Nachhaltigkeit
Nachhaltigkeit ist ein zentrales Leitmotiv der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf in Forschung, Lehre, Studium und Betrieb.
Chemie verbindet die molekulare Welt mit den großen Herausforderungen unserer Zeit. Im Fach Chemie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf ist Nachhaltigkeit ein zentraler Antrieb von Lehre und Forschung im Alltag.
In der Chemie nachhaltiger Materialien entwickeln wir Leuchtmaterialien der nächsten Generation – sowohl auf Basis seltener Erden als auch mit gleichermaßen leistungsfähigen, besser verfügbaren Alternativen – für energieeffiziente Beleuchtung, medizinische Bildgebung und Sensorik. Mit Fokus auf nachwachsende Rohstoffe und (Bio-)Abbaubarkeit entwickeln wir neue Polymere, Biopolymer-Hybride sowie entsprechende Nanomaterialien und untersuchen den Einfluss mechanischer Kräfte in der Mechanochemie. Unsere Gruppen für supramolekulare Chemie und Kristallopgraphie schaffen selbstorganisierende Architekturen, die Funktion in Struktur kodieren – Präzision ohne Verschwendung.
Licht ist in unserer Forschung sowohl Gegenstand als auch Werkzeug. Die Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle ist einer der vielversprechendsten Beiträge der Chemie zu einer ressourcenschonenderen Welt. Wir entwickeln anorganische und organische Emitter, die Licht mit außergewöhnlicher Effizienz umwandeln und emittieren (siehe Graduiertenschule TUTOR). Wir entwickeln asymmetrische und photokatalytische Synthesewege als grünere Alternativen zur klassischen, reagenzienintensiven Synthese. Unsere Gruppen für bakterielle Photobiotechnologie nutzen lichtgesteuerte Genexpression sowie photosynthetische und phototrophe Bakterien, um neue, nachhaltige biotechnologische Prozesse zu entwickeln. Die Gruppen für Femtosekunden-Spektroskopie und computergestützte Photodynamik untersuchen die schnellsten lichtgetriebenen Vorgänge in Chemie und Biologie für ein grundlegenderes Verständnis dieser Prozesse. Hochauflösende elektronische Spektroskopieverfahren liefern komplementäre Informationen zur zeitaufgelösten Spektroskopie über angeregte molekulare Zustände. Ergänzend zu diesen experimentellen Ansätzen entwickelt unsere theoretisch-chemische Abteilung Methoden und Softwareinfrastruktur für hybride quanten-/klassische Dynamiksimulationen lichtgetriebener Prozesse und schafft damit künftige Designkapazitäten. Einzelmolekül-Fluoreszenspektroskopie und Hochauflösende-Mikroskopie klären die Heterogenität molekularer Eigenschaften und ihren chemischen Austausch auf.
Unsere Forschung umfasst kleine Moleküle, Proteine und Zellen. Katalytische Prozesse und Methoden spielen eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung der Zukunft funktionaler Materialien mit molekularen chemischen Prinzipien. Wir beleuchten die Chemie der Metalle in der Biologie – von Eisen-Schwefel-Clustern, die Stickstoff fixieren, bis hin zu Lanthanoid-abhängigen Proteinen, die neue Ansätze für das Recycling seltener Erden inspirieren. Wir entwickeln mehrstufige Enzymkaskaden zur (Bio-)Polymermodifikation, Enzymkaskaden für die selektive, biobasierte Synthese von Feinchemikalien und Naturstoffen, eingebettet in regionale Bioökonomie-Netzwerke (NRW-Strategieprojekt BioSC). Wir entwickeln mikrobielle Zellfabriken für die nachhaltige Produktion von Sekundärmetaboliten und untersuchen die Membranproteine, die trockenheitsschützende Barrieren in Nutzpflanzen aufbauen – direkt relevant für die Ernährungssicherheit im Klimawandel – und entschlüsseln molekulare Mechanismen der Antibiotikaresistenz. Unsere Gruppen für strukturelle und computergestützte (Bio)Chemie liefern die molekularen Grundlagen: von der Membranbiogenese und Lipidomik bis hin zu photoschaltbaren molekularen Motoren, dynamischer integrativer Strukturbiologie und computergestütztem Design von Biomolekülen.
Die Forschung mehrerer Gruppen befasst sich mit CO₂ – seiner Reduktion, Abscheidung, Umwandlung und Speicherung. Im Rahmen des ACCeSS-Konsortiums entwickeln wir Kreislaufansätze, die atmosphärisches CO₂ in wertvolle Chemikalien umwandeln und die Abwasserbehandlung von einer CO₂-Quelle in eine CO₂-Senke transformieren. Darüber hinaus entwickeln unsere Forschenden Schlüssel-(Metallo-)Enzyme der globalen Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe weiter, nutzen poröse Materialien zur CO₂-Abtrennung und Speicherung und setzen Bakterien ein, um für die Energiewende kritische Seltene-Erden-Elemente zurückzugewinnen. Sie modellieren Reaktionsnetzwerke atmosphärischer Moleküle und Radikale mithilfe von maschinellem Lernen und KI-gestützten Ansätzen.
Diese Forschungsfragen werden durch die exzellente Infrastruktur des Center for Molecular and Structural Analytics (NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie), des Center for Structural Studies (Röntgenkristallographie, Kleinwinkel-Röntgenstreuung, TEM und Kryo-EM, Molekulare Modellierung) sowie des Center for Advanced Imaging (Fluoreszenzbildgebung) unterstützt. Eingebettet in eine lebendige Gemeinschaft von Studierenden der Chemie, Biochemie und Wirtschaftschemie sowie in enger Verbindung mit dem Forschungszentrum Jülich ist die WE Chemie der HHU ein Ort, an dem sich Forschung von den fundamentalen Grundlagen bis hin zu realen Anwendungen gegenseitig bereichert. Wir sind uns bewusst, dass die Chemie eine gesellschaftliche Verantwortung trägt: Unsere Forschenden engagieren sich daher öffentlich und explizit mit der Chemie der Klimakrise und sind in zahlreichen Outreach-Initiativen aktiv.
Grundlagen der Nachhaltigkeit in der Chemie werden in verschiedenen Modulen der Bachelor- und Masterstudiengänge explizit thematisiert. Weitergehende Aspekte von Nachhaltigkeit, wie etwa Green Chemistry, sind in vielen Modulen der Grundlehre implizit enthalten.
- Nachhaltigkeit in der Chemie SUST (Bachelor)
- Grundlagen der Umweltchemie (GUC) (Master)
- SusEnChem (Master)
Chemikalienkataster
Die Chemie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf betreibt das Chemikalienkataster DaMaRIS. Dieses wird auch ausserhalb der Chemie von vielen Arbeitsgruppen und Einheiten genutzt und erlaubt über die integrierte Chemikalienbörse den einfachen Austausch von Chemikalien zwischen Instituten. Im Sinne der Nachhaltigkeit schont dies Ressourcen und vermeidet Abfälle.
Elektronisches Laborjournal
Im Sinne des nachhaltigen Forschungsdatenmanagement betreibt die Chemie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf das ELN (Electronic Laboratory Notebook) Chemotion. Dieses findet über die Chemie hinaus breite Anwendung.