Unsere Profs: Urs Gellrich schafft Grundlagen für nachhaltige Chemie [21.09.26]
Viele chemische Reaktionen funktionieren nur mit teuren und seltenen Elementen wie Palladium oder Rhodium als Katalysatoren. Prof. Dr. Urs Gellrich will das ändern. Er forscht daran, wie sich die teuren Stoffe durch häufiger vorkommende Elemente ersetzen lassen. Dabei geht es ihm nicht nur um die Anwendung, sondern vor allem um die wissenschaftliche Herausforderung. Gellrich leitet an der Universität Hohenheim das Fachgebiet Organische Chemie.
Bis zu 12.000 Dollar kostet eine Unze Rhodium – und das sind nur rund 30 Gramm. Doch in der Chemie wird das Element in Form von Verbindungen in vielen Reaktionen als Katalysator benötigt - etwa um Medikamente herzustellen.
Statt teurer Edelmetalle will Gellrich leichter verfügbare Elemente wie Bor für diese Reaktionen nutzen.. Das könnte Kosten senken und CO₂ sparen. Als Grundlagenforscher weiß er: Bis seine Forschung in der Praxis ankommt, ist es ein langer Weg. Doch ihn reizen gerade die ersten Schritte auf dieser Reise
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Herr Gellrich, Sie leiten das Fachgebiet Organische Chemie. Worum geht es – und warum konzentrieren Sie sich auf eine bestimmte Reaktion?
Organische Chemie ist die Chemie der Kohlenwasserstoffe. Das beinhaltet Biomoleküle, aber auch synthetische Verbindungen wie zum Beispiel Kunststoffe. Die Synthese von neuen Verbindungen ist ein zentrales Thema der organischen Chemie, z. B. Medikamente.
Damit solche Reaktionen überhaupt ablaufen, braucht man häufig Katalysatoren. Das sind Stoffe, die eine Reaktion möglich machen oder erleichtern, ohne selbst verbraucht zu werden. Und diese Katalysatoren sind unser zentrales Forschungsthema.
Heute nutzt man für Katalysatoren noch sehr seltene Elemente. Warum ist das ein Problem?
Viele dieser Katalysatoren basieren auf Elementen wie Palladium, Rhodium oder Iridium. Das sind die sogenannten edlen Übergangsmetalle. Das Gute an ihnen ist, dass sie fantastische chemische Eigenschaften haben und effiziente Katalysatoren sind. Der Nachteil: Sie sind sehr selten, teuer und ihre Gewinnung ist aufwendig und deshalb mit hohen CO₂-Emissionen verbunden.
Hinzu kommt: Die Vorkommen beschränken sich auf wenige Länder. Das heißt, Deutschland ist von diesen Ländern abhängig und die Verfügbarkeit dieser Rohstoffe ist je nach politischer Lage unsicher
Und wie wollen Sie das Problem lösen?
Unsere Profs... |
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Wir versuchen, diese Übergangsmetalle durch häufiger vorkommende Elemente zu ersetzen, zum Beispiel durch Bor.
Dazu müssen wir jedoch ganz neue Reaktionsmuster entwickeln. Um diese von Grund auf zu verstehen, konzentrieren wir uns auf ganz bestimmte Reaktionstypen, z. B. die Hydrierung. Dabei geht es darum, Wasserstoff an Moleküle zu binden.
Diese Reaktion wird in der Chemie sehr häufig eingesetzt, etwa um neue Moleküle für Medikamente herzustellen. Für uns ist das eine Modellreaktion.
Das heißt, wir sind noch weit weg von der Anwendung?
Ja, auf jeden Fall. Und ich glaube auch nicht, dass wir diejenigen sein werden, die das am Ende in die Anwendung bringen.
Uns geht es darum, zu verstehen, wie diese Reaktionen grundsätzlich funktionieren und neue Reaktivitätsmuster zu entdecken. Das ist auch das, was mich antreibt – die wissenschaftliche Neugier und die Herausforderung, etwas ganz Neues zu verstehen.
Wie arbeiten Sie konkret daran?
Wir machen klassische Laborarbeit. Das heißt, wir stellen neue Moleküle her und testen, wie sie sich in Reaktionen verhalten.
Gleichzeitig arbeiten wir auch mit Computersimulationen. Diesen Simulationen liegen quantenchemische Rechnungen zugrunde, mit denen wir besser verstehen können, was auf molekularer Ebene passiert. Diese Kombination aus Experiment und Theorie ist für uns sehr wichtig.
Fachgebiet Organische Chemie |
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Seit 1.8.2024 leitet Prof. Dr. Urs Gellrich das Fachgebiet an der Fakultät N. Die Bezeichnung änderte sich von zuvor „Bioorganische Chemie“, als der frühere Leiter Prof. Dr. Uwe Beifuß in den Ruhestand trat. mehr |
Wie sind Sie zu diesem Thema gekommen?
In meiner Promotion und auch im Postdoc habe ich noch mit klassischen Übergangsmetallkatalysatoren gearbeitet. Auf dem Weg zur eigenen Professur war es mir wichtig, etwas Neues zu machen und wissenschaftliches Neuland zu betreten. Und so habe ich mich für die Hauptgruppenkatalyse entschieden.
Eine prägende Zeit war mein Postdoc in Israel am Weizmann Institute bei David Milstein. Er ist nicht nur ein exzellenter Wissenschaftler, sondern führt seine Gruppe auch mit viel Empathie. Das hat mich stark geprägt. Und vor allem habe ich dort auch meine Frau kennengelernt.
Schlagen wir den Bogen von der Forschung zur Lehre. Was ist für Sie gute Lehre?
Für Hohenheimer Studierende ist Chemie derzeit noch ein Nebenfach. Die Studierenden wollen wissen: Wofür brauche ich das, was ich hier lerne. Deshalb ist es mir wichtig, nicht nur abstrakte Theorien zu lehren, sondern auch anschauliche Beispiele, die zeigen, warum dieses Wissen für das eigene Fach relevant ist.
Für den Studiengang „Ernährungswissenschaft“ erläutern wir die Relevanz der Chemie, zum Beispiel durch Zuckernachweise. Im Studiengang „Earth and Climate System Science" beschäftigen wir uns mit dem Kohlenstoffkreislauf. Für die Agrarbiologie sind biochemische Prozesse in Pflanzen relevant. Für Biologinnen und Biologen habe ich eine eigene Vorlesung entwickelt: „Chemische Reaktionsmechanismen der biologischen Stoffwechselwege“. Diese Vorlesung wird auch von Studierenden der Lebensmittelwissenschaften und der Ernährungswissenschaften besucht.
Wann immer möglich, führe ich Experimente durch. Experimente sind für mich neben den Tafelanschrieben und den PowerPoint-Folien ein zentraler Bestandteil der Vorlesung.
Können Studierende auch praktisch bei Ihnen mitarbeiten?
Die Studierenden arbeiten bei uns vor allem praktisch im Labor. Das ist nach wie vor der Kern der Chemie: Reaktionen durchführen und selbst Moleküle herstellen.
Sie bekommen eigene Projekte und können wirklich aktiv mitarbeiten. In den Praktika versuchen wir auch, Inhalte mit Bezug zu ihrem Studium zu vermitteln.
Haben Sie einen Tipp für Studierende?
Findet Gruppen, in denen ihr zusammen lernen könnt. Die unterschiedlichen Perspektiven helfen beim Verstehen.
Zum Schluss: Wie sieht Ihr Ausgleich aus?
Meine Freizeit verbringe ich am liebsten mit meiner Frau und meinen beiden kleinen Kindern. Dann geht es oft einfach auf den Spielplatz.
Nach der Arbeit gehe ich gerne in den Hohenheimer Gärten spazieren. Das ist für mich ein guter Weg, um abzuschalten.
