NETZ

Wir sind Forscher*innen mit Leib und Seele. In unseren Themenfeldern sind wir Expert*innen und gestalten den »State of the Art« mit. Unsere Ziele in Forschung und Entwicklung stimmen wir auf die Bedürfnisse des Marktes ab. Daher arbeiten wir in den Anwendungsthemen eng mit Kolleg*innen aus verwandten Forschungseinrichtungen und Partnern aus der Industrie zusammen.

Der Standort des NETZ-Forschungsbaus ist ideal für die Zusammenarbeit:

Direkt nebenan liegen das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT), das Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik (ZHO) sowie Büros und Labore der Physiker und Ingenieure der Universität. Das Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) liegt wenige Kilometer entfernt auf der anderen Rheinseite.

Darüber hinaus ermöglicht das Ruhrgebiet vielfältige Kooperationsmöglichkeiten mit den Nachbar-Universitäten in Bochum (RUB) und Dortmund (TU Dortmund) in der Materialentwicklung und -charakterisierung, die unter dem Dach der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) gebündelt werden.

Im benachbarten Mülheim an der Ruhr arbeiten wir mit den Kolleg*innen der beiden dort ansässigen Max-Planck-Institute für Kohlenforschung (MPI KOFO) bzw. für chemische Energiekonversion (MPI CEC) zusammen. Mit dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) haben wir eine gemeinsame Arbeitsgruppe zum Thema »Photovoltaik« etabliert, die ebenfalls im NETZ verortet ist.

International kooperieren wir mit herausragenden Universitäten aus Europa, Nordamerika und Asien – z. B. Cambridge (Großbritannien), ETH Zürich (Schweiz), Lund (Schweden), Minneapolis, Princeton, Rutgers, Stanford (alle USA), Waterloo (Kanada) und Tsukuba (Japan). Die Kooperationen umfassen dabei den Austausch von Nachwuchswissenschaftler*innen, Gastprofessuren, gemeinsame Workshops und die Durchführung größerer Forschungsprojekte.

Um über den regelmäßigen Austausch hinaus auch die unmittelbare Zusammenarbeit zu ermöglichen, stellen wir ausgewählten Partnern für die Dauer gemeinsamer Projekte Büros und Labors im NETZ zur Verfügung.

Das von MERCUR geförderte Verbundprojekt DIMENSION entwickelt einen beschleunigten Weg von der Entdeckung neuer Elektrokatalysatoren bis zu ihrem Einsatz in technisch relevanten Elektrolyseur- und Brennstoffzellensystemen. Das Projekt reagiert damit auf eine zentrale Herausforderung der Energiewende: Viele heute eingesetzte Katalysatormaterialien sind teuer, knapp oder nur schwer in großen Mengen herzustellen.

Durch Hochdurchsatzexperimente, computergestützte Materialforschung und Methoden des maschinellen Lernens werden vielversprechende Materialzusammensetzungen identifiziert. Parallel dazu untersuchen die beteiligten Forschenden, wie sich diese Kandidaten skalierbar synthetisieren, verarbeiten und in anwendungsnahe Komponenten integrieren lassen. Die Materialien werden dabei nicht nur anhand ihrer katalytischen Aktivität bewertet, sondern auch hinsichtlich Stabilität, Herstellbarkeit und Leistungsfähigkeit auf Systemebene.

DIMENSION verbindet die komplementären Kompetenzen der Universität Duisburg-Essen, der Ruhr-Universität Bochum und weiterer Partner. Ziel ist eine universell einsetzbare Entwicklungskette, die geeignete Materialien früh erkennt und den Transfer neuer Werkstoffe für die elektrochemische Energieumwandlung deutlich beschleunigt.

Natural Water to Hydrogen untersucht, wie grüner Wasserstoff durch Elektrolyse auch aus nur minimal aufbereitetem natürlichem Wasser effizient und dauerhaft erzeugt werden kann. Das Profilprojekt der Universität Duisburg-Essen konzentriert sich auf die Niedertemperatur-Anionenaustauschmembran-Elektrolyse, kurz AEM-Elektrolyse. Diese fluorfreie Technologie kann mit Katalysatoren auf Basis gut verfügbarer Elemente betrieben werden und bietet deshalb Potenziale für kostengünstige und skalierbare Elektrolyseure.

Natürliche Wässer enthalten jedoch Salze, Ionen und organische Stoffe, die die Aktivität, Stabilität und Lebensdauer von Membranen, Elektroden und Katalysatoren beeinflussen können. Das Projekt untersucht systematisch, welche Wasserbestandteile tolerierbar sind oder zu Leistungseinbußen führen. Daraus sollen belastbare Anforderungen an die optimale und die mindestens erforderliche Wasserqualität abgeleitet werden.

Durch die enge Verbindung von Wasserforschung, Elektrochemie, Katalyse sowie Membran- und Materialwissenschaft trägt Natural Water to Hydrogen dazu bei, den Aufwand für die Wasseraufbereitung zu reduzieren und die Wasserstoffproduktion nachhaltiger zu gestalten.

Das Graduiertenkolleg 3043 AMTEC-PRO entwickelt neue Methoden und Technologien, um die Protonentherapie präziser, wirksamer und schonender zu machen. Das interdisziplinäre Forschungs- und Qualifizierungsprogramm verbindet Medizin, Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften, Partikeltechnologie und Künstliche Intelligenz. Eine zentrale Forschungsinfrastruktur ist das Westdeutsche Protonentherapiezentrum Essen, an dem wissenschaftliche Ansätze unter klinisch relevanten Bedingungen untersucht werden können.

Die Forschungsarbeiten gliedern sich in drei Themenfelder. Neue Instrumente, bildgebende Verfahren und lernende Algorithmen sollen die Strahlführung und die Vorhersage der Dosisverteilung verbessern. Weitere Projekte analysieren die Wirkung von Protonenstrahlung auf unterschiedlichen biologischen Ebenen, um Tumorzellen gezielter zu schädigen und gesundes Gewebe besser zu schützen. Ein dritter Schwerpunkt untersucht Gadoliniumverbindungen und Edelmetall-Nanopartikel als mögliche Sensibilisatoren, die die Wirkung der Bestrahlung im Tumor verstärken könnten.

AMTEC-PRO qualifiziert Promovierende für Forschung an der Schnittstelle von Naturwissenschaften, Technologie und moderner Medizin und stärkt zugleich die Protonentherapieforschung im Ruhrgebiet.

Das Internationale Graduiertenkolleg 2803 2D-MATURE erforscht, wie zweidimensionale Materialien skalierbar hergestellt, gezielt verarbeitet und in leistungsfähige technische Bauelemente überführt werden können. Zu dieser Materialklasse gehören Graphen und verwandte Schichtmaterialien, die nur wenige Atomlagen dünn sind und außergewöhnliche elektrische, optische, mechanische und elektrochemische Eigenschaften besitzen.

Ihr praktischer Einsatz wird bislang vor allem durch begrenzte Produktionsmengen, schwer kontrollierbare Grenzflächen und fehlende Fertigungsprozesse erschwert. 2D-MATURE untersucht deshalb die gesamte Entwicklungskette: von der Synthese großflächiger Schichten und Materialflocken über Beschichtungs- und Druckverfahren bis zur Charakterisierung ihrer Struktur und Funktion. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in Demonstratoren ein, beispielsweise in flexible Lichtsensoren, Leuchtdioden, Batterien und Superkondensatoren.

Das gemeinsame Programm der Universität Duisburg-Essen, der University of Waterloo und weiterer Partner verbindet Grundlagenforschung mit ingenieurwissenschaftlicher Umsetzung. Promovierende arbeiten in einem internationalen und interdisziplinären Umfeld und erhalten zusätzliche Qualifikationen unter anderem in Projektmanagement, Kommunikation, Schutzrechten, Kommerzialisierung und Nachhaltigkeitsbewertung.