Zwei ERC Synergy Grants für ETH-Forschende
Der Europ?ische Forschungsrat ERC f?rdert zwei hochkar?tige internationale Projekte mit ETH-Beteiligung: Markus Reiher tr?gt dazu bei, die Entwicklung chemischer Katalysatoren zu beschleunigen, und Christoph Studer arbeitet an einer neuen Technologie für die Drahtloskommunikation.
Die Synergy Grants sind eines von vier personenbezogenen F?rderinstrumenten des Europ?ischen Forschungsrats ERC. Die EU f?rdert so mit Betr?gen von mehreren Millionen Euro Projekte von zwei bis vier Forschenden, die sich in ihrer Zusammenarbeit erg?nzen. Herausfordernde Forschungsfragen sollen gel?st werden, indem unterschiedliche Expertisen, Methoden, Disziplinen oder Infrastrukturen vereint werden. Ausschlaggebend für die Vergabe sind wissenschaftliche Exzellenz und dass die Forschungskooperation einen Mehrwert schafft.
Dieses Jahr gehen zwei der prestigetr?chtigen Grants an Forschende der ETH Zürich: Markus Reiher, Professor für theoretische Chemie, wird Teil eines Konsortiums, das die Entwicklung von Katalysatoren mit einem neuen Ansatz deutlich beschleunigen will. Christoph Studer, Professor für integrierte Informationsverarbeitung, wird gef?rdert, um mit einem internationalen Team eine komplett neue Drahtloskommunikations-Technologie zu entwickeln.
Die Projekte im Detail:
Katalysatoren für die chemischen Prozesse von morgen
Um fossile Rohstoffe zu ersetzen, setzt die chemische Industrie verst?rkt auf Biomasse, erneuerbare Energien und Recycling. Dafür braucht es neue chemische Verfahren – und neue Katalysatoren, die diese Prozesse erm?glichen. Derzeit dauert die Entwicklung neuer Katalysatoren allerdings oft viele Jahre.
ETH-Professor Markus Reiher ist Teil eines Konsortiums, das die Katalysator-Entwicklung mit einem neuen Ansatz beschleunigen will. Anders als heute üblich soll in einem Syntheseschritt nicht ein einzelner Katalysator, sondern ein Gemisch dutzender verschiedener Katalysatoren eingesetzt werden. Die Katalysatoren sind so ausgesucht, dass sie elektrisch oder durch UV-Licht selektiv aktiviert werden und neue Strukturen mit anderen katalytischen Eigenschaften annehmen k?nnen. Dynamisch adaptive Katalyse wird dieses Konzept genannt.
Die Forschenden werden ein ausgeklügeltes System entwickeln, um den Ablauf von dynamischen Katalysereaktionen im Detail zu verstehen und ihn dadurch steuern und optimieren zu k?nnen. Dabei kommen eine hochempfindlichen Massenspektrometrie-Methode zum Einsatz, mit der die in den chemischen Reaktionen entstehenden Substanzen verfolgt werden, sowie Computermodelle.
Am Projekt beteiligt sind ein Experte für chemische Synthese der Universit?t Regensburg, Deutschland, der die dynamische adaptive Katalyse entwickelt hat, eine Massenspektrometrie-Expertin der Radboud Universiteit in Nijmegen, Niederlande, und Markus Reiher von der ETH Zürich, Experte für theoretische Chemie.
Reiher entwickelt computergestützte Modelle, die auf quantenmechanischen Grundlagen basieren. Diese Computermodelle erfassen zehntausende von theoretisch m?glichen Reaktionen und Zwischenprodukten. Mit den Modellen lassen sich die chemischen Reaktionen simulieren und voraussagen, wodurch optimale Katalysebedingungen einfacher gefunden werden k?nnen.
Dieses ERC-Synergy-Projekt wird mit 10 Millionen Euro gef?rdert. Davon werden 2,9 Millionen Euro an die ETH Zürich fliessen. Das neue, rationale Design soll es erm?glichen, neue optimale und effiziente Katalysatoren in Wochen statt Jahren zu entwickeln. Dies zum Beispiel für das Recycling von Plastikabf?llen, die Umwandlung erneuerbarer Rohstoffe in Basischemikalien und für die ?Grüne Chemie? im Allgemeinen.
Komplett neue Drahtloskommunikations-Technologie
ETH-Professor Christoph Studer ist Teil eines internationalen Forschungsteams, das eine neuartige Technologie für Drahtlos-Kommunikationssysteme entwickeln will. Diese soll grundlegend anders funktionieren als heutige Technologien.
Der Hintergrund: Die Nachfrage nach mobiler Datenübertragungskapazit?t steigt ungebrochen. Setzt sich der Trend fort, stossen sowohl die heutige als auch die sich in Entwicklung befindende n?chste Technologiegeneration an ihre Grenzen: Es wird in Zukunft viel mehr Antennen brauchen als heute, was die Kosten in die H?he treibt. Ausserdem wir der sehr viel h?here Stromverbrauch nicht mehr nachhaltig zu decken sein.
Im Rahmen des ERC Synergy-Projektes werden Studer und seine Kollegen eine neue Technologie entwickeln. Der grundlegende Unterschied zu heute: Die Verarbeitung der Signale soll nicht in elektrischen Schaltkreisen geschehen, sondern zu einem Grossteil direkt auf Ebene der Funksignale.
Dazu ist eine neuartige Signalverarbeitung mit speziell entwickelten Oberfl?chen n?tig. Diese Oberfl?chen weisen winzige Strukturen im Nanometermassstab auf. Sie sind also kleiner als die Wellenl?nge der Funksignale. Diese Strukturelemente k?nnen gezielt angesteuert und ver?ndert werden. Dadurch werden die Funkwellen umgelenkt, gebündelt oder gefiltert. Sensoren messen dabei die Wellen, innert Mikrosekunden berechnen Prozessoren neue Parameter und schicken entsprechende Signale an die Strukturelemente. Im Vergleich zu heute soll die neue Technologie sehr viel energieeffizienter sein und mit deutlich weniger elektronischen Schaltkreisen auskommen.
Die EU f?rdert das sechsj?hrige ERC-Synergy-Projekt mit insgesamt 9,9 Millionen. Euro, wovon 2,3 Millionen Euro an die ETH Zürich fliessen werden. Ein Ziel wird es sein, Demonstrationssysteme zu bauen, mit denen die Forschenden die neue Technologie experimentell validieren k?nnen.
Für die Entwicklung der steuerbaren Nano-Oberfl?chen verantwortlich ist der Projektpartner an der City University of New York. ETH-Professor Studer wird Computermodelle entwickeln, mit denen sich die Eigenschaften der Nano-Oberfl?chen schnell berechnen lassen. Ausserdem wird er Algorithmen für die Steuerung der Strukturelemente entwickeln und den Chip, der die Konfigurationen der Nano-Oberfl?che berechnet, entwickeln. Am Projekt beteiligt sind zudem Forschende von der Technischen Universit?t Berlin und vom Centre national de la recherche scientifique in Paris. Sie nehmen sich der physikalischen Machbarkeit und der mathematischen Hintergründe der Technologie an.