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In der Serie „Ich forsche an der Uni Leipzig…“ stellen wir regelmäßig Nachwuchswissenschaftler vor. Woran forschen unsere Doktoranden und Post-Docs eigentlich? Was treibt sie an oder welche Stolpersteine liegen auf dem Weg zum Doktortitel? Vorstellen möchten wir nicht nur spannende Forschungsthemen, sondern auch die Gesichter, die sich hinter ihnen verbergen. Für den heutigen Beitrag hat Henry Reynolds Nana Benyin Enninful die Fragen der Redaktion beantwortet. Der aus Ghana stammende Nachwuchswissenschaftler wird vom 30. Juni bis 5. Juli an der 69. Lindauer Nobelpreisträgertagung teilnehmen, die der Physik gewidmet ist. 39 Nobelpreisträger treffen dort 580 Nachwuchswissenschaftler aus 89 Ländern zu einem inspirierenden Dialog.

Henry Reynolds Nana Benyin Enninful in seinem Labor.

Henry Reynolds Nana Benyin Enninful in seinem Labor. Foto: Swen Reichhold / Universität Leipzig

Name: Henry Reynolds Nana Benyin Enninful
Alter:
28
Funktion / Fachgebiet:
Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Felix-Bloch-Institut für Festkörperphysik der Fakultät für Physik und Geowissenschaften der Universität Leipzig
Mein Thema:
Fortschrittliche thermoporometrische Charakterisierung komplexer poröser Feststoffe
Das habe ich studiert:
Ingenieurwesen (Luft- und Raumfahrt und Erdöl)
An der Universität Leipzig seit:
November 2018

Frage: Worum geht es bei Ihrem Dissertationsprojekt und was möchten Sie herausfinden?

Henry Reynolds Nana Benyin Enninful: Viele natürliche Prozesse, die von der Eisbildung in Wolken über die Wirkstoffabgabe an Zielorgane im Körper bis hin zu Zellschäden und Verletzungsschutz reichen, haben eines gemeinsam - poröse Materialien und Membranen. Ebenso sind industrielle Prozesse – wie Katalyse, Sensorik, Adsorption, Separationen, verbesserte Öl/Gas-Rückgewinnung, Treibhausgasabscheidung und -speicherung sowie Energiespeicherung – nur einige der unzähligen Anwendungen, die die Einzigartigkeit poröser Materialien nutzen.
Bisher wurden geordnete poröse Materialien meist für viele dieser Zwecke verwendet, da die (nano-)physikalischen Prozesse der Materie in ihnen klar verstanden werden. Schwieriger ist die Physik in komplexen zufälligen Porenstrukturen, auch wenn die Materialchemie vollständig erforscht ist. Viele Versuche, die Funktionsweise dieser komplexen porösen Materialien zu verstehen, haben zu unbefriedigenden und manchmal fragwürdigen Ergebnissen geführt. Bei vollem Verständnis verspricht diese Komplexität jedoch eine Optimierung der Anwendungen dieser Materialien.
Meine Arbeit liegt an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und Grundlagenphysik. Ich untersuche die Wirkung von Oberflächenchemie und die damit verbundenen Einschränkungen bei Flüssigkeiten. Durch das Verständnis der Gas-Flüssigkeits- und Flüssig-Festphasen-Gleichgewichte in Porenstrukturen kann man die Morphologie und Topologie der Poren erkennen. Insbesondere kombiniere ich experimentelle Techniken, vor allem die Kernspinresonanz (NMR), und Computersimulationswerkzeuge, um die Physik in diesen komplexen Architekturen zu verstehen und sie für sinnvollere Anwendungen effektiv zu charakterisieren. Bisher konnte meine Arbeitsgruppe eine Technik etablieren, die alle Zustände von Flüssigkeiten in zufälligen Poren korrekt beschreibt. Es wird nun weiter daran gearbeitet, dies robuster zu gestalten, um all die vielfältigen und scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse anderer Gruppen auf der Grundlage der verschiedenen Materialsynthesewege erklären zu können. Ich erwarte wirklich viele interessante Ergebnisse in naher Zukunft.

Was hat Sie dazu bewogen, dies als Thema Ihrer Promotion zu wählen?

Um ehrlich zu sein, musste ich zwischen verschiedenen Bereichen jonglieren, bevor ich angefangen habe, mich mit meinem aktuellen Thema zu beschäftigen. Aber das zugrundeliegende Thema, das alle Bereiche durchzieht, ist Fluide! Während meines Bachelorstudiums der Luftfahrttechnik an der Kwame Nkrumah University of Science and Technology (Ghana) war ich fasziniert von der Dynamik und Unberechenbarkeit von Flüssigkeiten. Um das Problem noch weiter zu verschärfen: Flüssigkeiten sind in engen Porenräumen noch viel schwieriger zu verstehen. Das hat mich zu meinem Masterstudiengang in Petroleum Engineering am Politecnico di Torino (Italien) motiviert, nachdem ich bei Schlumberger Ghana Limited in der Draht- und Gesteinsfluidcharakterisierung tätig war. Besonders beeindruckt hat mich die Unmöglichkeit, Öl und Gas aus Gesteinen mit einem Wirkungsgrad von rund 40 Prozent zu gewinnen. Ich erkannte, dass die größte Herausforderung in dem unzureichenden Verständnis der Komplexität von Gesteinsmaterialien liegt. Ich habe dann meine Masterarbeit an der University of Calgary (Kanada) als Gastwissenschaftler geschrieben, weil ich dort die Charakterisierung unkonventioneller Ölquellen, wie Ölsande, mit Kernspinresonanz untersuchen konnte. Ich stieß auf eine Reihe von offenen Fragen, die meine Abschlussarbeit während meines Kurzaufenthaltes nicht beantworten konnte. Entschlossen, Antworten auf diese offenen Fragen zu erhalten, entschied ich mich, eine Forscherkarriere in diesem oder einem ähnlichen Bereich zu verfolgen. Nach meinem Masterstudium besuchte ich als Erasmus+-Praktikant die Applied Magnetic Resonance Group von Prof. Dr. Rustem Valiullin hier an der Universität Leipzig, um weitere Einblicke in das Thema zu gewinnen. Die Arbeitsgruppe hat langjährige Erfahrungen mit der Physik poröser Medien mit NMR und exzellente wissenschaftliche Ergebnisse vorzuweisen. Außerdem ist sie eine der wenigen, die rein physikalische Phänomene in den Poren untersucht. Obwohl ich keine Gesteine studierte habe, arbeitete ich während meines Aufenthalts an allgemeinen mesoporösen Materialien, die kleinere Porengrößen haben als herkömmliche Sandsteine, aber ähnlich wie Schiefer sind. Diese mesoporösen Materialien haben noch mehr Anwendungsmöglichkeiten, als ich vorher dachte. Ein tieferes Verständnis von ihnen wird nützliche Werkzeuge für eine verbesserte Ölrückgewinnung und die Kohlenstoffabscheidung und -sequestrierung liefern.
Im November 2018 begann ich schließlich meine Dissertation in der gleichen Gruppe und zum gleichen Thema. Ich bin zutiefst von der Eignung des Themas überzeugt, da die erworbenen Fähigkeiten auf das breite Spektrum der von mir bereits erwähnten Anwendungen übertragbar sind. Das bedeutet, dass ich nicht den finanziellen Schwankungen in der Ölindustrie zum Opfer fallen werde. Mit der Zeit habe ich mich für die Batterieforschung interessiert, da sie für mich eines der größten Forschungsgebiete überhaupt ist. Dies wird durch die von Deutschland und Frankreich angekündigten Pläne bestätigt, gemeinsam nationale Batterieherstellungswerke zu errichten, um die boomenden grünen Technologien in Europa zu befördern.

Welche Stolpersteine und Highlights begegneten Ihnen bislang auf Ihrem Weg zum Doktortitel?

Kaum acht Monate nach Beginn meiner Promotion war das erste Highlight die Veröffentlichung meines ersten Artikels in der Fachzeitschrift Frontiers in Chemistry. Mindestens drei weitere Artikel sind derzeit in Vorbereitung und sollen noch vor Jahresende veröffentlicht werden. Ich hatte auch die Gelegenheit, meine Arbeit auf zwei großen Konferenzen zu präsentieren und bin bereit, dies auch auf der AMPERE NMR Summer School Ende Juni dieses Jahres in Polen zu tun. Ein weiterer wichtiger Meilenstein für mich war meine Wahl zur Teilnahme am 69. Lindauer Nobelpreisträgertreffen. Dort treffen sich rund 580 der besten jungen Physiker aus aller Welt mit rund 40 Nobelpreisträgern, um über aktuelle Themen der Physik und die globalen Herausforderungen, denen sich die Physik stellen muss, zu diskutieren. Als Krönung wurde ich ausgewählt, an einer Pressekonferenz mit über 50 Journalisten teilzunehmen, die die Auswirkungen des wachsenden Nationalismus auf die wissenschaftliche Zusammenarbeit beleuchtet.
Auf meiner Dissertationsreise war jedoch nicht alles rosig. Ich bin auf große Herausforderungen gestoßen, vor allem beim Übergang von der Technik zur Naturwissenschaft. Mit meinem starken ingenieurwissenschaftlichen Hintergrund hatte ich zunächst Schwierigkeiten, mir die wissenschaftliche Methodik der Problemlösung und -analyse anzueignen. Technik und Naturwissenschaften mögen ähnlich klingen, haben aber viele verschiedene Eigenschaften. Mein Chef musste mich ständig an mein neues Fachgebiet und die Funktionsweisen in der Physik erinnern. Dabei hat er mich aber auch sehr inspiriert. Außerdem fehlte mir in einigen wichtigen Bereichen ein gewisses Wissen, aber mit der Unterstützung der Gruppe konnte ich aufholen. Ich hoffe, noch alle notwendigen Fähigkeiten zu entwickeln, um komplexere Probleme in der Wissenschaft zu lösen.

Wie geht es nach der Promotion für Sie weiter?

Drei große internationale Automobilhersteller – der deutsche Volkswagen, der japanische Nissan und der chinesische Sinotruk – planen, Montagewerke in Ghana zu errichten. Renault und Toyota führen ebenfalls Machbarkeitsstudien zu diesen Vorhaben durch. Angesichts des vorherrschenden Verständnisses des Klimawandels ist klar, dass es einen Paradigmenwechsel hin zur Verwendung sauberer Kraftstoffe wie Wasserstoff und Elektroautos gibt. Dies bedeutet, dass eine konstante Versorgung mit einer Vielzahl von effizienten und kostengünstigeren Energiespeichermöglichkeiten erforderlich sein wird, um billige und erschwingliche Fahrzeuge für die ärmsten Bevölkerungsgruppen der Welt herzustellen. Ich möchte ein starkes Argument für ein Batterieproduktionswerk in Ghana liefern. Durch erstklassige Forschung und die Betreuung einiger der besten Batteriewissenschaftler sowie das wachsende wirtschaftsfreundliche Klima in Ghana sollte es einfacher sein, diese Automobilhersteller davon zu überzeugen, Batterien vor Ort für den afrikanischen Markt herzustellen.
Darüber hinaus werden unsere Vorbereitungen für die mit der globalen Erwärmung verbundenen Katastrophen intensiviert, um die Eisbildung in den Wolken besser zu verstehen. Angesichts der Auswirkungen des Klimawandels, wie Dürren, Überschwemmungen und unzuverlässige Niederschlagsmuster, besteht die Gefahr, dass Afrika eines der größter Opfer wird. Es bedarf vieler weiterer gemeinsamer Anstrengungen, um diese negativen Auswirkungen durch ein tieferes Verständnis der Eisbildung in Wolken zu verhindern.
Mein Traum war es schon immer, die Grenzen des Wissens zu erweitern und gleichzeitig die gewaltigsten Herausforderungen der Menschheit zu lösen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Verbreitung von Wissen. In diesem Zusammenhang beabsichtige ich, zwei bis vier Jahre als Postdoc zu verbringen, um Eisformationen in Wolken und effiziente Methoden der Batterie- und Gasspeicherung zu untersuchen, bevor ich nach Ghana zurückkehre, um meine eigene Forschungsgruppe aufzubauen. Ich erwarte, dass ich schneller und besser vorankommen kann, da meine Doktorarbeit eine solide Grundlage für diese Bereiche der angewandten Physik bietet.

Womit verbringen Sie gern Ihre Freizeit?

Ehrlich gesagt, habe ich wenig Zeit für mich selbst. Wenn ich nicht an die nächste Herausforderung in der Komplexität zufälliger poröser Materialien denke, schreibe ich wissenschaftliche Artikel für Physics World, das Flaggschiffmagazin des Institute of Physics (IOP), erstelle Businesspläne oder betreue junge Männer und Frauen, die noch größere Höhen in der Wissenschaft erreichen wollen. Alternativ kann ich mir auch Filme ansehen, um mich für meinen nächsten Arbeitsplan zu erholen. Es hängt wirklich von meiner Stimmung und/oder der Dringlichkeit zu diesem Zeitpunkt ab. Sonntags engagiere ich mich in der Kirche.

Haben Sie ein Lebensmotto? Wenn ja, welches?

Mich motivieren im Allgemeinen die Geschichten vieler Persönlichkeiten und Gruppen aus verschiedenen Tätigkeitsbereichen, die durch dick und dünn gingen oder Berge versetzten, um die Widrigkeiten auf dem Weg zur Verwirklichung ihrer Träume zu überwinden. Das hat mein Lebensmotto geprägt: „Wenn dich deine Träume nicht überwältigen, geh wieder schlafen.“ An keinem Punkt im Leben sollten wir mit der Zahl unserer Erfolge und Siege zufrieden sein. Es gibt immer noch größere Leistungen zu erbringen. Die Sterne sollten immer unser Sprungbrett sein.


Vielen Dank für das Gespräch.
Die Fragen stellte Katrin Henneberg.

 

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