Athanasios Tountas

Wie verlief Ihr Forschungsaufenthalt?
Unsere Forschungszusammenarbeit konzentrierte sich hauptsächlich auf die Fotochemie zur chemischen Synthese von zum Beispiel Methanol und Dimethylether sowie den umgekehrten Fotoreformierungsprozess, aus dem Wasserstoff hervorgeht. Falls wir damit Erfolg haben, wird dieser Prozess zur Ermöglichung der „Wasserstoffwirtschaft“ beitragen. Unser Solarbrennstoffteam in Toronto arbeitet seit 2016 mit dem Karlsruher Institut für Technologie - Institut für Mikroverfahrens­technik (KIT-IMVT) an der Steigerung der Effizienz und der Quantifizierung von Fotoreaktoren und Fotokatalysatoren mit dem Ziel der Erhöhung des Technology Readiness Level. Durch diesen Aufenthalt wollte ich die hier vorangetriebenen Best Practices mit Aerosol als Fotokatalysatorträger kennen und schätzen lernen, um sie auf die makroporösen Keramikträger und Fotoreaktoren anzuwenden, die wir in Toronto verwenden. Die Arbeit mit anderen optochemischen Ingenieurinnen und Ingenieuren hat es mir ermöglicht, Konstruktionen schneller zu ändern und Ansätze schneller zu validieren. Wir sind graduell zu den Ergebnissen gelangt, indem wir Methoden verglichen und die besten Ansätze übernahmen. Wir werden weiter zusammenarbeiten, um uns untereinander auszutauschen und voneinander zu lernen und verschiedene Simulationstechniken durch Berücksichtigung der am KIT durchgeführten aktinometrischen Versuche zu erweitern. Der Erfolg dieser Bemühungen wird es uns ermöglichen, dass Technology Readiness Level unserer Technologie weiter voranzutreiben.

Wie gestaltete sich die Arbeit am KIT?
Ich konnte viele der IMVT-Einrichtungen für den fortgeschrittenen Pilotmaßstab bei Mikrofabrikation und additiver Herstellung sowie das Energielabor im Rahmen der Umwandlung von Offshore-Windenergie in Methanol und Ammoniak kennenlernen. Die Highlights waren das skalierte RWGS-System und die Prozessanforderungen des Mikroreaktors, der uns zuvor vom KIT zur Verfügung gestellt worden war, und den ich vor meiner Ankunft hierhergeschickt hatte. Ich erlebte, woran andere Fotokatalysatorforschende hier arbeiten. Eine Kollegin nutzt einen Membranfotoreaktor, der bei der Fotodegradation von Wasserschadstoffen Einsatz fand, den sie jetzt aber als Methanisierungsfotoreaktor einsetzt. Ich konzentrierte mich auf die Perspektive, dass Membranreaktoren für die Tieftemperatursynthese zur Verschiebung des Gleichgewichts auf dieselbe Weise wie bei der Nutzung von Tieftemperaturfotochemie zwecks dieser Verschiebung genutzt werden könnten. Das Pendeln von der Pension zum Nordcampus des KIT, zuerst mit dem Fahrrad und dann mit dem Bus, war angenehm. Ich konnte dabei den Frühling in Deutschland genießen.

Privat

Am 1921 gebauten Ammoniak-Reaktor des Haber-Bosch-Verfahrens

Welche Ergebnisse oder Erfolge haben Sie mit nach Hause genommen – sowohl für sich selbst als auch für Ihre Forschung?
Wir charakterisierten die UV-LEDs, die wir in Toronto verwenden, da wir diese Art von Messung dort nicht so einfach durchführen können. Dafür bedienten wir uns eines Winkelmesseraufbaus im Lichttechnischen Institut auf dem Südcampus des KIT. Wir benötigten den gesamten Streifen mit 60 Elementen, um die durchschnittliche Leistung und Dispersion zu ermitteln, da die Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von 365 nm nur gering war. Dies lässt sich ein eine stabilere Raytracing-Simulation einspeisen, in der wir den Photonenfluss zur äußeren Glasfläche genauer vorhersagen können, was uns in Kombination mit den Absorptionseigenschaften des Katalysators eine (emittierte oder absorbierte) Quantenausbeute für die Quantifizierung der Effizienz des Fotoreaktors gibt. Selbiges gilt für das Verhältnis zwischen der Leistung bei eingeschalteter LED-Wand und der Photoneneffizienz. Wir präparierten leere und mit dem Fotokatalysator beladene Schaumstoffe mit zwei unterschiedlichen ppi-Werten, die aus Toronto mitgebracht wurden, damit wir auf Flussaktinometrie und -aktivität testen konnten.

Zunächst wurde das leere Reaktorrohr getestet, da wir wissen möchten, wie viele der Ursprungsphotonen von der längeren LED-Reihe absorbiert werden. Wir testeten bei drei verschiedenen Intensitäten, um zu sehen, ob die Reaktion linear ausfällt, damit wir daraus auf die hohen Intensitäten schließen konnten, die wir beim Testen des Reaktors erzielen möchten. Nach unserer Rückkehr werden wir die Reaktorkonfiguration detaillierter modellieren müssen, um eine Vergleichsbasis zu erhalten oder die Versuche durch Simulationen validieren zu können.Außerdem werden unsere Kolleginnen und Kollegen hier über die nächsten Tage und Wochen weitere Versuche mit den Schaumstoffen durchführen. Beim Einbringen des Schaumstoffs gibt es ein paar Probleme, die es zu bewältigen gilt, da der Schaumstoff einen bestimmten Anteil des einfallenden Lichts reflektiert, während der Rest vom Aktinometer absorbiert wird, was bedeutet, dass wir zur Anpassung des Verhältnisses von absorbiertem und einfallendem Licht wissen müssen, welcher Anteil reflektiert wurde.

Privat

Erkundung des Schwarzwaldss

Wie sehen Ihre nächsten Schritte bei Ihrem Forschungsprojekt und in Ihrer weiteren wissenschaftlichen Laufbahn aus?
Wir müssen die Versuche durch Simulationen validieren, indem wir eine angepasste Menge an einfallendem Licht bereitstellen. Nach der Anpassung werden sich die Ergebnisse für die offenen Rohre wahrscheinlich um 10-20 % verändern, also ist Präzision maßgeblich, vor allem zwischen den Porengrößen der Schaumstoffe. Unser Team wird versuchen, eine signifikante Veränderung innerhalb der Fehlertoleranzen zu erzielen, während ich an den Simulationen arbeite, da die hier verwendeten Simulationen keinen Schaumstoff einbringen und die Länge der Lichtquelle, die länger ist als das innere Rohr, nicht variieren können. Wir versuchten, dies auszugleichen, indem wir nur den Schaumstoffabschnitt des Reaktorrohrs dem Licht aussetzten. Über diese Einschränkungen werde ich im Verlauf der Versuchsreihen noch genauer berichten, da dies eine neue Technik zur direkten Validierung unserer bisher durchgeführten Modellierungen darstellt, die ich hier erlernt habe. Die Analyse der Ergebnisse ist noch ausstehend, doch unser Ziel ist es, das Verhältnis zwischen der Leistung bei eingeschalteter LED-Reihe und den absorbierten Photonen mit derselben Lichtquellen-Lichtträger-Struktur zu ermitteln, die wir in Toronto verwenden. Wir werden unsere Reaktorstoffe für weitere Forschung hierlassen, mit der wir herausfinden möchten, ob wir unsere Fotokatalysatorträgerschaumstoffe mittels Aktinometrie quantifizieren können.

Wie haben Sie mit Ihrem kanadischen Hintergrund den Alltag in Deutschland und die Unterschiede im arbeitsbezogenen, wie auch im Privatleben erlebt?
Das Leben in Karlsruhe öffnete mir die Augen. Die gute Bike-Sharing- und Personenverkehrsinfrastruktur, die Pension in zentraler Lage und die erschwingliche Lebensqualität trugen allesamt zu einem Gefühl der Verbundenheit mit der Stadt und dem Alltag bei. Am ersten Wochenende im Deutschland unternahmen wir eine Fahrradtour durch die Stadt und mussten die Fahrräder wegen der schieren Menge an Menschen, die die vielen Restaurants, Grünanlagen und Cafés der Stadt genossen, den Großteil des Weges neben uns herschieben. Ich kam auch in den Genuss der vielen Brezel- und Gebäcksorten, die Deutschland zu bieten hat, außer, als mir an einem Sonntag einmal das Essen ausging. Ich konnte ohne größere Schwierigkeiten viele Ausflüge an Orte innerhalb und dank der Regionalzüge auch außerhalb der Stadt zu den nahegelegenen Touristenattraktionen wie dem Schwarzwald, den Städten Speyer, Heidelberg und Turmberg sowie in die Schweiz machen.

Privat

Eine wunderbare Aussicht auf Heidelberg, festgehalten von Athanasios Tountas

Inwiefern hat Ihre Forschung am KIT Ihre weitere wissenschaftliche Laufbahn geprägt?
Vor diesem Aufenthalt hatte ich es nie in Erwägung gezogen, in Deutschland zu leben und zu arbeiten. Von jetzt an werde ich nach Möglichkeiten Ausschau halten, Deutschland und den umliegenden Ländern einen weiteren Besuch abzustatten – sei er rein wissenschaftlich oder privat.

Konnten Sie wissenschaftliche und/oder persönliche Kontakte knüpfen, die voraussichtlich auch das Ende Ihres Aufenthalts in Deutschland überdauern werden?
Die Kolleginnen und Kollegen, denen ich hier begegnete, waren alle sehr hilfsbereit und tauschten sich gerne mit mir über ihre Forschung und ihre Pläne für die Zukunft der grünen Energie und nachhaltigen chemischen Synthese aus. Am KIT gibt es hochmoderne Einrichtungen mit Technikintegration, die mich in Zukunft motivieren werden. Durch ihre Aufrechterhaltung und ihren Ausbau werden die Beziehungen, die ich hier knüpfen konnte, ohne Zweifel dazu beitragen, dass unsere Labore und Länder enger an gemeinsamen Herausforderungen und Möglichkeiten zusammenarbeiten können.

Welche kulturellen und persönlichen Erfahrungen werden Ihnen am meisten in Erinnerung bleiben?
Die Menschen, denen ich in Deutschland begegnete, und der deutsche Lebensstil sind einzigartig und absolut unvergesslich. Dazu gehörten die gemeinsamen Mittagessen jeden Tag in der Gruppe, die deutsche Küche, die vielen Kaffeepausen, das Bier nach der Arbeit oder am Wochenende und die Diskussionsfreudigkeit und Offenheit der Kolleginnen und Kollegen, als sie ihre Motivationen und Erfahrungen mit mir teilten. Dieser Aufenthalt ermöglichte mir jede Menge Einsichten, wie Deutschland, eine der weltweit führenden Nationen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energie, als Ganzes auf das Ziel der Netto-Nullemission bis Ende des Jahrzehnts hinarbeiten und vielleicht als Vorbild für den Rest der Welt dienen kann.