Zwei ERC Advanced Grants für Forschende in der Chemie
Prof. Thomas Ward und Prof. Oliver Wenger vom Departement Chemie der Universität Basel haben im hochkompetitiven Wettbewerb den Zuspruch des Europäischen Forschungsrats erhalten. Über einen Zeitraum von fünf Jahren erhalten sie je rund 2,5 Millionen Franken für Untersuchungen zu Stickstoffgewinnung bzw. zu bahnbrechenden Untersuchungen in der Fotochemie.
Mehr als 2500 Anträge auf einen ERC Advanced Grant gingen beim Europäischen Forschungsrat (ERC) ein. Nur rund 280 Projekte erhalten die angesehenen EU-Fördergelder. In diesem Wettbewerb konnten auch drei Forscher der Universität Basel mit ihren Projektanträgen überzeugen, darunter zwei vom Departement Chemie.
Neue Wege zum Stickstoff
Einen der Advanced Grants hat Prof. Dr. Thomas Ward erfolgreich eingeworben (Webseite der Forschungsgruppe Ward). In seinem Projekt «Bionix» («Biocatalytic oxidative dinitrogen fixation») geht es um völlig neue Wege, Stickstoff zu gewinnen. Stickstoff spielt als Pflanzennährstoff in Düngemitteln eine zentrale Rolle für die globale Landwirtschaft. Ziel des Projekts von Ward und seinem Team ist, ein effizientes Verfahren zu etablieren, das weniger Energie verbraucht und weniger Emissionen verursacht.
Stickstoff ist ein zentraler Baustein in allen Lebewesen. In der Luft liegt Stickstoff aber als Dinitrogengas N2 vor, das die meisten Organismen nicht aufnehmen können. Erst durch das Haber-Bosch-Verfahren gelang es ab Anfang des 20. Jahrhunderts, Stickstoff aus der Luft in die für Pflanzen nutzbare Form Ammoniak NH3 umzuwandeln. Die Reaktion im Kern dieses Verfahrens ist eine sogenannte Reduktion.
Im Rahmen von «Bionix» möchte Thomas Ward mit seinen Mitarbeitenden eine völlig andere Richtung einschlagen, nämlich ein Verfahren etablieren, bei dem N2 stattdessen oxidiert wird. Hierfür wollen die Forschenden sogenannte Metalloenzyme aus Bakterien und Archäen umprogrammieren, um die Oxidation von N2 zu Nitrat zu katalysieren.
Nitrat hat gegenüber Ammoniak einige Vorteile als Dünger, insbesondere in trockenen Böden. Zudem benötigt die Oxidation von N2 weniger Energie als die Reduktion. Das neue Verfahren könnte somit den Energieverbrauch in der Landwirtschaft nachhaltig senken.
Grenzen der Fotochemie überwinden
Prof. Dr. Oliver Wenger erhält einen Advanced Grant für seine Forschungsvorhaben in der Fotochemie (Webseite der Forschungsgruppe Wenger). Dabei geht es um chemische Reaktionen, die durch Licht angestossen werden. Unter anderem spielt dies eine Rolle bei der Umwandlung von Sonnenenergie in andere Energieformen.
Wenger und seine Mitarbeitenden möchten das Potenzial der Fotochemie erweitern, indem sie eine grundlegende Hürde zu überwinden versuchen: Gemäss der sogenannten Kasha-Regel kann nur der Zustand eines Moleküls mit der niedrigsten Energie für eine chemische Reaktion genutzt werden. Höher angeregte Zustände verlieren ihre Energie zu schnell und lassen sich deshalb nicht für Reaktionen nutzen.
Ziel des nun geförderten Projekts «Breaking Kasha» ist es, die Grenzen der Fotochemie bezüglich der Kasha-Regel zu sprengen und Reaktionen aus höher angeregten Zuständen heraus zu starten. Zum einen wollen die Forschenden den Energieverlust dieser höher angeregten Zustände verlangsamen, zum anderen arbeiten sie daran, die fotochemischen Reaktionen zu beschleunigen, damit sie schneller ablaufen, als die Energie verloren geht.
Gelingt es, diese Art von Reaktionen verlässlich zu etablieren, könnte dies bestimmte Bereiche der synthetischen Chemie sowie die Umwandlung von Sonnenenergie massgeblich beeinflussen.