Gleich zwei Forschungsprojekte der TU Wien wurden vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF mit START-Preisen ausgezeichnet: Die Informatikerin Ivona Brandic beschäftigt sich mit Cloud-Computing. Sie erforscht, wie man große, aufwändige Berechnungen effizient und unter Einhaltung bestimmter Regeln auf viele Computer verteilen kann. Der Physiker Gareth Parkinson arbeitet daran, Katalysatoren zu verbessern. Dafür untersucht er das Verhalten von Metallatomen auf Eisenoxid-Oberflächen. Sein Ziel ist, Metallatome so auf Oberflächen zu positionieren, dass ein maßgeschneiderter, hocheffizienter Katalysator entsteht.

Computerberechnungen in der Cloud
Computer-Rechenleistung lässt sich heute weltweit teilen. Wenn der eigene PC unter dem Schreibtisch nicht ausreicht, dann kann man über das Internet auf die Leistung großer Computer-Cluster mit vielen tausend Prozessoren zugreifen. Wo diese Rechner physisch herumstehen, ist dabei meist egal – genauso wie der physische Speicherort von Bildern, die wir über Cloud-Services mit Freunden teilen. Man kann sogar noch einen Schritt weitergehen, und für eine große Rechenaufgabe mehrere Clouds gleichzeitig nutzen. Wichtig ist dabei aber eine Software, die dafür sorgt, dass die Rechenaufgaben richtig und effizient auf die einzelnen Clouds und die einzelnen Prozessoren aufgeteilt wird. Mit solchen Programmen („Schedulern“) beschäftigt sich Ivona Brandic von der E-Commerce-Gruppe am Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme.

Cloud-Dienste und User stellen bestimmte Anforderungen. Vielleicht schreibt der Cloud-Dienst eine Speicherplatz-Obergrenze vor, der User ist wichtig, seine Rechenergebnisse möglichst schnell zu bekommen. Der Cloud-Betreiber möchte seinen Stromverbrauch möglichst gering halten, der User legt möglicherweise Wert darauf, dass die Daten nicht in einem bestimmten Land gespeichert werden. Um all das zu erreichen, muss die Rechenarbeit nach ausgeklügelten Systemen auf die einzelnen Rechner in den Clouds verteilt werden. Die Software muss vorausschauend und flexibel agieren und ständig neu entscheiden, welche Rechenaufgaben auf welchen Rechner verlagert werden sollen. „Wir wollen ein autonomes System aufbauen“, sagt Ivona Brandic, „ein Computersystem, das sich selbst automatisch überwacht und managt, ähnlich wie das unser Körper macht. Er kümmert sich um Atmung, Gleichgewicht oder Körpertemperatur, ohne dass wir ständig bewusst eingreifen müssen.“

Ivona Brandic studierte an der TU Wien und der Universität Wien. Als Visiting Researcher arbeitete sie an der Universität Melbourne, seit 2007 forscht sie an der TU Wien, derzeit am Institut für Softwaretechnik und interaktive Systeme. Brandic wurde bereits mit mehreren Preisen ausgezeichnet, darunter auch der Wissenschaftspreis der TU Wien im Jahr 2011.

Einzelatome als Katalysatoren
Von Lebensmitteln über Pharmazeutika bis zu Kunststoffen – bei 80% aller Stoffe, die wir verwenden, benötigt man bei der Herstellung zumindest eine katalytische Reaktion. Leider sind es oft die besonders seltenen und teuren Metalle, die die besten katalytischen Eigenschaften aufweisen – etwa Gold, Platin oder Palladium. Um mit möglichst geringen Mengen dieser Edelmetalle auszukommen, nutzt man sie in Form von Nanopartikeln, die auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Je kleiner diese Partikel sind, umso größer ist der Anteil der Metallatome, die sich direkt an der Oberfläche befinden und somit für Reaktionen zur Verfügung stehen.

Im Jahr 2011 konnte gezeigt werden, dass die katalytische Reaktion von CO und O2 zu CO2 (die wesentliche Reaktion im Katalysator, der Autoabgase unschädlich macht) mittels einzelner Platinatome möglich ist. Die Metallatome des Katalysators haben normalerweise die Tendenz zu verklumpen und kleine Cluster zu bilden. Bestimmte Eisenoxid-Oberflächen können die einzelnen Atome festhalten und sie am Verklumpen hindern. Gareth Parkinson hat am Institut für Angewandte Physik der TU Wien Methoden entwickelt, solche katalytische Abläufe auf atomarer Skala zu untersuchen und mittels Rastertunnelmikroskopie abzubilden.

Ein tieferes Verständnis von Reaktionsprozessen ist allerdings nur eines von Gareth Parkinsons Zielen. Am Ende soll es möglich sein, für jede spezifische Aufgabe das am besten geeignete Element zu identifizieren. In weiterer Folge sollen dann gezielt einzelne Atome verschiedener Metalle mit einander ergänzenden Eigenschaften zu einem maßgeschneiderten Katalysator kombiniert werden. Dem langgehegten Traum der Oberflächenwissenschaften, einen funktionierenden Katalysator aus elementaren Bestandteilen herzustellen, möchte Gareth Parkinson schon bald sehr nahe kommen.

Gareth Parkinson studierte an der University of Warwick in Großbritannien. Als Postdoc arbeitete er dann in den USA – zunächst am Pacific Northwest National Laboratory, dann an der Tulane University in New Orleans. 2010 wechselte er an das Institut für Angewandte Physik der TU Wien.

START-Preis: Chance für große wissenschaftliche Karrieren
Mit dem START-Preis gibt der österreichische Wissenschaftsfonds FWF jungen Forscherinnen und Forschern die Chance, bis zu sechs Jahre lang finanziell abgesichert ihre Forschungsarbeiten eigenständig planen zu können. Das Geld des START-Preises ermöglicht den Aufbau eines eigenen Forschungsteams und bereitet die PreisträgerInnen damit optimal auf Führungspositionen in der Wissenschaft vor.