Künstliche Photosynthese und Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstofferzeugung (SINATRA)

Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungsvorhaben von Nachwuchsgruppen aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften an Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen, die relevante Fragestellungen zur Entwicklung von Technologien zur Nutzung der künstlichen Photosynthese (Themenfeld 1) oder zu Technologien zur Nutzung alternativer Rohstoffquellen zur Wasserstofferzeugung (Themenfeld 2) adressieren.
Von der Förderung ausgeschlossen sind Vorhaben, die sich zu 100 % der Grundlagenforschung zuordnen lassen, sowie Vorhaben, die vorwiegend Power-to-X-Ansätze verfolgen.
Eine Nachwuchsgruppe besteht im Sinne dieser Förderrichtlinie aus mindestens vier Personen. Beantragt werden kann die Stelle der Nachwuchsgruppenleitung, eine Postdoktoranden- oder eine Postdoktorandinnen-Stelle, bis zu drei Stellen für promovierende Personen und eine Stelle für eine technische Fachkraft bzw. Laborfachkraft. Die fachliche Zusammensetzung der Nachwuchsgruppen sollte sich dabei aus der jeweiligen Themenstellung ergeben.
Ausdrücklich gewünscht ist eine bereits bestehende und im weiteren Verlauf aktiv vorangetriebene internationale Vernetzung mit Forschenden auf den beiden Themenfeldern ,,künstliche Photosynthese" und ,,Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstofferzeugung".
Themenfeld 1 ,,Künstliche Photosynthese"
Die künstliche Photosynthese im Sinne dieser Richtlinie ist wie folgt definiert: Die künstliche Photosynthese dient der Produktion chemischer Energieträger und Wertstoffe unter Verwendung von Sonnenlicht als einziger Energiequelle in integrierten Apparaten und Anlagen. Die besondere Stärke des Ansatzes liegt dabei in der Bereitstellung von erneuerbarer Energie in stofflich gespeicherter sowie lager- und transportierbarer Form. Hierfür wird ein zentrales Prinzip des biologischen Vorbilds nachgeahmt: die Kopplung von lichtinduzierten Ladungstrennungen mit katalytischen Prozessen für die Produktion energiereicher Verbindungen.
Eine große wissenschaftliche Herausforderung in diesem Bereich ist die Integration der zum Teil schon sehr weit entwickelten Teilprozesse der künstlichen Photosynthese in ein aufeinander abgestimmtes, funktionierendes Gesamtsystem. Eine interdisziplinäre Herangehensweise unter Einbeziehung von zum Beispiel Ingenieurwissenschaften wird aufgrund der komplexen Natur der Fragestellung erwartet. Ziel ist es, neben den jeweiligen wissenschaftlichen Fragestellungen, den Mitgliedern einer Nachwuchsgruppe die Zusammenarbeit über Disziplin und Themengrenzen zu ermöglichen und nicht zuletzt dringliche Fragen der nachhaltigen Rohstoffversorgung und des Klimaschutzes im gesellschaftlichen Kontext aufzugreifen.
Die nachfolgend beispielhaft genannten Forschungsthemen sollen den möglichen Horizont für relevante Frage-stellungen im Themenfeld ,,künstliche Photosynthese" aufzeigen:
- verbesserte Einheiten für Lichtabsorption und Ladungstrennung, insbesondere hinsichtlich der Effizienz und Stabilität sowie deren Kopplung an geeignete Katalysatorsysteme;
- Entwicklung von Katalysatoren zur photoinduzierten Wasserspaltung, CO2-Reduktion oder zu anderen Schlüssel-reaktionen;
- Entwicklung vielversprechender und integrierter biologischer oder biohybrider Systemlösungen;
- Ansätze zur Verwendung konzentrierten Sonnenlichts in Systemen zur künstlichen Photosynthese;
- Integration der verschiedenen Teilprozesse in ein funktionierendes Gesamtsystem (Fragen der Systemintegration); Entwicklung und Optimierung effizienter, stabiler Systeme zur künstlichen Photosynthese, Prototypenbau, Ansätze zur Skalierung der Technologie.
Themenfeld 2 ,,Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstoffherstellung"
Im zweiten Themenfeld steht die (Weiter-)Entwicklung von Technologien zur Nutzung alternativer Rohstoffquellen zur Wasserstofferzeugung im Fokus. Ergänzend zur Wasserelektrolyse können alternative Stoffquellen einen wichtigen Beitrag zur Dezentralisierung und Stabilisierung der Wasserstoffversorgung leisten. Dabei spielt immer auch die Integration in die Wasserstoffwirtschaft und angrenzende Sektoren eine wichtige Rolle, da nur so anwendungsfähige Technologien erschlossen werden können. Auf Rohstoffseite können dabei beispielhaft folgende Arten untersucht werden:
- Kunststoffreste (insbesondere ansonsten nicht rezyklierbare Polymere)
- Schmutz- und Abwasser
- Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe (Anbaubiomasse ausgeschlossen)
- Sonstige organische Reststoffe (zum Beispiel Flüssigabfälle der chemischen Industrie etc.)
(Desionisiertes beziehungsweise Meer-) Wasser sowie fossile Rohstoffe sind dabei von der Förderung ausge-schlossen. Die Erzeugung von Nebenprodukten wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen als Ausgangsmaterial für die chemische Industrie ist jedoch ausdrücklich erwünscht und sollte in der Projektidee entsprechend beachtet werden. Hier ist insbesondere auf die Reinigung des erzeugten Wasserstoffes einzugehen.
Hinsichtlich der zu erforschenden Technologien werden die Antragsteller nicht beschränkt. Denkbar sind beispielsweise Arbeiten zu:
- Chemical Looping
- Plasmalyse
- biologischen Verfahren
Die Vorhaben sollten darüber hinaus die wichtigsten Anknüpfungspunkte auf dem Weg zur Technologieentwicklung und Systemintegration im Projektantrag darstellen. Hier ist insbesondere auf das Zusammenspiel mit anderen wichtigen Wasserstofftechnologien einzugehen. Erste Bewertungen zur Nachhaltigkeit der zu erforschenden Technologie sind in die Antragsskizze zu integrieren.
Wissenschaftliches Querschnittsprojekt
Die Fördermaßnahme wird durch ein wissenschaftliches Querschnittsprojekt begleitet, das organisatorische und inhaltliche Aufgaben wahrnimmt. Wesentliche Ziele sind die Aufbereitung, Synthese und übergreifende Kommunikation von Forschungserkenntnissen der Nachwuchsgruppen im wissenschaftlichen Umfeld, die Begleitung der Vorhaben hinsichtlich techno-ökonomischer Analysen, Nachhaltigkeitsbewertung und Skalierbarkeit, die themenübergreifende Koordinierung sowie die öffentlichkeitswirksame Darstellung der Fördermaßnahme und ihrer Ergebnisse.
Außerdem soll das Querschnittsprojekt in Zusammenarbeit mit den Nachwuchsgruppen vernetzende Aktivitäten für die gesamte Fördermaßnahme sowie deren Vernetzung mit den entsprechenden (auch internationalen) Forschungslandschaften, wie zum Beispiel Vernetzungsaktivitäten der Forschenden, Summer-Schools, Gastaufenthalte/Hospitationen (in Wissenschaft und auch bei Wirtschaftsunternehmen), Fachkonferenzen, Workshops oder Ähnliches. Die Durchführung des Querschnittsprojekts erfolgt in enger Abstimmung mit dem BMBF und dem Projektträger.
Aufgabe des Querschnittsprojekts ist zudem die Wahrnehmung der Rolle als Ansprechpartner für die wissenschaft-lichen Nachwuchskräfte der geförderten Nachwuchsgruppen, insbesondere für Fragen der Wissenschaftskommunikation und der Außendarstellung der Forschungsarbeiten. Zudem soll das Querschnittsprojekt durch Austauschformate (gegebenenfalls mit Erfahrungsberichten von Führungskräften aus Wirtschaft und Wissenschaft) die Mitglieder der Nachwuchsgruppen dabei unterstützen, wissenschaftliche und außerwissenschaftliche Karrierepfade zu planen.
Das BMBF geht bei der Bewerbung für das Wissenschaftliche Querschnittsprojekt von einem Eigeninteresse an der Aufgabenstellung aus, das entsprechend darzulegen ist. Die im Rahmen dieser Bekanntmachung ausgewählten Forschungs- und Entwicklungsprojekte werden zu einer Zusammenarbeit mit dem Querschnittsprojekt verpflichtet. Folgende inhaltliche Voraussetzungen sind zur Einrichtung des Querschnittsprojekts notwendig:
- umfassende Kenntnis des Sachstands der künstlichen Photosynthese auf deutscher und US-amerikanischer Ebene sowie des entsprechenden institutionellen und praktischen Umfeldes;
- Kenntnisse zum Forschungs- und Entwicklungsstand relevanter Wasserstoff-Technologien und deren Systemintegration;
- Kompetenzen in den Bereichen techno-ökonomische Analyse, Nachhaltigkeitsbewertung und Skalierbarkeit der genannten Technologien;
- Erfahrungen im Bereich der Wissenschaftskommunikation und der einfachen Darstellung von komplexen wissenschaftlichen Zusammenhängen.
Der entsprechende Nachweis muss in der Projektskizze erbracht werden. Verbundvorhaben, die die oben genannten Kompetenzfelder auf mehrere Partner verteilen, sind möglich.
Antragsberechtigt sind Hochschulen, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen sowie Verbünde bestehend aus Hochschulen, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft. Zum Zeitpunkt der Auszahlung einer gewährten Zuwendung wird das Vorhandensein einer Betriebsstätte oder Niederlassung (Unternehmen) beziehungsweise einer sonstigen Einrichtung, die der nichtwirtschaftlichen Tätigkeit des Zuwendungsempfängers dient (Hochschule, außeruniversitäre Forschungseinrichtung), in Deutschland verlangt. Die Ergebnisse des geförderten Vorhabens sind vorrangig in Deutschland oder dem EWR und der Schweiz zu verwerten. Die Förderung ist personengebunden an die Leitung der Nachwuchsgruppe gekoppelt.
Das Antragsverfahren ist zweistufig angelegt.
Weitere Informationen:
https://www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/bekanntmachungen/de/2023/01/2023-01-18-Bekanntmachung-SINATRA.html