ENERG E - Eins 2020 Das Forschungsmagazin der Universität Potsdam - publish.UP
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Das Forschungsmagazin der Universität Potsdam
Eins 2020
ENERG E
30 Inhalt
„Energie geht alle an“������������������������������������������������������������������4
Schnappschüsse aus dem Nanokosmos ��������������������������������10
Energie �������������������������������������������������������������������������������������� 14
Neue Wege für Solarenergie ��������������������������������������������������� 20
Vom Rand zur Mitte������������������������������������������������������������������24
10
Sammeln, schützen, publizieren����������������������������������������������29
Ins ewige Eis������������������������������������������������������������������������������30
„So jemanden wollen wir hier nicht“����������������������������������������36
Pflanzen im Alarmzustand������������������������������������������������������� 40
82
Tote Sprache, wichtige Sprache?��������������������������������������������� 44
Neutronen zählen für die Umweltforschung ��������������������������48
Erinnerungshilfe Gefühl������������������������������������������������������������54
Nicht alternativlos ������������������������������������������������������������������� 60
Zwischen Gesetz und Praxis ��������������������������������������������������� 64
Popcorn und Schneckenhäuser����������������������������������������������� 68
Rhythmus im Kopf��������������������������������������������������������������������72
Zum Schutz aller Menschen ����������������������������������������������������76
54
Der Blick von oben��������������������������������������������������������������������82
Laut für Laut zum Wort ������������������������������������������������������������88
Die Zukunft von Sonnen ����������������������������������������������������������92
Prickelt und schmeckt ������������������������������������������������������������� 96
Impressum
Portal Wissen (Goldengel), 54/55 (pathdoc), 67o. (manu), 67u. Layout/Gestaltung:
Das Forschungsmagazin der Universität Potsdam (Photoshooter), 72/73 (adam121), 76/77 (WindyNight), unicom-berlin�de
ISSN 2194-4237 81 (thruer), 88/89 (VíctorSaboya); Bookhagen, Prof. Dr.
Bodo 82/83, 84u., 85, 86, 86/87, 87; Budach, Christian Redaktionsschluss für die nächste Ausgabe:
Herausgeber: Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 52li.; Burkart, Dr. Michael 29 Hintergrund; Chemeta, Da- 30� April 2020
im Auftrag des Präsidiums vid 27; DESY/Heiner Müller-Elsner 10/11; Fritze, Karla
20/21, 22 (4), 23 (2); Gemini Observatory/AURA 92/93; Formatanzeigen: unicom MediaService,
Redaktion: Dr. Silke Engel (verantwortlich), Hopfgarten, Tobias 6, 8 (2), 12 (3), 17u., 19(2), 33o., 34, Tel�: (030) 509 69 89 -15, Fax: -20
Matthias Zimmermann 52re.o., 53(2), 56, 57(2), 58(4), 59, 65(3), 66, 74, 75(3), 78, Gültige Anzeigenpreisliste: Nr� 1
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Kampe, Carolin Krafzik, Dr. Jana Scholz Antje 71u.; Junginger, Annett 71o.; Kaboth-Bahr, Dr.
Stefanie 68/69, 70o., 70u.; Kaczynski, Ernst 62/63, 63o.; Druck:
Anschrift der Redaktion: NASA 95u.; Noa Drinks 96, 98; Noiray, Dr. Aude 91o.; Kern GmbH, Bexbach
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Tel.: (0331) 977-1675, -1474, -1496 · Fax: (0331) 977-1130 pasch, Marisa 84o.; Roese, Thomas 40/41, 42(2), 43(2), Nachdruck gegen Belegexemplar bei Quellen-
E-Mail: presse@uni-potsdam.de 46o., 47(2); Scheiffele, Lena 52.re.u.; Schiewe, Thomas und Autorenangabe frei�
62; Schubarth, Prof. Dr. Wilfried, 39o.; Töpfer, Andreas
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hank), 38 (Syda Productions), 46u. (lpictures), 48/49 Reese 30/31, 32/33, 34/35, 35li., 35re. $ www�uni-potsdam�de/portal
doi https://doi.org/10.25932/publishup-44252
ENERG E
Energie hat etwas. Natür- wie sich mit organischen
lich – so die nüchterne Materialien die Solarzellen
Definition in jedem Schü- lässt. Rund 2100 Jahre spä- der Zukunft herstellen las- an der Universität Potsdam
lerlexikon – „die Fähigkeit, ter erklärte sie der unge- sen, nimmt der schwedi- zusammenzutragen. So
mechanische Arbeit zu ver- krönte König der deutschen sche Umweltwissenschaft- erklärt ein Kognitionswis-
richten, Wärme abzugeben Literatur Johann Wolfgang ler Johan Lilliestam die ver- senschaftler, warum unser
oder Licht auszustrahlen“. von Goethe zum humanis- schiedenen Dimensionen Hirn Musik und Sprache
Auf diese Weise begleitet tischen Wesenskern: „Was der Energiewende in den gleichermaßen nach ihrem
sie uns, oft unerkannt, den können wir denn unser Ei- Fokus, um zu klären, wo- Rhythmus verarbeitet, und
lieben langen Tag: Aus dem genes nennen als die Ener- von ihr Gelingen abhängt. ein Materialforscher zeigt,
Bett wuchten, die Heizung gie, die Kraft, das Wollen!“ Die Slavistin Susanne Strät- wie Bakterien künftig unter
aufdrehen, das Licht anma- Und für seinen Zeit- ling wiederum lässt auf richtiger Anleitung biolo-
chen, heiß duschen, anzie- genossen Wilhelm der Suche nach einer gisch abbaubares Plastik
hen, Kaffee kochen, frühstü- von Humboldt komplexen Begriffs- produzieren. Sozialwissen-
cken – noch bevor wir das war „Energie die geschichte sämtli- schaftler untersuchen, ob
Haus verlassen, haben wir erste und ein- che Disziplin- es der Bundeswehr gelingt,
reichlich Energie freigesetzt, zige Tu- grenzen echte Gleichstellung für
umgewandelt, zugeführt gend hinter wirklich alle zu schaffen,
und getankt. Und dabei ha- während Umweltwissen-
ben wir noch nicht einmal schaftler eine Methode ent-
selbst gearbeitet, jedenfalls wickeln, bei der sich mithil-
im herkömmlichen Sinn. fe von Teilchen aus dem All
die Bodenfeuchte messen
Aber Energie ist nicht lässt. Ein Psychologe er-
nur eine physikalische forscht den Zusammen-
Größe, die aufgrund ih- hang zwischen Emotionen
rer Allgegenwart in jeder und Gedächtnis und Bil-
naturwissenschaftlichen dungswissenschaftler brin-
Disziplin – wie Biologie gen eine Studie zu Hate
und Chemie, aber auch so des sich Speech in Schulen auf den
ziemlich alle technischen Men- und Weg. Außerdem stellen wir
Felder – eine zentrale Rol- schen“. versucht zu mit einer Paläoklimatologin
le spielt. Vielmehr ist sie Auch wenn die ergründen, warum und einer Astrophysikerin
ebenso nicht wegzudenken, Physik mit ihrem Aufstieg die Energie uns heute mehr zwei der insgesamt zwölf
wenn es darum geht, wie zur Leitwissenschaft im denn je elektrisiert. Und Forschenden des neuen
wir unsere Welt und unser 19. Jahrhundert auch den dem Physiker Markus Gühr Postdoc-Programms der
Wirken in ihr verstehen Energiebegriff zu dominie- gelingt es, mithilfe von ul- Universität Potsdam vor.
und beschreiben. Und zwar ren begann, blieb dieser trakurzen Lichtblitzen zu Gin ohne Akohol, Sprach-
nicht erst seit heute. Eine doch in vielen Gebieten zu untersuchen, wie sich Mo- forschung mit Ultraschall,
Kostprobe gefällig? Der Hause. leküle unter Lichteinfluss Drohnen im Einsatz der
griechische Philosoph Aris- verändern und dabei Ener- Wissenschaft, Rechtswis-
toteles war der Erste, der Grund genug für uns, ein- gie umwandeln. senschaft im Dienste der
von enérgeia sprach, für ihn mal zu schauen, wo es an Menschenrechte und vieles
eher u nphysikalisch eine der Universität Potsdam Freilich haben wir genug mehr finden sich in dieser
lebendige „Wirklichkeit und energetisch zugeht. Wir Energie, um neben dem Ti- Ausgabe. Wir haben keine
Wirksamkeit“ – das, was wurden in verschiedensten telthema auch Einblicke in Energien gescheut!
das Mögliche real werden Disziplinen fündig: Wäh- die Vielfalt der Forschung
Illustration: Töpfer, Andreas
rend die iranische Physike- MATTHIAS ZIMMERMANN
rin Safa Shoaee erforscht, REDAKTION PORTAL WISSEN
PORTAL WISSEN · EINS 2020 3
4
PORTAL WISSEN · EINS 2020
Illustration: Töpfer, Andreas
„ENERGIE
GEHT
ALLEAN“ DER UMWELTWISSENSCHAFTLER JOHAN LILLIESTAM
IST ZUVERSICHTLICH: DIE VOLLSTÄNDIGE
ENERGIEWENDE WIRD KOMMEN
Die Welt hat Hunger! In rund 20 Jahren
wird sie über ein Drittel mehr Energie
verschlingen als noch vor fünf Jahren.
Und ein Ende ist nicht in Sicht. Gleich-
zeitig ist der Klimawandel nicht mehr nur
ein düsteres Szenario in wissenschaftli-
chen Modellen, sondern schmerzhafte
Realität. Diese Entwicklung dürfte sich,
falls überhaupt, nur stoppen lassen, wenn
es gelänge, unsere Abhängigkeit von fos-
silen Energieträgern zu überwinden. Eine
vollständige Wende hin zu erneuerbaren
Energien muss her und zwar so schnell
wie möglich. Aber wie – mit welchen
Technologien und politischen Mitteln?
Johan Lilliestam forscht zu energiepoli-
tischen Fragen wie diesen. Er meint: Die
Wende ist in vollem Gange. Entschei-
dend ist nun, sie so zu gestalten, dass sie
schneller vorankommt.
PORTAL WISSEN · EINS 2020 5
„Energie ist ein Thema, das alle angeht“, sagt der
Umweltwissenschaftler. „Sie ist die Voraussetzung DER WISSENSCHAFTLER
unserer modernen Gesellschaft, greift in sämtliche
Bereiche. Daher müssen auch alle gemeinsam an der Prof. Dr. Johan Lilliestam studierte
Lösung unseres Energieproblems mitwirken.“ Allen Umweltwissenschaften in Göteborg
voran die Politik. Denn als Grundlage jeder Volkswirt- und Umweltmanagement an der Frei-
schaft ist die Versorgung mit Energie ein echtes Poli- en Universität Berlin. Seit April 2019
tikum. Zudem ist die Energiewirtschaft längst selbst leitet er die Gruppe Dynamik der
ein Wirtschaftszweig, der weltweit viele Hundert Mil- Energiewende am Institut für transformative Nachhal-
liarden Umsatz pro Jahr macht. Wer die Energiever- tigkeitsforschung (IASS) in Potsdam und ist Professor
sorgung oder die Ressourcen dafür beherrscht, sitze für Energiepolitik an der Universität Potsdam.
am langen Hebel – kontrolliere ganze Länder, betont
der Forscher. Traditionell sind dies die Erdöl und Erd- u johan.lilliestam@iass-potsdam.de
gas fördernden Länder. Doch mit der Energiewende
beginne sich dieses Machtverhältnis zu ändern. „Zu-
gang zu erneuerbaren Energien haben alle – Sonne, Auf meine Frage, wozu der Schornstein da sei, hieß
Wind, Wasser, wenn auch in unterschiedlichem Um- es nur: ‚Ach, da entlüften wir die radioaktiven Gase.
fang. Daher verschiebt sich die Macht hin zu den Län- Aber nur nachts. Kein Problem.‘ Da dachte ich: Diese
dern, die die notwendigen Technologien entwickeln.“ Technologie ergibt gar keinen Sinn.“
Lilliestam wechselte das Fach und studierte Um-
weltwissenschaften in Göteborg. „Mein Versuch, ei-
Als Umweltwissenschaftler einen nen kleinen Beitrag zu leisten.“ Anschließend ging er
Beitrag leisten nach Deutschland und schloss an der Freien Univer-
sität Berlin einen Master in Umweltmanagement an.
Eine klimawirksame Energiewende schaffen aber „Um mit den Lösungen etwas anfangen zu können“,
ohnehin nur alle gemeinsam. Johan Lilliestam unter- sagt er. Ab 2007 forschte er am Potsdam-Institut für
sucht, wie sich das machen lässt. Er leitet seit 2019 Klimafolgenforschung (PIK) und promovierte 2013
die Gruppe Dynamik der Energiewende am Institut an der Central European University in Budapest. „Ein
für transformative Nachhaltigkeitsforschung (IASS) toller Ort, wo sich damals Ost und West begegneten.“
in Potsdam und ist Professor für Energiepolitik an Schon in seiner Dissertation widmete er sich der un-
der Universität Potsdam. Das war nicht immer abseh- vermeidbaren Verknüpfung von Politik, Wirtschaft
bar. Denn begonnen hat er „auf der anderen Seite“: und Forschung im Energiesektor – am Beispiel von
„Anfangs wollte ich mit Atomkraft arbeiten“, sagt Sonnenwärmekraftwerken. Diese konkurrierten da-
er lachend. „Doch das änderte sich während mei- mals mit der noch nicht ausgereiften Photovoltaik
nes Physikstudiums. 2002 besuchte ich mit einer um den Status der besten Technologie zur Nutzung
Seminargruppe ein Atomkraftwerk. Man führte uns der Sonnenenergie. Am effizientesten sind diese na-
herum, stellte alles als sauber und emissionsfrei vor. turgemäß in sonnenreichen Regionen, weshalb man
auch von „Desertec“ spricht. Lilliestam ging der Frage
nach, welche Probleme und Risiken sich für den eu-
DIE PROJEKTE ropäischen Strommarkt ergeben würden, wenn dieser
große Mengen Strom von Sonnenwärmekraftwerken
Die Wende zu einem erneuerbaren Stromsystem und importiert, die in Nordafrika entstehen könnten. Was
ihre Wechselwirkungen mit anderen politischen Zielen passiert, wenn Terroristen ein solches Kraftwerk oder
(TRIPOD) die Stromtrassen zerstören – bricht dann das europä-
Dauer: 08/2017 – 07/2022 ische Netz zusammen? Und wird Europa vielleicht
erpressbar, wenn es sich zu sehr von Stromimporten
Das Laboratorium für die nachhaltige Energiewende abhängig macht? „Ich konnte zeigen, dass solche
(SENTINEL) Strom importe wenige Risiken bergen – solange es
Dauer: 06/2019 – 05/2022 nicht zu viele sind. Die Versorgung muss so aufgebaut
Zur interaktiven Karte „Possibility for Electricity Aut- sein, dass immer ein Teil ohne gravierende Folgen
arky“: https://timtroendle.github.io/possibility-for- wegbrechen kann.“
electricity-autarky-map/ Doch die Technologieentwicklung nahm einen
anderen Weg. Da Solarzellen immer besser und bil-
Marktaufnahme von Strom aus konzentrierter Solar- liger wurden, gerieten Sonnenwärmekraftwerke aufs
thermie durch Kooperation (MUSTEC) Abstellgleis. „Die Erkenntnis: Es gibt offenbar keinen
Foto: Hopfgarten, Tobias
Dauer: 10/2017 – 09/2020 Platz für zwei Solartechnologien“, so Lilliestam, „vor
allem in den Köpfen der Policymaker.“
6 PORTAL WISSEN · EINS 2020
Diese Konkurrenz politischer Ziele und Diskurse tonen, wie sehr ihr Ausbleiben den Klimawandel
untersucht er in seinem aktuellen Projekt TRIPOD, befördert“, so Lilliestam. „Aus technologischer Sicht
das von der Europäischen Union gefördert wird. Kon- würde ich sagen: Die Wende läuft ganz gut.“ Fraglos
kret geht es um die „Wende zu einem Stromsystem würden die Emissionen global betrachtet nach wie
aus erneuerbaren Quellen und ihre Wechselwirkungen vor steigen. Doch zwei entscheidende Dinge hätten
mit anderen politischen Zielen“. Der Fokus richtet sich sich geändert: Zum einen seien viele Technologien
dabei auf die europäischen Staaten. Diese haben meist zur Gewinnung erneuerbarer Energien inzwischen
sehr unterschiedliche Ausgangspunkte, Möglichkeiten nicht nur besser, sondern auch billiger. Damit ein-
und Strategien ihrer Energiepolitik. Zudem bewegt sich hergehend nehme zum anderen der Anteil an In-
Politik in Europa stets zwischen den einzelnen Ländern vestitionen in erneuerbare Energien überall stark
und der Europäischen Kommission in Brüssel. Letztere zu. „In Europa gehen inzwischen 95 Prozent der In-
hat beschlossen, die Kohlenstoffemissionen im Ener- vestitionen für die Stromerzeugung in erneuerbare
giesektor bis 2050 um 93 bis 99 Prozent zu senken. Energien. Weltweit sind es immerhin noch 70 Pro-
Zugleich hat die EU weitere ehrgeizige Ziele. So sollen zent“, so der Forscher. „Erneuerbare Energien sind
die Energieeffizienz gesteigert und die Nachfrage ge- so günstig, dass sie das System quasi allein ‚spren-
senkt werden. Außerdem beabsichtigt sie, den Markt gen‘. Da es fast keine neuen Investitionen mehr in
zu liberalisieren – mit einem freien Wettbewerb für alte Strukturen gibt, wird das System ökonomisch
erneuerbare Energien – und gleichzeitig die Energiepo- kippen.“
litik, die Stromnetze und den Markt zu europäisieren. Die Technologie ist also bereit für die Wende.
Gemeinsam mit seinem Team will Lilliestam herausfin- Doch es gibt auch Hürden. So seien vor allem die
den, wie diese verschiedenen politischen Ziele aufein- Infrastruktur und der Markt noch nicht an die Me-
ander wirken, wo es Konflikte gibt, wie diese gelöst wer- chanismen der erneuerbaren Energie angepasst. So-
den können – und welche Auswirkungen all dies auf larenergie gibt es nur am Tag bzw. zu sonnenreichen
das zentrale Ziel hat: die vollständige Energiewende. Stunden, während der Bedarf tagesbedingten Stoß-
zeiten folgt. Windenergie wiederum wird in großen
Mengen in windreichen Regionen gewonnen. Aber
Die Technologie ist bereit für die wie gelangt der Strom anschließend in die ener-
Energiewende giehungrigen Ballungsräume – also etwa von der
Nordsee nach Bayern? Effiziente Zwischenspeicher
„Derzeit reden viele über die Energiewende – Phy- könnten das erste Problem lösen, ein Netzausbau
siker, Klimaforscher, Geowissenschaftler – und be- das zweite. Auch einen Handel mit Strom auf tiefe-
ren Ebenen – von der Solaranlage auf dem Einfami-
lienhaus an das lokale Stromnetz oder auch nur an
den Nachbarn – sieht das Netz bislang nicht vor. Ein
zweites großes Problem sind die Mechanismen des
Strommarktes: Da Strom aus erneuerbaren Energien
nur zu bestimmten Zeiten verfügbar ist, dann aber
im Überfluss, würde sein Preis auf dem freien Markt
unwirtschaftlich stark schwanken. Hier müsste die
Politik eingreifen. „Der Wandel, den die Politik hier
anschieben muss, ist sehr umfassend. Das wird viel
politische Kraft kosten.“
S O N N E N WÄ R M E K R A F T W E R K /
CSP-SYSTEME
Sonnenwärmekraftwerke bündeln das Sonnenlicht mit-
hilfe von Spiegeln auf eine kleine Fläche. Im Englischen
werden sie auch Concentrated Solar Power Systems,
kurz CSP Systems, genannt. Sie sind relativ effizient und
wirtschaftlich – aber erst ab einer bestimmten Größe
und vor allem nur dort, wo ganzjährig viel Sonne scheint.
Illustration: Töpfer, Andreas
PORTAL WISSEN · EINS 2020 7
Prof. Johan Lilliestam
Was fehlt, ist der politische Wille
Aber genau das wird mancherorts zum Problem. „Es
mangelt an Verständnis dafür, wie radikal das Ziel des
Pariser Klimaabkommens eigentlich ist – und was
nötig ist, um es zu erreichen.“ So müssten die Koh-
lenstoffemissionen um 100 auf null Prozent reduziert
werden. „Die EU hat das verstanden, Deutschland
nicht – hierzulande meint man noch, 80 bis 90 Pro-
zent seien genug. Dann kann man nämlich noch die
Gaskraftwerke behalten.“
Bislang gebe es nur wenige Akteure, die schon jetzt
auf 100 Prozent erneuerbare Energien setzten. Seit
Juni 2019 sind Johan Lilliestam und sein Team Teil
des „Laboratoriums für die nachhaltige Energiewen-
de“ (SENTINEL), dessen Aufgabe es ist, politischen
Institutionen und Akteuren die nötigen Informati-
onen und Modelle zur Verfügung zu stellen, damit ren Strombedarf ausschließlich mithilfe erneuerbarer
diese die richtigen Entscheidungen für eine erfolgrei- Energien zu decken. Ein Blick darauf zeigt: Potsdam
che Energiewende treffen können. Die an SENTINEL könnte sich tatsächlich selbst versorgen. Berlin, wie
beteiligten Forschungsgruppen des IASS und anderer die meisten europäischen Großstädte, nicht.
Einrichtungen des Konsortiums entwickeln Modelle, In Johan Lilliestams Kopf ist auf jeden Fall Platz
in denen die technologischen, geografischen, gesell- für viel Energie. So hat er trotz seines Fokus auf den
schaftlichen und politischen Details, die für die Um- europäischen Energiemarkt mit seinem Faible für
gestaltung eines Energiesystems wichtig sein können, Photovoltaik die CSP-Technologie nicht aus den Au-
verständlich zusammengestellt sind. „Entscheidend gen verloren. In einem weiteren Projekt arbeitet er
ist, dass Energiemodelle speziell für erneuerbare daran, ganz konkrete Ideen und Vorschläge für die Po-
Energiesysteme geschaffen werden, statt sich mit litik zu entwickeln, damit „Strom aus konzentrierter
einer Adaption zu begnügen, die für die Integration Solarthermie“ (MUSTEC) doch noch den Weg nach
eines wachsenden Anteils erneuerbarer Energien in Europa findet. Immerhin wäre diese möglicherweise
fossile Systeme sorgen soll.“ Ihre Modelle sowie alle in der Lage, eine Versorgungslücke zu füllen: Wenn
Daten, die ihnen zugrunde liegen, sollen auf einer sich die Photovoltaik „zur Nachtruhe legt“, könnte ein
Online-Plattform zur Verfügung stehen. Schon jetzt CSP-System die tagsüber aufgenommene Energie ins
findet man im Netz eine interaktive Europakarte, auf Netz einspeisen.
Fotos: Hopfgarten, Tobias (2)
der sich – bis hinunter auf Landkreisgröße – nach-
schauen lässt, welche Regionen in der Lage wären, ih- MATTHIAS ZIMMERMANN
8 PORTAL WISSEN · EINS 2020
ANGEZEICHNET
Für die Rubrik ANGEZEICHNET haben wir
den Illustrator und Grafikdesigner Andreas
Töpfer gebeten, sich mit einem Forschungs-
thema zeichnerisch auseinanderzusetzen. In
dieser Ausgabe ist es die Forschung zu Ener-
gie in verschiedenen Wissenschaftsgebieten
(S. 4–8 und 14–19). In diesem Heft stammen
zudem weitere Illustrationen für mehrere Tex-
Illustration: Töpfer, Andreas
te von ihm (S. 36, 44, 60, 64).
PORTAL WISSEN · EINS 2020 9
10
PORTAL WISSEN · EINS 2020
Foto: DESY/Heiner Müller-ElsnerSCHNAPPSCHÜSSE AUS DEM
NANOKOSMOS
Wie Markus Gühr mit Lichtblitzen die
Dynamik von Molekülen beleuchtet
Vielleicht war es ja ein Zeichen: Aufgewachsen in
Gießen, hatte Markus Gühr als Junge am Alten
Friedhof seiner Stadt gespielt, ganz in der Nähe des
Ortes, an dem Wilhelm Conrad Röntgen begraben
liegt. Dass Gühr heute selbst Physiker ist und mit
Röntgenstrahlen experimentiert, quittiert er mit
Blick in den Freie-Elektronen-Laser einem Schmunzeln. Zufall?
am DESY, dem Deutschen Elektronen-
synchrotron in Hamburg. Wer sein Labor im Golmer Physikinstitut betritt,
muss eine Brille tragen. Mit Lichtschutz! Denn hier
wird geblitzt. Markus Gühr untersucht, wie sich Mole-
küle unter Lichteinfluss verändern und dabei Energie
umwandeln. Ein Prozess, der vielfach in der Natur ab-
läuft, etwa bei der Photosynthese oder auch, wenn die
Sonne unsere Haut wärmt. Dass die intensive ultra
violette Strahlung dabei nicht unsere DNA schädigt,
liegt an den besonderen Eigenschaften der vier Nu-
kleinbasen der Doppelhelix. Sie scheinen über einen
Schutzmechanismus zu verfügen, der sie in die Lage
versetzt, das gefährliche UV-Licht in harmlose Wärme
umzuwandeln. Wie aber geschieht das? Und wie lässt
sich eine solche Energieumwandlung in Echtzeit be-
obachten? Wenn lichtangeregte Elektronen mit dem
DER WISSENSCHAFTLER
Prof. Dr. Markus Gühr studierte und
promovierte an der Freien Universität
Berlin im Fach Physik. Er forschte am
SLAC National Accelerator Labaratory
in Stanford, bevor er 2015 als Lichten-
berg-Professor an die Universität Potsdam kam.
u mguehr@uni-potsdam.de
PORTAL WISSEN · EINS 2020 11Kerngerüst von Molekülen wechselwirken, dann ge- Ein Film über die Abläufe in Molekülen
schieht dies innerhalb von Femtosekunden, was dem
Millionstel einer Milliardstelsekunde entspricht. Von Für ihre Untersuchungen setzen sie zudem ultra
einem Zeitfenster kann hier also kaum die Rede sein. schnelle Röntgenpulse ein. Weiche Röntgenstrahlung
Und doch gelingt es Markus Gühr, in diese extrem wirkt spezifisch auf Elektronen bestimmter Elemente
schnellen Prozesse Einblick zu nehmen. und eignet sich deshalb besonders gut dafür, die Elek-
Die Versuchsanordnung in seinem Golmer Labor tronenbewegung von Molekülen zu verfolgen. Solche
lässt zunächst wenig erkennen: eine Vakuumappara- Experimente sind allerdings noch nicht in Potsdam
tur, optische Geräte und Rechner, alles miteinander möglich, sondern nur mit dem Freie-Elektronen-Laser
verbunden in einem Labyrinth von Leitungen, dazwi- am DESY, dem Deutschen Elektronensynchrotron in
schen Baukästen und Werkzeug. Das Durcheinander Hamburg. Die Anlage mit dem sinnträchtigen Namen
aber hat System. Gührs Arbeitsgruppe führt hier „FLASH“ erzeugt extrem intensive Röntgenlaserblitze
Experimente mit ultraschnellen Lasern durch, die im Femtosekundenbereich, mit denen sich jene Pro-
Impulse im Bereich von Femtosekunden erzeugen. zesse in Molekülen „ablichten“ lassen, die in derselben
Die Potsdamer Quantenphysiker gelten mit als Weg- hohen Geschwindigkeit ablaufen. Um einzelne Schrit-
bereiter bei der Verwendung von Extrem-Ultraviolett- te etwa einer chemischen Reaktion beobachten zu kön-
Lichtpulsen, mit denen sie die Moleküle im Vakuum nen, machen die Forscher unzählige Schnappschüsse,
anblitzen, um deren Verhalten im wahrsten Sinne des die aneinandergereiht einen „Film“ ergeben, der das
Wortes näher beleuchten zu können. molekulare Geschehen abbildet.
Das Interesse von Wissenschaftlern am FLASH
zu experimentieren, ist enorm. „Die Messzeiten sind
limitiert. Man hat nur wenige Tage für die Kampa-
Fotos: Hopfgarten, Tobias (3)
gne“, erzählt Markus Gühr, der zuletzt im Frühjahr
2019 Gelegenheit hatte, die Anlage zu nutzen. Im
Prof. Gühr in seinem Labor in Golm
12 PORTAL WISSEN · EINS 2020Gepäck hatte er eine 700 Kilogramm schwere Appa-
ratur, die er für die internationale Forschergemeinde DAS PROJEKT
am FLASH mit seiner Gruppe in Potsdam entwickelt
hatte. Das von einer Spezialfirma gebaute Gerät hat er Lichtenberg-Professur der VolkswagenStiftung für die
zur Sicherheit selbst mit dem LKW nach Hamburg ge- „Erforschung der Energiekonversion an lichtangereg-
fahren. „Wenn man nur begrenzt Zeit hat, darf nichts ten Zuständen mit extrem ultravioletten Laserpulsen“
schiefgehen. Die Messung lässt sich nicht so einfach
wiederholen. Alles muss klappen“, sagt Gühr und Laufzeit: 2015 – 2019
beschreibt den spannenden Moment, als die Appara- Förderung: VolkswagenStiftung
tur vor Ort zusammengesetzt und installiert wurde.
Es funktionierte. Und so konnten er und sein Team
viele Terrabyte an Daten nehmen, die nun Schritt für legen, die etwas ganz anderes machen, erweitern per-
Schritt ausgewertet werden. manent den eigenen Horizont“, sagt Gühr und hat
Markus Gühr gilt als Experte, wenn es darum geht, inzwischen interessante Querverbindungen zur phy-
die schnellsten und kleinsten Phänomene der Natur sikalischen Chemie, aber auch zur Biologie geknüpft.
in Echtzeit sichtbar zu machen. Bevor er als Profes- Als sich das Potsdamer Leibnizkolleg 2016 mit der
sor an die Universität Potsdam kam, hatte er viele ultraschnellen Quantenwelt befasste, war bereits
Jahre am SLAC National Accelerator Labaratory an zu erkennen, in welche Richtung die Zusammenar-
der Stanford University gearbeitet. Schon als Postdoc beit gehen könnte. Während der Physiker Matthias
konnte er am dortigen Freie-Elektronen-Laser LCLS Bargheer in seinem Beitrag den Röntgenblick auf
experimentelle Erfahrungen sammeln. Er gehörte Festkörper richtete, berichtete der Chemiker Peter
zum Forscherteam, das ein neues Instrument zur ul- Saalfrank, wie sich mithilfe ultrakurzer Laserpulse
traschnellen Elektronenbeugung entwickelte. Mit die- die extrem schnell ablaufenden Prozesse in Mole-
ser hochauflösenden „Elektronenkamera“ war es den külen beobachten lassen. Markus Gühr schätzt es,
Wissenschaftlern gelungen, die weltweit schnellsten „so tolle Forschergruppen in der Nähe zu haben“. In
Bilder atomarer Bewegungen in Gasen aufzunehmen. dieser enorm dynamischen Wissenschaftslandschaft
Eine beispiellose Kombination aus Detailgenauigkeit sollte es schon bald möglich sein, ein Graduierten-
und Geschwindigkeit, die es ermöglicht, vibrierende kolleg oder einen Sonderforschungsbereich zu bean-
Moleküle zu filmen und zu beobachten, wie Bindun- tragen. Dafür sprechen auch der außergewöhnlich
gen während chemischer Reaktionen brechen und interessierte wissenschaftliche Nachwuchs und die
sich neu bilden. Vielzahl experimentierfreudiger Doktoranden. „Zu
Als Preisträger des mit 2,5 Millionen Dollar do- lehren und gemeinsam mit den Studierenden zu ar-
tierten Early Career Award des US-amerikanischen beiten, ist für mich eine spannende Erfahrung“, sagt
Energieministeriums übernahm Markus Gühr die Gühr. „Ich profitiere davon sehr für meine eigene
Leitung einer Forschergruppe am SLAC, die mit auf Forschung“, so der Professor, dessen Vorlesungen oft
dieser Erfindung aufbaute. Die neue Technologie fließend in wissenschaftliche Übungen übergehen.
birgt das Potenzial für bahnbrechende Innovationen „Da gibt es keine große Schwelle.“
in der Energieerzeugung, der Chemie und Medizin, Das Konzept des forschenden Studierens hält Gühr
der Materialwissenschaft und vielen weiteren Anwen- für den richtigen Weg, um Talente zu fördern. Auch
dungsgebieten. deshalb hat er sich in die Diskussion zum Leitbild für
Dennoch kam Gühr 2016 zurück nach Europa. Die die Lehre eingebracht, mit dem die Universität Pots-
VolkswagenStiftung verlieh ihm eine Lichtenberg- dam in der Hochschuldidaktik neue Maßstäbe setzen
Professur an der Universität Potsdam und bewilligte will. Kritisch zu denken, mit offenen Prozessen um-
ihm für die „Erforschung der Energiekonversion an zugehen und komplizierte Probleme zu lösen, seien
lichtangeregten Zuständen mit extrem ultravioletten intellektuelle Fähigkeiten, die in der Wissenschaft
Laserpulsen“ 1,3 Millionen Euro. Für die Universität wie in der Gesellschaft unverzichtbar sind. Auch das
Potsdam bot sich so die Chance, ein neues interdiszi- Scheitern gehöre dazu: „Wenn man etwas probiert
plinäres Forschungsfeld zu etablieren. und es klappt nicht, fällt immer etwas ab, woraus das
eigentlich Neue entsteht.“ Oder, um es mit den Wor-
ten des Physikers Georg Christoph Lichtenberg zu
Das Wort Schwierigkeit muss nicht als sagen, nach dem die VolkswagenStiftung ihr erfolg-
existent gedacht werden reiches Förderprogramm für herausragende Wissen-
schaftler benannt hat: „Das Wort Schwierigkeit muß
Nach der streng programmatischen Arbeit des Nati- gar nicht für einen Menschen von Geist als existent
onalen Labors in den USA empfindet Markus Gühr gedacht werden. Weg damit!“
die Forschungsfreiheit, die eine deutsche Universität
bietet, als bereichernd. „Die Gespräche mit den Kol- ANTJE HORN-CONRAD
PORTAL WISSEN · EINS 2020 1314
PORTAL WISSEN · EINS 2020
Illustration: Töpfer, AndreasENERG E Warum einer der populärsten Begriffe unserer Zeit so schwer zu fassen ist PORTAL WISSEN · EINS 2020 15
Energie schillert, funkt, bewegt. Sie ist Strom, Kraft, derts. Der englischen Arzt Thomas Young verwendete
Wärme, auch Bewegung. Sie steckt in chemischen ihn 1800 erstmals, konnte sich aber nicht durchset-
Verbindungen und hohen Lagen. Aber auch wer zen. Lange Zeit arbeiteten Physiker mit anderen Be-
Tatendrang versprüht, ist voll von ihr. Wenn es griffen, allen voran „Kraft“. Hermann von Helmholtz,
zwischen zwei Menschen knistert, ist da eine ganz der 1847 den berühmten Energieerhaltungssatz als
besondere. Wer sich durchsetzt, ist energisch. Wo erster endgültig ausformulierte, sprach noch von ei-
Energie ist, ist vieles möglich. Wie kommt das ner „Konstanz der Kraft“. In der Ausgabe von 1848
eigentlich? Die Slavistin Susanne Strätling forscht des legendären Conversationslexikons von Friedrich
zur Begriffsgeschichte der Energie – und ist gerade Arnold Brockhaus fand sich das Wort „Energie“ nicht
vom energetischen Durcheinander fasziniert. einmal. Und selbst 1898 bot das Lexikon als erste
Erklärung „Willenskraft, Thatkraft“ an und anschlie-
ßend „die Fähigkeit eines Körpers, eine mechanische
Von der Metaphysik zur Thermodynamik Arbeit zu leisten“. Erst Einsteins Relativitätstheorie
prägte die Definition der Energie, wie wir sie heute
„Energie ist ein Begriff, der wandert. Er lässt sich kei- kennen – und begründete die naturwissenschaftliche
nem Fachgebiet eindeutig zuordnen“, sagt Susanne Dominanz im Begriffsbild.
Strätling. Sie ist Professorin für ostslavische Literatu- „Dabei erlebte der Energiebegriff schon früher
ren und Kulturen an der Universität Potsdam. Energie eine Konjunktur in anderen Bereichen wie der Phi-
ist ihr Steckenpferd. Auch wenn es heute so scheint, losophie, den Sozialwissenschaften – und vor allem
als sei Energie vor allem eine physikalische Größe, in Kunst und Kultur“, sagt Susanne Strätling. Aufklä-
die sich andere Disziplinen und Wissensbereiche nur rer wie Denis Diderot und Johann Gottfried Herder
ausgeliehen hätten, verrät ein Blick in ihre Geschich- wandten sich der Energie ebenso zu wie zahlreiche
te, dass dem nicht so ist. Das Wort enérgeia (ἐνέργεια), romantische Schriftsteller, unter ihnen E.T.A. Hoff-
auf das sie zurückgeht, wurde in der griechischen mann oder Novalis. „Mit der Erfolgsgeschichte der
Antike geprägt. Bekannt geworden durch die Schrif- Thermodynamik hat sich die literarische und ästheti-
ten des Philosophen Aristoteles, beschrieb er eine sche Auseinandersetzung mit der Energie dann noch
lebendige „Wirklichkeit und Wirksamkeit“ – das, was einmal intensiviert.“
das Mögliche real werden lässt. „‚Energie‘ war in der
Antike in der Metaphysik ebenso zu Hause wie in der
Physik und der Rhetorik. Der Begriff gehörte noch nie Die Lust an der Dynamik
nur in eine Disziplin.“
Der „Aufstieg“ der Energie zu einem der Leitbe- Das Spannende daran sei, dass die Künste in der
griffe der Physik begann erst Anfang des 19. Jahrhun- Energie etwas ganz anderes sehen und suchen als
Illustrationen: Töpfer, Andreas (2)
16 PORTAL WISSEN · EINS 2020die Naturwissenschaften, sagt die Forscherin: „In gie meint hier das, was nicht nur Möglichkeit bleibt,
den Naturwissenschaften soll Energie ein klar be- sondern sich tatsächlich realisiert – und dadurch auch
stimmbarer, stabiler Begriff sein, mit dem sich kal- wirksam wird.“ Besonders vielseitig und intensiv seien
kulieren lässt.“ Immerhin gilt die Energie als jene diese Bezüge auch in der medientheoretischen Dimen-
Größe, die während eines physikalischen Prozesses sion. So falle auf, dass immer wieder unterschiedlichen
in einem abgeschlossenen System erhalten bleibt. Medien diverse Energiepotenziale zugeschrieben wur-
Sie kann in andere Formen umgewandelt, aber eben den. Für das Medium Sprache sei beispielsweise Wil-
nie erzeugt oder vernichtet werden – so der Erhal- helm von Humboldt einflussreich gewesen. Humboldt
tungssatz. „Die Künste entdecken in dieser Wand- hatte von der enérgeia der Sprache gesprochen und
lungsfähigkeit der Energie genau das Gegenteil: damit gemeint, dass Sprache – anders als Schrift – sich
nicht Stabilität, sondern Dynamik. Energie fasziniert ständig im Werden befinde, nie abgeschlossen sei. Der
sie als eine flexible Größe, mit der sich Überschrei- Kunsthistoriker Aby Warburg hingegen nannte Bilder
tungen und Transformationen formaler wie seman- „Energiekonserven“ und Performance-Künstler wie
tischer Natur beschreiben lassen. Während die Na- Marina Abramović vertreten die Ansicht, ihre Kunst
turwissenschaften an einer begrifflichen Schließung basiere auf der Zirkulation von Energie zwischen Per-
interessiert sind, zielen die Künste eher auf eine former und Publikum.
Bedeutungsoffenheit. Energie ist für sie kein Begriff,
sondern eine Metapher.“
Zeigen lasse sich das in verschiedenen Dimensio-
nen, so Strätling: mit Blick auf die Wirkung von Kunst
und ihre Produktion sowie medientheoretisch. So wer- DIE WISSENSCHAFTLERIN
de zum einen die Beziehung zwischen Kunstwerk und
Illustrationen/Foto: Töpfer, Andreas (2, o.); Hopfgarten, Tobias (u.)
Betrachter oft als energetisch beschrieben. „Etwa wenn Prof. Dr. Susanne Strätling studierte
wir davon sprechen, dass uns ein Bild, ein Theaterstück Germanistik, Slavistik und Pädagogik
oder ein Roman ‚elektrisiert‘.“ Zum anderen werde in Münster, Volgograd, Prag und
Energie häufig eingesetzt, wenn es um die Erzeugung Berlin. Seit 2018 ist sie Professorin
des Kunstwerks gehe. Diese Dimension knüpfe eng an für Ostslavische Literaturen und Kul-
den Ursprung des Begriffs bei Aristoteles an, erklärt turen an der Universität Potsdam.
die Slavistin. „In seiner Metaphysik ist enérgeia zusam-
men mit dynamis (δύναμις) Teil eines Begriffspaares, u straetling@uni-potsdam.de
das auch als Akt-Potenz-Lehre bezeichnet wird. Ener-
PORTAL WISSEN · EINS 2020 17Energie als Scharnierbegriff senschaftlichen Perspektive lässt sich insbesondere
in der Moderne beobachten. Etwa bei den russischen
Dass Naturwissenschaften und Künste sich des Be- Projektionisten: „Sie begreifen das Kunstwerk als Sen-
griffs auf so unterschiedliche Weise bedienten, sieht der, der Energie ausstrahlt“, erklärt Strätling. Und der
Susanne Strätling dabei nicht als unüberbrückbaren russische Avantgardist El Lissitzky entwickelte bereits
Gegensatz. „Ich denke, Energie kann durchaus ein 1923 das visionäre Projekt einer „Elektro-Bibliothek“,
Scharnierbegriff sein, der die Kluft zwischen Geis- die das gedruckte Buch überwindet.
tes- und Naturwissenschaften überbrückt, eine Klam- Als Literaturwissenschaftlerin interessiert sich Su-
mer, die sie verbindet.“ Beispiele dafür gibt es: So sanne Strätling vor allem dafür, welche Rolle Energie
entwickelte der deutsch-baltische Chemiker Wilhelm in und für fiktionale Texte spielt. „Literatur liegt uns
Ostwald, der 1909 mit dem Chemie-Nobelpreis aus- zumeist in geschriebener Form vor. Ein energetisches
gezeichnet wurde, als Philosoph das Konzept einer Potenzial wird der Schrift jedoch seit Humboldt
Energetik als Kulturwissenschaft. Darin führt er nicht konsequent abgesprochen. Immer ist es das gespro-
nur materielle, sondern auch Bewusstseinsprozesse chene Wort, dem man ein Energieprivileg zugesteht.
auf die Umwandlung von Formen der Energie zu- Daneben aber bildet sich eine vergessene Geschichte
rück. „Sein energetischer Imperativ ‚Vergeude keine von Energiekonzepten der Schrift ab – diese gilt es
Energie, verwerte sie!‘ sollte für alle Bereiche des zu entdecken.“ Prominenter Vertreter eines solchen
Lebens gelten“, erklärt die Forscherin. Und der rus- Textverständnisses ist der Aufklärer Johann Gottfried
sische Theologe, Philosoph und Mathematiker Pavel Herder. Er nannte Literatur – im Unterschied zur Ma-
Florenskij führte verschiedene Traditionslinien des lerei – eine energetische Kunst, da sie es erlaube, ein
Energiebegriffs aus Theologie, Philosophie, Physik Kunstwerk im Prozess zu zeigen, unabgeschlossen
und Poetik zusammen, um zu beweisen, dass auch und veränderlich. Ein besonderes Faible hat die Sla-
Worte energetische Einheiten sind. vistin Strätling für den Übergang vom 19. zum 20.
Ohnehin berührten sich die Disziplinen im Be- Jahrhundert. In dieser Zeit etablierte sich nicht nur
zug zur Energie immer wieder, meist fruchtbar. Eine der moderne naturwissenschaftliche Energiebegriff
wechselseitige Erhellung der geistes- und naturwis- und diffundierte als solcher in viele andere Bereiche.
Illustration: Töpfer, Andreas
18 PORTAL WISSEN · EINS 2020„Er geriet auch in eine tiefe Krise“, erklärt die Forsche-
rin fasziniert. „Denn es setzte sich zunehmend das
Bewusstsein dafür durch, dass Energie immer auch
begleitet ist von Entropie. Sie ist eben nicht unend-
lich. Sondern sie bringt auch andere Assoziationen
mit: Erschöpfung, Erschlaffung, Ermüdung.“ In die-
sem Spannungsfeld, hin und hergerissen zwischen
Energieeuphorie und Energieangst, bewegten sich die
Künste jener Zeit, allen voran die Avantgarden. „Die
Utopie der Avantgardisten, das unabgeschlossene
Projekt ihrer Entdeckung der Energie zwischen Fluch
und Versprechen, ist hochspannend und von unge-
brochener Aktualität.“
Die schillernde Vielschichtigkeit des Begriffs
macht es Susanne Strätling nicht leicht: Auf der Su-
che nach den Paradigmen der Energie bleibt ihr nichts
anderes übrig, als die Grenzen ihrer eigenen Disziplin
zu überschreiten. Jenseits ihrer fachlichen Heimat
sucht sie nach „Energieenthusiasten“, die ebenfalls
nicht nur an einer Dimension des Begriffs interessiert
sind – auf Tagungen, in Gesprächen, mit Veröffentli-
chungen. „So entsteht nach und nach ein Netzwerk
mit anderen Forscherinnen und Forschern. Natürlich
zwischen den Disziplinen, denn nur dort ist sie zu
finden, die Energie.“ Durch die Arbeit eines solchen
Netzwerkes könnte sich eines Tages eine komplexe
Begriffsgeschichte bilden. „Was dadurch entstünde,
wäre eine Art begrifflich kondensierte Kulturgeschich-
Fotos: Hopfgarten, Tobias (2)
te, ein kulturelles Panorama.“
MATTHIAS ZIMMERMANN
PORTAL WISSEN · EINS 2020 19Probeplättchen, die mit verschiedenen
organischen Halbleitern beschichtet
sind, haben unterschiedliche Farben.
Dank ihrer physikalischen Eigenschaften
können sie vielseitig verwendet werden –
etwa in Solarzellen.
Foto: Fritze, Klara
20 PORTAL WISSEN · EINS 2020Neue Wege
für Solarenergie
Von der Suche nach den besten Materialien für neuartige Solarzellen
Die Solarzellen der Zukunft bestehen Interessant auch für Architekten
aus organischen Materialien. Denn
mit Drucktechniken können diese Die aus dem Iran stammende Physikerin befasst sich
sehr preiswert produziert wer- seit 13 Jahren mit organischen Materialien für Solar-
den. Physikerinnen und Phy- zellen. Seit 2016 ist die Sofja-Kovalevskaja-Preisträge-
siker der Universität Potsdam rin als Wissenschaftlerin an der Universität Potsdam
untersuchen, welche Eigen- tätig. Fünf Jahre lang wird ihre Arbeit hier von der
schaften die Materialien besitzen Humboldt-Stiftung gefördert. Mit ihrem Gastgeber
müssen, um besonders effiziente und Dieter Neher, Professor für die Physik weicher Mate-
langlebige Systeme zu erhalten. rie, teilt sie das Interesse für organische Solarzellen.
„Safa Shoaee bringt eine besondere Expertise in unse-
Optische Linsen, Spiegel, Detektoren, Kabel und aller- re Arbeitsgruppe“, freut er sich. Die beiden Wissen-
hand technische Geräte: Im Labor von Prof. Dr. Safa schaftler betrachten jeweils unterschiedliche Aspekte
Shoaee sind sie zu einem komplizierten Versuchsauf- ihres Forschungsgebiets, ergänzen sich darin gegen-
bau angeordnet. Das scheinbare Durcheinander folgt seitig und kommen so zu ganz neuen Erkenntnissen.
jedoch strengen Regeln. Das Herzstück des Versuchs Saubere Energie zu verträglichen Kosten – das ist das
ist eine Platte von der Größe einer Speicherkarte. ambitionierte Ziel der gemeinsamen Forschung.
Deren Oberfläche ist mit einem bläulich-violetten „Organische Halbleiter sind sehr vielseitig“, erklärt
Film aus einem organischen Halbleitermaterial be- Safa Shoaee. „Sie können in Solarzellen, Photode-
schichtet. PM6:Y6 lautet der geheimnisvolle Name tektoren, Sensoren oder LEDs genutzt werden.“ Auf
der Substanz. Sie besitzt eine Eigenschaft, die sie für dem Tisch vor ihr liegen Probeplättchen, die mit ver-
Shoaee besonders interessant macht: Sie kann Licht schiedenen dieser Materialien beschichtet sind – ihre
in Energie umwandeln. Die Forscherin untersucht die Farben reichen von Blau über Pink bis Gelb. Sie alle
physikalischen Prozesse die dahinterstecken. bestehen überwiegend aus Kohlenstoff, Wasserstoff,
PORTAL WISSEN · EINS 2020 21Stickstoff und Sauerstoff. Ihre Farbe macht sie nicht
nur zu einem potenziell attraktiven Material für Archi-
tekten, die künftig organische Solarzellen in Fassaden
und Dächer von Gebäuden integrieren könnten. Sie
zeigt zugleich an, welches Farbspektrum des sicht-
baren Lichts das jeweilige Material nutzen kann, um
Energie zu erzeugen. Den bisher am häufigsten ver-
wendeten anorganischen Siliziumzellen – die immer
Versuchsaufbau im
dunkelgrau und im Vergleich zu den organischen Zel- Labor, bei dem die
len recht schwer sind – sind sie aber noch unterlegen: Eigenschaften der
Sie absorbieren das Licht zwar besser, erzeugen aber organischen Halbleiter
weniger Energie und sind weniger stabil. untersucht werden
Safa Shoaee und ihr Team arbeiten daran, diese
Schwachstellen zu beseitigen. Mit ihren Experimen-
ten möchte die Wissenschaftlerin verstehen, wie die für Schritt designen Physiker und Chemiker auf diese
chemische Struktur der Materialien mit ihren op- Weise gemeinsam die Grundbausteine für künftige
toelektronischen Eigenschaften zusammenhängen, Solarzellen.
welche Atombindungen oder Kombinationen von
Elementen dafür sorgen, dass Lichtenergie besonders
effizient eingefangen und in elektrische Energie um- Auf die Lebensdauer und die Menge
gewandelt wird. Die Ergebnisse ihrer Arbeiten sind kommt es an
für Chemiker wichtig, die Substanzen mit den ge-
wünschten Eigenschaften herstellen können. Schritt Wenn Licht auf die organischen Materialien trifft,
läuft eine ganze Reihe von komplexen physikalischen
Prozessen ab, in denen die negativ geladenen Elek-
DIE WISSENSCHAFTLER tronen in höhere Energieniveaus angeregt, von den
dabei erzeugten positiv geladenen Löchern getrennt
Prof. Dr. Safa Shoaee studierte Physik und letztendlich zu den Elektroden transportiert wer-
an der Universität Manchester und den. Hier ergänzen sich die Forschungsschwerpunkte
Physikalische Chemie am Imperial der Teams um Neher und Shoaee optimal: Sie un-
College London. Seit 2016 arbeitet sie tersuchen unterschiedliche Aspekte der Trennung
als Sofja-Kovalevskaja-Preisträgerin und des Transports der durch das Licht entstehenden
an der Universität Potsdam und baut eine eigene Ladungen.
Arbeitsgruppe auf dem Gebiet der Optoelektronik auf. Die zwei Ereignisse umrahmen jene Zeitspanne,
die für die Energieproduktion entscheidend ist: Die
u shoai@uni-potsdam.de Lebensdauer der entstehenden Ladungen muss mög-
lichst hoch sein, damit sie aus der aktiven Schicht
heraus zu den angrenzenden Elektroden transpor-
Prof. Dr. Dieter Neher studierte Physik tiert werden können. Denn nur dann kann Strom
an der Universität Mainz. Seit 1998 fließen. „Hoch“ bedeutet in diesem Fall allerdings
ist er Professor für die Physik weicher nur einige Mikrosekunden. In Potsdam entwickelte
Materie an der Universität Potsdam. Shoaee eine neue Methode, um diese kurze Zeitspan-
ne einzufangen. Stundenlanges Messen im Labor ist
u neher@uni-potsdam.de dafür notwendig. Auf dem Monitor des Computers
Fotos: Fritze, Karla (4)
reihen sich währenddessen schier endlos Zeilen und
22 PORTAL WISSEN · EINS 2020Spalten von Zahlen anei-
nander. Am Ende erhal-
ten die Forschenden zwei
Werte, die ihnen verra-
ten, ob sich das Material
für den Einsatz in organi-
schen Solarzellen eignet:
die Lebensdauer und die
Anzahl der Ladungen.
Zudem werden aus den Im Vorbereitungslabor
an verschiedenen Halb-
leitern gemessenen Da-
ten physikalische Modelle entwickelt, die die Kreation Ladungsträger gehen auf dem Weg zu den Elektro-
neuer Materialien unterstützen. den verloren. Mit ihrem Team erforscht Shoaee, wie
Optimale optoelektronische Eigenschaften allein sie die entscheidenden optoelektronischen Parameter
reichen jedoch nicht aus, um organische Halbleiter optimieren kann, um diese Verluste zu minimieren.
erfolgreich in Solarzellen einzusetzen. Um im indus- Die Physiker erlangen ständig neues Wissen über
triellen Maßstab konkurrenzfähig zu sein, müssen die noch wenig erforschten Materialien. Viele ver-
sie sehr schnell und kostengünstig produziert werden halten sich physikalisch anders als bisher bekannte
können. Eine wichtige Voraussetzung dafür bringen Systeme. Auch wenn die Lernkurve steil nach oben
die organischen Materialien bereits mit: „Man kann geht, ist der Weg zu einer organischen Solarzelle, die
sie in Lösungsmitteln auflösen und großflächig dru- ähnlich gut wie eine Siliziumzelle arbeitet, noch weit.
cken“, erklärt Shoaee. Das Drucken von dünnen Poly- „PM6:Y6 besitzt schon sehr gute Eigenschaften, aber
merschichten ist sehr gut etabliert und im Vergleich es ist auch noch nicht perfekt“, sagt Safa Shoaee, die
zu anderen Beschichtungsverfahren äußerst schnell. hartnäckig an der Aufklärung und Optimierung der
Um Kurzschlüsse zu vermeiden, müssen die aktiven physikalischen Prozesse in den Solarzellen arbeitet.
organischen Schichten der gedruckten Solarzellen Das Potenzial organischer Materialien ist jedenfalls
jedoch mehrere Hundert Nanometer dick sein. Das enorm, darin sind sich Shoaee und Neher einig. Ihre
ist zwar immer noch dünner als ein Haar, bei der kur- Forschungen ebnen den Weg dafür, es zukünftig zu
zen Lebensdauer der photogenerierten Ladungsträger nutzen.
Fotos: Fritze, Karla (2)
aber ein Problem: Je dicker die Schicht, desto mehr HEIKE KAMPE
PORTAL WISSEN · EINS 2020 23Foto: AdobeStock/paul 24 PORTAL WISSEN · EINS 2020
VOM David Chemeta
erforscht das
Selbstverständnis
einer Generation mit
ausländischen
Wurzeln – anhand
von Texten in
Rapsongs
RAND
ZUR
MITTEDavid Chemeta analysiert Songtexte, um die Lebens- Es sind Textpassagen wie diese, die David Cheme-
welten junger Menschen mit Migrationshintergrund tas Aufmerksamkeit wecken. Die Zeilen stammen aus
zu erschließen. Ihm geht es vor allem um die Frage, dem Song „Fremd im eigenen Land“ der deutschen
wo Deutsche und Franzosen aus Einwandererfamili- Hip-Hop-Band „Advanced Chemistry“. Denn in Che-
en ihren Platz in der Gesellschaft sehen. metas Arbeit geht es um die nationale, kulturelle und
ethnische Identitätsfrage von jungen Musikern mit
In seiner Freizeit hört David Chemeta keinen Rap Migrationshintergrund, die Rap und Hip-Hop für
mehr. Das gibt er lachend zu. Aber das ist wenig ver- sich und ihre Generation als Sprachrohr verstehen.
wunderlich. Schließlich hat sich der junge Wissen- Chemeta fasst all das unter dem Begriff Nationali-
schaftler in den vergangenen drei Jahren intensiv mit dentität zusammen. Wie sehen sich die Musiker und
der Musikrichtung beschäftigt und sich vor allem mit ihre Fans innerhalb der Gesellschaft? Fühlen sie sich
den Textinhalten wissenschaftlich auseinandergesetzt. dazugehörig und gleichwertig oder ausgegrenzt und
Dafür hat er den Musikstil mit dem typischen Sprech- benachteiligt? Wie hat sich dieses Selbstbild im Laufe
gesang auch ausgiebig konsumiert. Insgesamt unter- der Zeit geändert? Antworten auf diese Fragen findet
suchte er das Gesamtwerk von 15 französischen und David Chemeta in den Songtexten.
20 deutschen Sängern und Gruppen der vergangenen Tatsächlich befasst sich wohl kaum eine Musikrich-
25 Jahre. Rund 5.000 Liedtexte hat der Forscher, der tung so intensiv mit Migration wie der Rap. 60 Pro-
aus dem Elsass stammt und fließend Französisch und zent aller deutschen und 90 Prozent aller französi-
Deutsch spricht, analysiert – und für seine Doktorar- schen Rap-Musiker greifen das Thema in ihren Songs
beit monatelang Rap gehört. auf, wie eine Studie aus dem Jahr 2002 zeigt. In den
USA entstand der Musikstil in den 1970er Jahren als
Teil der Hip-Hop-Kultur in den afroamerikanischen
Rap als Sprachrohr Ghettos von New York. Sozialkritische Texte prägten
ihn von Beginn an. In Deutschland schaffte die Grup-
„All das Gerede vom europäischen Zusammenschluss pe „Advanced Chemistry“ 1992 ihren Durchbruch
/ Fahr’ ich zur Grenze mit dem Zug oder einem Bus mit der Single „Fremd im eigenen Land“. Die Musi-
/ Frag’ ich mich, warum ich der Einzige bin, der sich ker haben italienische, ghanaische, chilenische und
ausweisen muss / Identität beweisen muss!“ haitianische Wurzeln und trafen mit ihren Texten
Illustration: AdobeStock/alex_bond
26 PORTAL WISSEN · EINS 2020einen Nerv. Rassismus, wachsender Rechtextremis-
mus, Ausgrenzung und Polizeigewalt – zum ersten DER WISSENSCHAFTLER
Mal thematisierten Hip-Hopper in deutscher Sprache
die Probleme ihrer Zeit, unter denen vor allem Men- David Chemeta studierte Germanis-
schen litten, deren Eltern oder Großeltern nicht aus tik, Literatur, Geografie und Romanis-
Deutschland stammten. tik an der École normale supérieure
de Lyon (Frankreich), der Universität
des Saarlandes in Saarbrücken und
Neues Forschungsfeld Migration der Universität Straßburg. Derzeit promoviert er an
der Universität Potsdam. Seine Promotion trägt den
„Die Migration ist ein relativ neues Forschungsfeld“, Titel „Nation, Migration, Narration: 25 Jahre deut-
erklärt David Chemeta. Es fehle noch der nötige Ab- scher und französischer Geschichte aus den Augen
stand, um das Thema ruhig und neutral darzustellen. von deutschen Rappern mit Migrationshintergrund“.
Trotzdem hat er es versucht, über den Weg der Musik.
Warum? „Zufall und Provokationsgeist“, sagt er. „Als u dchemeta@gmail.com
ich sehr jung war, habe ich mit Rapmusik angefan-
gen, Deutsch zu lernen. Als ich dann später mein
Masterstudium aufnahm, wollte ich mit dem Thema
an meiner Universität in Lyon, die ziemlich elitär und fährt.“ Einige Kandidaten hat Chemeta in seine Analyse
prachtvoll ist, etwas provozieren.“ Doch die erwartete aufgenommen, weil sie eine Ausnahmestellung ein-
Reaktion blieb aus. Stattdessen waren die Betreuer nehmen. Der Rapper Deso Dogg etwa, bekannt auch
begeistert. Und auch nach dem Masterabschluss ließ unter seinem bürgerlichen Namen Denis Cuspert, war
Chemeta das Thema Rap nicht los. Nun steht er kurz bekennender Salafist und islamistischer Prediger. In
vor dem Abschluss seiner Doktorarbeit, die einen sehr Syrien schloss er sich 2013 den Dschihadisten an und
direkten Blick auf die Lebenswelten deutscher und starb dort vermutlich 2018. „Wegen seiner Geschichte
französischer Menschen mit Migrationsgeschichte war es sehr interessant für mich, sein Selbstbild und
wirft und dabei einen Bogen von den 1990ern bis in seine Nationalidentität zu verstehen und mit anderen
die Gegenwart spannt. zu vergleichen“, erklärt Chemeta.
Ein Konzept hat es dem Forscher besonders an- Album für Album, Text für Text hat David Cheme-
getan. Es ist der von den Postcolonial Studies ein- ta durchgearbeitet, um die Standpunkte der jeweilige
geführte Raum-Begriff, der zwischen dem Zentrum Musiker zu Migrations- und Gesellschaftsfragen zu
einer Gesellschaft und ihren Rändern unterscheidet. ermitteln. Entscheidet der Pass darüber, welche Nati-
Diesem zufolge konzentrieren sich im Zentrum die onalidentität diese einnehmen? Oder eher kulturelle,
Mächtigen der Gesellschaft, während sich an den persönliche, politische oder ganz andere Kriterien?
Rändern die Machtlosen sammeln. „Welche Perspek- In seiner Textsammlung hat der Forscher einen
tive nehmen die Rapper ein?“, fragt Chemeta in sei- grundlegenden Wandel des Selbstverständnisses der
ner Arbeit. Wie positionieren sie sich innerhalb der Musiker innerhalb der letzten 25 Jahre festgestellt.
Gesellschaft? Sehen sie sich selbst als machtlos und Beispielhaft dafür ist der deutsche Rapper Samy Delu-
einem rassistischen Zentrum ausgeliefert oder als in xe. Dessen Karriere begann um die Jahrtausendwen-
der Mitte stehend und handlungsbereit? de. Damals sah er sich selbst noch an der Peripherie
einer Gesellschaft, deren Zentrum überwiegend ras-
sistisch war, und verglich die Zustände mit 1933. „Wir
Entscheidet der Pass über die National sind jeden Tag umgeben von lebenden Toten, / umge-
identität? ben von Schildern, die uns sagen: Betreten Verboten!
/ Umgeben von Skinheads, die Türken und Afrika-
Für seine Analyse wählte David Chemeta die Künstler nern das Leben nehmen, / während Bullen daneben
nach bestimmten Kriterien aus. Die Migrationsfrage steh’n, um Problemen aus dem Weg zu geh’n“, heißt
sollte zumindest ansatzweise in den Werken der Rap- es in „Weck mich auf“ von 2001.
per vorkommen. In seine Auswahl fielen kommerziell Ab 2008 zeigen seine Texte aber eine völlig andere
sehr erfolgreiche Musiker wie Bushido oder Samy Einstellung. „Ich kämpf’ nicht gegen den Rassismus,
Deluxe und auch solche, die wichtige Impulse zur Ent- Egoismus, Terrorismus / Hass produziert nur Hass,
wicklung des Musikstils gegeben haben. „‚Advanced ich kämpfe für etwas / ’n besseres Land, ’ne bessere
Chemistry‘ zum Beispiel kennt heute kaum noch je- Welt / Klingt irgendwie kitschig, aber is’ trotzdem ir-
mand. Aber für die Rapgeschichte ist es eine sehr wich- gendwie wichtig / Also komm unterstütz mich, mach
tige Gruppe“, erklärt Chemeta, „während Bushido sich dich irgendwie nützlich“, rappt Deluxe in „Weil es
selbst immer noch als der Typ aus dem Ghetto darstellt, Zeit ist jetzt“. „Er hat einen Wechsel vollzogen vom
Foto: Chemeta, David
obwohl er heute in einer Villa lebt und schicke Autos Ausgestoßenen an der Peripherie zu jemandem, der
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