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Solare Brennstoffe

Auf der Suche nach dem perfekten Energiespeicher

Auf der Suche nach dem perfekten Energiespeicher
Kathrin Aziz-Lange. Bild: HZB / A. Kubatzki
Unsere Sonne liefert täglich riesige Mengen an Energie. Doch wir nutzen nur einen kleinen Teil davon. Wenn es nach Kathrin Aziz-Lange geht, könnte sich das bald ändern. Die Physikerin vom Helmholtz-Zentrum Berlin arbeitet daran, die Energie der Sonne zu speichern und sie verfügbar zu machen, wann immer wir sie brauchen.

Wenn Kathrin Aziz-Lange über ihre Arbeit spricht, geht es nicht ums Kochen. Wohl aber um das passende Rezept, das sie in den nächsten Jahren finden will. Die 31-jährige Physikerin vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) forscht an Materialsystemen, mit denen man die Energie der Sonne nutzt, um Wasser zu spalten. Dabei entsteht Wasserstoff. Er kann als Brennstoff zum Beispiel für Autos verwendet werden und ist ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie. „Solare Brennstoffe sind klimafreundlich und speichern die Energie der Sonne für Zeiten, in denen Wind und Sonne nicht ausreichend Strom liefern“, umreißt die Forscherin die Vision. 

In den nächsten fünf Jahren wird Kathrin Aziz-Lange diesem Ziel ein Stück näher kommen. Seit Januar 2016 leitet sie eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe. Die Forscher wollen die Erzeugung solarer Brennstoffe effizienter machen. „Ein sehr schickes Programm“, sagt sie, „denn in fünf Jahren kann man eine Menge bewegen.“ Wenn Kathrin Aziz-Lange über ihre Arbeit spricht, redet sie schnell wie ein Wasserfall und lacht unheimlich viel. Ihre blauen Augen strahlen.

Man kann sich die Nachwuchswissenschaftlerin nur schwer in einem anderen Beruf vorstellen. Doch nach ihrem Physikstudium an der Technischen Universität Berlin hat sie der Forschung zunächst den Rücken gekehrt. Die Betreuerin ihrer Diplomarbeit riet ihr von einer Promotion ab. „Kathrin, ich kann mir nicht vorstellen, dass Du Dich drei Jahre lang nur auf ein Thema konzentrieren kannst“, meinte sie und vermittelte ihr ein Praktikum in der PR-Abteilung beim Berliner Elektronenspeicherring BESSY II. Dort schrieb sie Artikel über neue Forschungsergebnisse. Sie stellte den Wissenschaftlern viele Fragen, aber die Antworten reichten ihr nicht. „Ich begann, mich in die Literatur einzulesen. Irgendwann merkte ich: Wenn ich schon so tief drin bin, kann ich auch selbst forschen.“

Nach wenigen Wochen sprach ein Forscher Aziz-Lange auf eine freie Doktorandenstelle an und warb sie von der Pressestelle ab. In ihrer Doktorarbeit forschte sie über Wasserstoffbrückenbindungen und entwickelte zusammen mit ihren Kollegen einen neuartigen Experimentieraufbau. Danach zog sie als Postdoktorandin zum Max-Born-Institut weiter. Während dieser Zeit erhielt Kathrin Aziz-Lange die Zusage für das Helmholtz-Postdoktorandenprogramm. „Das war eine Riesenchance für mich.“ Die Physikerin ging für ein knappes Jahr in die Schweiz an die „École Polytechnique Fédérale de Lausanne“. Als sie nach Berlin zurückkam, baute sie mit dem Geld aus der Helmholtz-Förderung eine kleine Gruppe am HZB auf.

Eigentlich wollte Kathrin-Aziz Lange Dokumentarfilmerin werden. Heute ist sie Forscherin. Im Grunde genommen sind beide Berufe ähnlich. Es geht darum, die Welt zu beobachten und sie zu verstehen. Als Kamera dient ihr jetzt das weiche Röntgenlicht von BESSY II. Damit kann sie in Materialien hineinschauen und Prozesse, die sich dort abspielen, beobachten. Was sie genauer verstehen will, sind Fehlstellen in Materialien für die solare Energieumwandlung. Solche Materialsysteme bestehen aus einem Halbleiter und einem Katalysator. Der Halbleiter fängt Lichtteilchen von der Sonne, die Photonen, ein. Mit dieser Energie werden freie Ladungsträger erzeugt und es entstehen Elektronen-Loch-Paare, die ermöglichen, dass die Ladungen zum Katalysator wandern. Bei diesen Prozessen spielen Fehlstellen im atomaren Aufbau des Materialsystems eine wichtige Rolle. Sie führen einerseits dazu, dass die Elektronen sich besser bewegen können  und können die katalytische Effizienz erhöhen. Andererseits können erzeugte Ladungen durch die Unregelmäßigkeiten aber auch wieder verloren gehen. „Zu viele Defekte sind schlecht, zu wenige aber auch. Zudem gibt es verschiedene Funktionen von Defekten in den Materialschichten und an ihren Grenzflächen“, so Aziz-Lange. „Mit meiner Forschung will ich für jede Defektart einen charakteristischen Fingerabdruck finden und verstehen, wie sich die unterschiedlichen Defekte effizient kombinieren lassen.“

Kurz gesagt: Kathrin Aziz-Lange geht es um das passende Rezept. Doch anders als beim Kochen ist hier nicht Ausprobieren gefragt nach dem Motto: eine Zutat hiervon, eine Prise davon, bis sich irgendwann das beste Ergebnis einstellt. „Wir gehen das Ganze systematisch an.“ Für jede Defektart muss Kathrin Aziz-Lange zuerst eine charakteristische Testprobe herstellen. „Dafür braucht man viel Know-how in der Materialsynthese“. Im nächsten Schritt will sie die Merkmale jedes Defekts herausfinden. „Danach wird es richtig spannend: Wir schauen uns unter realen Bedingungen an, was die Defekte bewirken. Dazu wollen wir mit drei sich ergänzenden Röntgenmethoden beobachten, was in den Materialien in operando – also mit angelegter Spannung und in Wasser – passiert“, erklärt sie. Damit das klappt, „muss ich nur noch schnell eine der drei Methoden entwickeln“, sagt sie lachend. „Aber zum Glück haben wir damit schon Erfahrung.“

Mit der Helmholtz-Förderung kann die Nachwuchsgruppenleiterin auch zusätzliche Mitarbeiter einstellen. „Die Unterstützung durch mein Team ist toll. Dennoch musste ich das Aus-der-Hand-Geben von Aufgaben erst lernen.“ Dafür hat sie auch die Angebote der Helmholtz-Akademie genutzt. „Der Erfahrungsaustausch mit anderen Nachwuchsforschern und die Tipps zum Führen und Organisieren waren eine wertvolle Hilfe für mich“, sagt die Forscherin.

Gut organisieren können, das muss Kathrin Aziz-Lange können. Denn die 31-Jährige ist nicht nur Nachwuchsgruppenleiterin, sondern seit 15 Monaten auch Mutter einer Tochter. „Zum Glück ist die Kleine ganz entspannt und geht gern in die Kita“, erzählt sie. Nach nur einem Monat Elternzeit hat die Physikerin weitergearbeitet: in Telearbeit. Seit Januar 2016 arbeitet Kathrin Aziz-Lange wieder vor Ort am HZB. Auch ihr Mann ist Forscher und viel unterwegs. Wie geht das? „Gerade in der Forschung hat man viele Freiheiten. Oft kann man selbst bestimmen, wann und wo man arbeitet. Ich nutze zum Beispiel den Abend, wenn meine Tochter schläft.“ Wenn beide doch einmal zum gleichen Zeitpunkt unterwegs sein müssen, springt die Verwandschaft ein, die zum Glück in Berlin wohnt. Mit Familie und Wissenschaft ist sie zurzeit voll ausgelastet. Ausgleich findet die Physikerin im Sport. Dafür will sie sich wieder mehr Zeit nehmen und sich im Ruderclub anmelden.  

Kathrin Aziz-Lange ist mit ihren 31 Jahren auf der wissenschaftlichen Karriereleiter schon gut vorangekommen. Doch wie lautet eigentlich ihr persönliches Erfolgsrezept? Kathrin Aziz-Lange denkt nicht lange nach: „Man muss vor allem Spaß an der Forschung haben und bereit sein, etwas zu riskieren. Und man braucht Menschen um sich herum, die einen unterstützen und immer wieder Mut machen.“

Förderprogramm 'Helmholtz-Nachwuchsgruppen

'Mit den Helmholtz-Nachwuchsgruppen unterstützt die Helmholtz-Gemeinschaft die frühe Selbstständigkeit der jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und bietet ihnen eine verlässliche Karriereperspektive. Dieses Programm ist in Deutschland einmalig und erhöht die Attraktivität der Zentren für Nachwuchskräfte aus aller Welt. Seit Beginn der Förderung aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds im Jahre 2003 wurden bisher rund 200 Personen in das Programm aufgenommen - ein Großteil sind Ausländer oder Deutsche, die nach einem Forschungsaufenthalt im Ausland zurückkehren. Das Programm trägt somit wesentlich dazu bei, exzellente junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für den Forschungsstandort Deutschland zu gewinnen.

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Zur Ausschreibung 2016

12.04.2016, Silvia Zerbe
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Leserkommentare, diskutieren Sie mit

Holger Schmidt, 14-04-16 21:54:
Sehr geehrte Damen und Herren,

Wasserstoff aus Wasser zu produzieren ist teuer. Könnte man es nicht auch billiger machen. Mit Zentrifugalkraft und einen Massenspektrometer.

Ich stelle mir vor, das Wasser in einem Rohr geschleudert wird. Es rotierd um die eigene Achse. Dann kommt das Wasser am Rohrende heraus und ein Laserstrahl wird auf das Wasser gelenkt. Durch die Photonen trennt sich das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Nun kommt der Massenspektrometer ins Spiel. Ein Magnetfeld trennt Wasserstoff und Sauerstoff.

So können wir mehr Wasserstoff herstellen.

Nur so eine Idee.

Gruß hs
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17.01.2017

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Kathrin Aziz-Lange. Bild: HZB / A. Kubatzki
Unsere Sonne liefert täglich riesige Mengen an Energie. Doch wir nutzen nur einen kleinen Teil davon. Wenn es nach Kathrin Aziz-Lange geht, könnte sich das bald ändern. Die Physikerin vom Helmholtz-Zentrum Berlin arbeitet daran, die Energie der Sonne zu speichern und sie verfügbar zu machen, wann immer wir sie brauchen.

Wenn Kathrin Aziz-Lange über ihre Arbeit spricht, geht es nicht ums Kochen. Wohl aber um das passende Rezept, das sie in den nächsten Jahren finden will. Die 31-jährige Physikerin vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) forscht an Materialsystemen, mit denen man die Energie der Sonne nutzt, um Wasser zu spalten. Dabei entsteht Wasserstoff. Er kann als Brennstoff zum Beispiel für Autos verwendet werden und ist ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie. „Solare Brennstoffe sind klimafreundlich und speichern die Energie der Sonne für Zeiten, in denen Wind und Sonne nicht ausreichend Strom liefern“, umreißt die Forscherin die Vision. 

In den nächsten fünf Jahren wird Kathrin Aziz-Lange diesem Ziel ein Stück näher kommen. Seit Januar 2016 leitet sie eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe. Die Forscher wollen die Erzeugung solarer Brennstoffe effizienter machen. „Ein sehr schickes Programm“, sagt sie, „denn in fünf Jahren kann man eine Menge bewegen.“ Wenn Kathrin Aziz-Lange über ihre Arbeit spricht, redet sie schnell wie ein Wasserfall und lacht unheimlich viel. Ihre blauen Augen strahlen.

Man kann sich die Nachwuchswissenschaftlerin nur schwer in einem anderen Beruf vorstellen. Doch nach ihrem Physikstudium an der Technischen Universität Berlin hat sie der Forschung zunächst den Rücken gekehrt. Die Betreuerin ihrer Diplomarbeit riet ihr von einer Promotion ab. „Kathrin, ich kann mir nicht vorstellen, dass Du Dich drei Jahre lang nur auf ein Thema konzentrieren kannst“, meinte sie und vermittelte ihr ein Praktikum in der PR-Abteilung beim Berliner Elektronenspeicherring BESSY II. Dort schrieb sie Artikel über neue Forschungsergebnisse. Sie stellte den Wissenschaftlern viele Fragen, aber die Antworten reichten ihr nicht. „Ich begann, mich in die Literatur einzulesen. Irgendwann merkte ich: Wenn ich schon so tief drin bin, kann ich auch selbst forschen.“

Nach wenigen Wochen sprach ein Forscher Aziz-Lange auf eine freie Doktorandenstelle an und warb sie von der Pressestelle ab. In ihrer Doktorarbeit forschte sie über Wasserstoffbrückenbindungen und entwickelte zusammen mit ihren Kollegen einen neuartigen Experimentieraufbau. Danach zog sie als Postdoktorandin zum Max-Born-Institut weiter. Während dieser Zeit erhielt Kathrin Aziz-Lange die Zusage für das Helmholtz-Postdoktorandenprogramm. „Das war eine Riesenchance für mich.“ Die Physikerin ging für ein knappes Jahr in die Schweiz an die „École Polytechnique Fédérale de Lausanne“. Als sie nach Berlin zurückkam, baute sie mit dem Geld aus der Helmholtz-Förderung eine kleine Gruppe am HZB auf.

Eigentlich wollte Kathrin-Aziz Lange Dokumentarfilmerin werden. Heute ist sie Forscherin. Im Grunde genommen sind beide Berufe ähnlich. Es geht darum, die Welt zu beobachten und sie zu verstehen. Als Kamera dient ihr jetzt das weiche Röntgenlicht von BESSY II. Damit kann sie in Materialien hineinschauen und Prozesse, die sich dort abspielen, beobachten. Was sie genauer verstehen will, sind Fehlstellen in Materialien für die solare Energieumwandlung. Solche Materialsysteme bestehen aus einem Halbleiter und einem Katalysator. Der Halbleiter fängt Lichtteilchen von der Sonne, die Photonen, ein. Mit dieser Energie werden freie Ladungsträger erzeugt und es entstehen Elektronen-Loch-Paare, die ermöglichen, dass die Ladungen zum Katalysator wandern. Bei diesen Prozessen spielen Fehlstellen im atomaren Aufbau des Materialsystems eine wichtige Rolle. Sie führen einerseits dazu, dass die Elektronen sich besser bewegen können  und können die katalytische Effizienz erhöhen. Andererseits können erzeugte Ladungen durch die Unregelmäßigkeiten aber auch wieder verloren gehen. „Zu viele Defekte sind schlecht, zu wenige aber auch. Zudem gibt es verschiedene Funktionen von Defekten in den Materialschichten und an ihren Grenzflächen“, so Aziz-Lange. „Mit meiner Forschung will ich für jede Defektart einen charakteristischen Fingerabdruck finden und verstehen, wie sich die unterschiedlichen Defekte effizient kombinieren lassen.“

Kurz gesagt: Kathrin Aziz-Lange geht es um das passende Rezept. Doch anders als beim Kochen ist hier nicht Ausprobieren gefragt nach dem Motto: eine Zutat hiervon, eine Prise davon, bis sich irgendwann das beste Ergebnis einstellt. „Wir gehen das Ganze systematisch an.“ Für jede Defektart muss Kathrin Aziz-Lange zuerst eine charakteristische Testprobe herstellen. „Dafür braucht man viel Know-how in der Materialsynthese“. Im nächsten Schritt will sie die Merkmale jedes Defekts herausfinden. „Danach wird es richtig spannend: Wir schauen uns unter realen Bedingungen an, was die Defekte bewirken. Dazu wollen wir mit drei sich ergänzenden Röntgenmethoden beobachten, was in den Materialien in operando – also mit angelegter Spannung und in Wasser – passiert“, erklärt sie. Damit das klappt, „muss ich nur noch schnell eine der drei Methoden entwickeln“, sagt sie lachend. „Aber zum Glück haben wir damit schon Erfahrung.“

Mit der Helmholtz-Förderung kann die Nachwuchsgruppenleiterin auch zusätzliche Mitarbeiter einstellen. „Die Unterstützung durch mein Team ist toll. Dennoch musste ich das Aus-der-Hand-Geben von Aufgaben erst lernen.“ Dafür hat sie auch die Angebote der Helmholtz-Akademie genutzt. „Der Erfahrungsaustausch mit anderen Nachwuchsforschern und die Tipps zum Führen und Organisieren waren eine wertvolle Hilfe für mich“, sagt die Forscherin.

Gut organisieren können, das muss Kathrin Aziz-Lange können. Denn die 31-Jährige ist nicht nur Nachwuchsgruppenleiterin, sondern seit 15 Monaten auch Mutter einer Tochter. „Zum Glück ist die Kleine ganz entspannt und geht gern in die Kita“, erzählt sie. Nach nur einem Monat Elternzeit hat die Physikerin weitergearbeitet: in Telearbeit. Seit Januar 2016 arbeitet Kathrin Aziz-Lange wieder vor Ort am HZB. Auch ihr Mann ist Forscher und viel unterwegs. Wie geht das? „Gerade in der Forschung hat man viele Freiheiten. Oft kann man selbst bestimmen, wann und wo man arbeitet. Ich nutze zum Beispiel den Abend, wenn meine Tochter schläft.“ Wenn beide doch einmal zum gleichen Zeitpunkt unterwegs sein müssen, springt die Verwandschaft ein, die zum Glück in Berlin wohnt. Mit Familie und Wissenschaft ist sie zurzeit voll ausgelastet. Ausgleich findet die Physikerin im Sport. Dafür will sie sich wieder mehr Zeit nehmen und sich im Ruderclub anmelden.  

Kathrin Aziz-Lange ist mit ihren 31 Jahren auf der wissenschaftlichen Karriereleiter schon gut vorangekommen. Doch wie lautet eigentlich ihr persönliches Erfolgsrezept? Kathrin Aziz-Lange denkt nicht lange nach: „Man muss vor allem Spaß an der Forschung haben und bereit sein, etwas zu riskieren. Und man braucht Menschen um sich herum, die einen unterstützen und immer wieder Mut machen.“

Förderprogramm 'Helmholtz-Nachwuchsgruppen

'Mit den Helmholtz-Nachwuchsgruppen unterstützt die Helmholtz-Gemeinschaft die frühe Selbstständigkeit der jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und bietet ihnen eine verlässliche Karriereperspektive. Dieses Programm ist in Deutschland einmalig und erhöht die Attraktivität der Zentren für Nachwuchskräfte aus aller Welt. Seit Beginn der Förderung aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds im Jahre 2003 wurden bisher rund 200 Personen in das Programm aufgenommen - ein Großteil sind Ausländer oder Deutsche, die nach einem Forschungsaufenthalt im Ausland zurückkehren. Das Programm trägt somit wesentlich dazu bei, exzellente junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für den Forschungsstandort Deutschland zu gewinnen.

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Zur Ausschreibung 2016

12.04.2016, Silvia Zerbe
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