Pressemitteilung vom 30. April 2024

Spitzenforschung im Doppelpack

Helmholtz-Gemeinschaft zeichnet HZDR-Forscher*innen mit Promotionspreisen aus

Die Helmholtz-Gemeinschaft hat Dr. Lukas Körber und Dr. Anna Vanderbruggen am Montag, dem 29. April, in Berlin ihre Promotionspreise in den Bereichen Materie und Energie verliehen. Sie erhielten die Preise für ihre herausragenden Doktorarbeiten, die sie am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) sowie am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie des HZDR verfasst haben. Vanderbruggen nutzt bei ihrem Forschungsansatz eine bewährte Methode, um das bisher kaum recycelte Graphit aus gebrauchten Batterien dem Stoffkreislauf wieder zuzuführen. Körber trägt mit seiner Arbeit zum tieferen Verständnis magnetischer Spinwellen bei, die für verschiedene Zukunftstechnologien von Bedeutung sind. Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert. Zusätzlich fördert die Helmholtz-Gemeinschaft Auslandsaufenthalte von bis zu einem halben Jahr mit 2.000 Euro pro Monat.

„Dies ist ein besonderer Moment für das HZDR, denn zum ersten Mal sind in einem Jahr gleich zwei Talente unseres Zentrums für den Preis ausgewählt worden, mit dem die Helmholtz-Gemeinschaft nur die besten und originellsten Promotionsleistungen würdigt“, freut sich der Wissenschaftliche Direktor des HZDR, Prof. Sebastian M. Schmidt, über die doppelte Auszeichnung. „Beide Arbeiten stehen exemplarisch für das Streben nach Exzellenz und Innovation, das unser Forschungszentrum antreibt. Zugleich belegen sie die erstklassigen Forschungs- und Ausbildungsbedingungen, die junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei uns vorfinden. Ich möchte sowohl Frau Vanderbruggen als auch Herrn Körber zu dieser wohlverdienten Anerkennung gratulieren und bin überzeugt, dass ihnen lange und erfolgreiche Karrieren in der Wissenschaft bevorstehen.“

Graphit zurück in den Kreislauf bringen

Anna Vanderbruggen entwickelte eine Methode zur Gewinnung von wertvollem Graphit aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien (LIB). Mit ihrer Methode gelingt es erstmalig, das feine Pulver aus zerkleinerten LIBs in zwei wertvolle Produkte zu trennen, statt in eines. Dieses Verfahren ermöglicht ein effizientes und hochselektives Recycling sowohl von Graphit als auch von Metallen aus gebrauchten LIBs. Neueste Tests bestätigen die Reinheit des recycelten Graphits und damit eine Leistungsfähigkeit, die mit neuem Graphit vergleichbar ist.

„Mein Ansatz nutzt die in der Rohstoffindustrie bewährte Methode der Schaumflotation, um Graphit zu recyceln. Die Schaumflotation ist ein etablierter und effizienter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikelgrößen von etwa 10 bis 200 Mikrometer. Graphit macht in der Regel 15 bis 25 Prozent des Batteriegewichts aus. Durch die Rückgewinnung des Graphits zusätzlich zu den 50 Prozent der Metalle, die bereits jetzt recycelt werden, lässt sich die ab 2030 gültige EU-Anforderung von 70 Prozent Materialrecycling erfüllen“, erklärt Vanderbruggen. Das Ziel ist eine zirkuläre Batterielieferkette, die dazu beiträgt, den ökologischen Fußabdruck der Batterieproduktion und die Abhängigkeit von Rohstoffimporten aus Ländern außerhalb der EU zu verringern.

„Vor einigen Jahren war es noch schwierig sich Gehör zu verschaffen, wenn ich über Recycling von Graphit in Lithium-Ionen-Batterien gesprochen habe. Damals lag das Interesse nur auf Kobalt und Nickel. Niemand hat den Wert von Graphit damals erkannt“, sagt Anna Vanderbruggen. Das hat sich mittlerweile geändert. Für ihren innovativen Ansatz, der zudem eine hohe gesellschaftliche Relevanz hat, wurde sie bereits mehrfach ausgezeichnet. Neben ihrer erfolgreichen Teilnahme beim Falling Walls Wettbewerb, der zukunftsweisende Ideen vorstellt, wurde sie 2022 mit dem EIT CHANGE Award geehrt. Das Europäische Innovations- und Technologieinstitut (EIT) verleiht den Preis für unternehmerische und gesellschaftliche Spitzenleistungen.

Die Geometrie magnetischer Wirbel ergründen

Lukas Körber befasste sich in seiner Promotionsarbeit mit geometrischen Effekten von Spinwellen. Von Fachleuten auch Magnonen genannt, beschreiben sie die fundamentalen energetischen Anregungen von Ferromagneten. „Solche Magnete bestehen aus vielen kleineren Magneten, sogenannten Spins, die auf bestimmte Weise ausgerichtet sind“, erklärt Lukas Körber das Phänomen. „Man kann sie sich wie Grashalme auf einer Wiese vorstellen, die sich wellenartig im Wind bewegen. Solche Wellen in Magneten besitzen besondere Eigenschaften, die zum Beispiel für die Informationsverarbeitung interessant sind und die sich teilweise dramatisch dadurch ändern, dass man den Magneten krümmt. Das macht die Erforschung der Spinwellen interessant für zukünftige Anwendungen, die sich die Gesetze der Quantenmechanik zunutze machen.“

Mit seiner Arbeit gelang es ihm, nicht nur mehr über diese Krümmungseffekte herauszufinden, sondern auch eine Methode für ihre Berechnung mittels numerischer Simulation zu entwickeln. Während solche Berechnungen früher mehrere Tage dauerten, reduziert die neue Software die Zeit auf nur wenige Minuten. „Wir haben uns entschieden, die Methode der wissenschaftlichen Gemeinschaft frei zugänglich zu machen, die sie nun eifrig nutzt“, sagt Körber. „Das ist für mich die höchste Form der Wertschätzung und ich freue mich jedes Mal, wenn mich andere Forscherinnen und Forscher auf wissenschaftlichen Konferenzen darauf ansprechen.“

Auch die verschiedenen Anwendungen, die sich aus einer Nutzung der Spin-Effekte ergeben, diskutiert Lukas Körber in seiner Arbeit. Dazu zählen die Quantensensorik, das Quantencomputing sowie das Neuromorphe Computing. Auf letzterem Gebiet forscht Körber im EU-Projekt NIMFEIA (Nonlinear Magnons for Reservoir Computing in Reciprocal Space), an dem Einrichtungen aus vier europäischen Ländern beteiligt sind. Ziel des Projekts ist es, neuartige Hardware zu entwickeln, deren Architektur den Prozessen des menschlichen Gehirns nachempfunden ist. Damit könnten rasend schnell und äußerst effizient Muster in großen Datenströmen erkannt werden. Über das am HZDR koordinierte Projekt arbeitet Lukas Körber auch weiterhin eng mit seinen ehemaligen Dresdner Kolleg*innen zusammen.

Über Anna Vanderbruggen

Die gebürtige Französin Anna Vanderbruggen studierte Verfahrensingenieurwesen an der École National Supérieure de Géologie in Nancy. Anschließend absolvierte sie ihren Master als Teil des Emerald Erasmus Mundus Masterprogramms. Schon hier fokussierte sie sich auf die Forschung über Recycling von Graphit aus ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien. Das war auch Thema ihrer Doktorarbeit, die sie 2022 am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie und der finnischen Universität Aalto abschloss. Graphit-Recycling ist bis heute der Kern ihrer Forschung, die sie mittlerweile an der Universität Lorraine in Frankreich fortführt.

Über Lukas Körber

Lukas Körber ist im sächsischen Zwickau aufgewachsen. Er studierte Physik an der Technischen Universität Dresden. Im Masterstudium spezialisierte er sich auf die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern und schrieb seine Abschlussarbeit über Theorie und Simulation der nichtlinearen Spinwellen-Dynamik in magnetischen Wirbeln. Die TU Dresden verlieh ihm 2023 den Doktortitel für seine am HZDR betreute Arbeit „Spinwellen in gekrümmten magnetischen Schalen“. Anfang dieses Jahres setze Lukas Körber seine wissenschaftliche Karriere an der niederländischen Radboud-Universität in Nijmegen fort. Er schloss sich einer dortigen Forschungsgruppe an, die Quantentheorien der ultraschnellen Dynamik im Magnetismus erforscht.

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Weitere Informationen:

Dr. Anna Vanderbruggen | PostDoc Batterie Recycling
Université de Lorraine
E-Mail: anna.vanderbruggen@univ-lorraine.fr

Dr. Lukas Körber | PostDoc Quantum Theories
Radboud Universiteit Nijmegen
E-Mail: lukas.koerber@ru.nl

Medienkontakt:

Simon Schmitt | Leitung und Pressesprecher
Abteilung Kommunikation und Medien am HZDR
Tel.: +49 351 260 3400 | Mobil: +49 175 874 2865 | E-Mail: s.schmitt@hzdr.de

Anne-Kristin Jentzsch | Pressereferentin
Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR
Tel.: +49 351 260 4429 | E-Mail: a.jentzsch@hzdr.de