas; Bothe, Eberhard; Bill, Eckhard
Chemie
Ausgehend von in der Natur katalytisch essentiellen, redoxaktiven Aminosäureresten wurden einige radikalhaltige Übergangsmetallkomplexe synthetisiert und deren katalytische Reaktivität gegenüber organischen Substraten untersucht. Die synthetisierten iminosemichinonhaltigen Verbindungen wurden als Katalysator für die Luftoxidation von Substraten wie o-Aminophenol, Aminen und Alkoholen benutzt, um die katalytischen Reaktionen von kupferhaltigen Metalloenzymen, z.B. Phenoxazinon-Synthase (PHs), Amin-Oxidasen (AO) und Galactose-Oxidase (GO), im Labor nachzuahmen. Kinetische Untersuchungen haben gezeigt, dass der „On-Off“-Mechanismus der beteiligten Radikale häufiger vorkommt als bisher angenommen, meistens ohne Redox-Beteiligung der jeweiligen Metallzentren. mehr

Erzeugung und Umsetzung von molekularem Wasserstoff durch Hydrogenasen

2006 van Gastel, Maurice; Reijerse, Eduard J.; Lubitz, Wolfgang
Chemie Strukturbiologie
Molekularer Wasserstoff (H2) ist ein wichtiger umweltfreundlicher Energieträger für Anwendungen, z.B. in Brennstoffzellen, an denen derzeit weltweit geforscht wird. Bisher stellt die großtechnische Produktion von Wasserstoff aus Wasser mittels Sonnenlicht allerdings noch eine große Herausforderung dar. In der Natur nutzen Bakterien dieses Molekül als Energiequelle, die in sauerstoffarmer Umgebung leben. Die Hauptklassen der Hydrogenasen – der Enzyme, die Erzeugung oder Umsetzung von H2 katalysieren – wurden spektroskopisch mit EPR- und FTIR-Methoden und mit quantenchemischen Berechnungen untersucht, um den Reaktionsmechanismus aufzuklären. mehr

Spektroskopische Modelle für Paramagnetische Aktiv-Zentren im Photosystem II

2005 Bill, Eckhard
Chemie Quantenphysik Strukturbiologie
Die Photosynthese der grünen Pflanzen und mancher Bakterien beruht auf der Funktion von sehr komplexen molekularen Maschinen. Wie in einer Fabrik wird in den Photosystemen der Zellen das Sonnenlicht eingefangen, die gewonnene Energie dann in einer Reihe von Schritten stabilisiert und in chemisch verwertbare Form umgewandelt, um damit chemische Nutz-Reaktionen auszuführen – von denen die Spaltung des Wassers die wichtigste und auch chemisch anspruchvollste ist. Die grundlegenden Schritte des Prozesses beruhen auf der Trennung von elektrischen Ladungen an redox-aktiven Gruppen in den Proteinmolekülen des Photosystems sowie der effizienten Weiterleitung und Steuerung des Ladungsflusses. Durch genau tarierte Redoxpotenziale und einer geschickten räumlichen Anordnung der beteiligten Zentren wurde im Laufe der Evolution verhindert, dass die getrennten und gesammelten Ladungen quasi durch Kurzschluss sofort wieder verloren gehen. Das besondere Interesse unserer Forschung gilt der Frage, wie einzelne redox-aktive Molekülgruppen des Reaktionszentrums, an dem die Wasserspaltung stattfindet, über beträchtliche Entfernungen zusammenwirken – und wie man die Wechselwirkungen und ihre Steuerung auf molekularer Ebene mit physikalischen Methoden messen kann. Das „große Ziel“ solcher Forschungsprojekte ist das Verständnis der natürlichen Vorgänge in solcher Tiefe und Detail, dass man die Prozesse letztlich im Labor nachahmen kann. In dem hier vorgestellten Projekt wurde eine Serie von strukturell verwandten Mangan-Modellkomplexen synthetisiert, die quasi Ausschnitte aus dem natürlichen System darstellen. Diese künstlichen Verbindungen zeigen zum ersten Mal in vitro die physikalischen Eigenschaften, die man vom so genannten S2Yz-Zustand des natürlichen Photosystems (PS II) kennt. Der S2Yz-Zustand ist ein von außen stabilisierbarer Schaltzustand in der Oxidationskette des wasserspaltenden Mangan-Komplexes in PS II. Da hier beide Zentren, der Mangankomplex und das Radikal, im S2Yz-Zustand wie in den Modellen jeweils einen Spin tragen, also paramagnetisch sind, kann man ihre magnetische Dipolwechselkopplung zur Messung ihrer Wechselwirkungen (und besonders des Abstandes) nutzen. Experimentell verwendet man dazu paramagnetische Elektronen-Spin-Resonanz (EPR)-Spektroskopie. Die bekannten Molekülstrukturen und gezielten räumliche Variationen der synthetischen Modelle haben zum ersten Mal systematische EPR-Studien und magnetische Suszeptibilitätsmessungen für so komplexe paramagnetische Zentren wie im PS II ermöglicht. Die gewonnenen Erkenntnisse beleuchten viele prinzipielle Feinheiten von realen Systemen und bieten Grundlagen für Messungen und Interpretationen in biochemischen Systemen. mehr

Photosynthetische Wasseroxidation

2004 Messinger, Johannes
Chemie Strukturbiologie
Die Ausnutzung der Sonnenenergie zur Oxidation von Wasser in Protonen, chemisch gebundene Elektronen und molekularen Sauerstoff ist eine der bedeutendsten Reaktionen für das Ökosystem Erde. Zugleich ist die photosynthetische Wasseroxidation ein Modell für die künftige technische Sonnenenergienutzung zur effizienten Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. In diesem Beitrag wird der gegenwärtige Kenntnisstand allgemein verständlich dargestellt. Ferner wird anhand von einigen Beispielen erläutert, wie am MPI für Bioanorganische Chemie diese faszinierende Reaktion mit biophysikalischen Methoden erforscht wird. mehr
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