Treibstoffe aus Sonnenenergie

Mit Sonnenenergie Kohlendioxid in nutzbare Verbindungen umzuwandeln und gleichzeitig Wasserstoff zu gewinnen, das ist das ambitionierte Forschungsziel von Andrea Pannwitz. Sie ist neue Juniorprofessorin für Anorganische Chemie an der Universität Jena und wird von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert.

Solare Brennstoffe aus Kohlendioxid

„Idealerweise würde beides gleichzeitig ablaufen“, erklärt die Chemikerin. „Das heißt, wenn wir das Kohlendioxid umwandeln, entsteht dabei sogenanntes Synthesegas. Dieses Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist ein wertvoller industrieller Ausgangsstoff, um daraus neue Kohlenwasserstoffe herzustellen.“ Diese können im einfachsten Fall als Kraft­stoff verwendet werden. „Das wären dann sogenannte Solarfuels, also Treibstoffe aus Sonnenergie. Es sind aber auch wertvolle Grundchemikalien denkbar, etwa um daraus pharmakologische Wirkstoffe herzustellen“, ergänzt Pannwitz.

So vielversprechend die möglichen Anwendungen sind, so wichtig ist es, diesen Umwand­lungsprozess möglichst genau zu verstehen. „Wir betreiben die Grundlagenforschung dafür“, ordnet die Wissenschaftlerin ein. „Lichtenergie chemisch nutzbar zu machen, ist hochkom­plex: Es braucht geeignete Farbstoffe, die das Licht absorbieren und es braucht einen Katalysator, der die gewünschte Reaktion effizient betreibt. Beides muss aufeinander abgestimmt sein. Und das ganze System muss stabil gegenüber Wasser sein.“

Künstliche Chloroplasten

Daher arbeiten sie und ihr Team mit von der Natur inspirierten Nano-Membranen. Pannwitz erklärt: „Pflanzen haben in ihren Zellen Chloroplasten, in denen die Photosynthese abläuft. Diese Chloroplasten bestehen aus Doppel-Lipid-Schichten, in denen die aktiven Chlorophyll-Einheiten eingebettet sind, die letztendlich die chemische Reaktion betreiben. Entsprechend nutzen wir in unserer Forschung von der Natur abgeleitete Lipid-Membranen. In diese betten wir die katalytisch aktiven Einheiten ein und untersuchen auch, wie diese lokale chemische Umgebung die Effizienz der Katalyse beeinflusst.“

Für die Arbeit findet sie in Jena ein ideales Umfeld vor: „Dieser Ort hat eine große Stärke in Verbundprojekten, wie etwa dem Sonderforschungsbereich CataLight, an dem mein Team beteiligt ist“, urteilt Pannwitz. „Zukünftig möchte ich mich auch in weitere Verbundprojekte einbringen, die ebenfalls mit Licht zu tun haben. Und das passt in der Lichtstadt Jena perfekt.“

Den Forschungsalltag schon im Studium zeigen

In der Lehre legt Andrea Pannwitz großen Wert darauf, Studierende konkret an aktuelle Themen der Forschung heranzuführen. „Mir ist wichtig, dass die Studierenden im Master- oder schon im fortgeschrittenen Bachelorstudium die Forschung verstehen, auch anhand des Wissens aus Vorlesungen und Seminaren.“ Für Pannwitz bedeutet das, beispielsweise Seminare besonders interaktiv anzulegen und Formate einzuführen, die zum Forschungs­alltag gehören. „Das kann eine Poster-Präsentation sein oder ein Vortrag, wie man sie von Konferenzen kennt“, sagt sie. „Auch eine kleine Publikation mit einem internen Begutach­tungsprozess bringt Elemente aus der aktiven Forschung hautnah ins Studium.“

Nach ihrem Chemiestudium in Göttingen wurde Andrea Pannwitz 2017 an der Universität Basel in der Schweiz promoviert und forschte anschließend an der Universität Leiden in den Niederlanden. Von 2020 bis 2024 war sie Juniorprofessorin und Nachwuchsgruppenleiterin an der Universität Ulm. In Jena läuft ihre Juniorprofessur nach dem sogenannten Tenure-Track-Verfahren und kann perspektivisch 2026 in eine volle Professur umgewandelt werden. „Natürlich möchte ich gerne in Jena bleiben, auch weil ich die Stadt noch gut kenne“, betont sie schmunzelnd. „Ich bin hier zur Schule gegangen, und zwar auf das Carl-Zeiss-Gymna­sium.“ Dass ihre Juniorprofessur nun ausgerechnet durch die Carl-Zeiss-Stiftung gefördert wird, sieht die Jenenserin als gutes Omen.