Die nachhaltige Nutzung materieller Ressourcen erfordert Materialien und Prozesse, die von Beginn an auf Effizienz, Wiederverwertbarkeit und geschlossene Stoffkreisläufe ausgelegt sind. Im Themenfeld materielle Ressourcen erforscht das IOM Oberflächen, Materialien und Schichtsysteme, die Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz gezielt unterstützen.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung kreislauffähiger Polymer- und Materialsysteme für ressourcenschonende Anwendungen. Dafür werden innovative computergestützte Synthese- und Prozessrouten entwickelt. Dabei werden poröse Polymermaterialien unter Einsatz grüner Lösungsmittel und Recyclingpolymere entwickelt, die beispielsweise für die Wasserreinigung oder die Rückgewinnung von Grundchemikalien eingesetzt werden können. Ergänzend werden kreislauffähige Oberflächen und Schichtsysteme untersucht, deren stoffliche Wiederverwertbarkeit bereits im Design berücksichtigt ist. 

Ein zentrales Forschungsthema ist die Identifizierung und Trennung von Materialien im Recyclingprozess. Hier bildet die Verknüpfung von Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Entwicklung eine wesentliche Schnittstelle. Durch In-situ-Prozesscharakterisierung werden grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufgeklärt, um Materialfunktionen gezielt einstellen zu können. So entstehen wissenschaftliche Grundlagen für ressourceneffiziente Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette. 

Eine nachhaltige Energieversorgung setzt Materialien voraus, die Energieverluste minimieren, Prozesse stabilisieren und langfristig zuverlässig funktionieren. Im Themenfeld Energiewandlung und -speicherung stehen funktionale Oberflächen, Schichten und Membranen im Mittelpunkt, die für energieeffiziente und umweltfreundliche Anwendungen optimiert werden. 

Ziel ist es, das Permeationsverhalten von Gasen in funktionalen Schichten und Membranen zu verstehen und gezielt zu beeinflussen. Durch gezielte Oberflächenmodifikation – etwa mithilfe massenselektierter molekularer Ionen – werden Eintrittsbarrieren von Gasen in poröse Materialien kontrolliert. Auf dieser Grundlage entwickelt das IOM neue Konzepte für strahlenassistierte, energie- und ressourceneffiziente Herstellungsprozesse von Membran- und Barrierematerialien. 

Darüber hinaus untersucht das IOM chemische und elektrochemische Energiespeicherprozesse im Hinblick auf Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen, Langzeitstabilität und Wirkungsgrad. Spektroskopische und mechanistische Studien werden mit der gezielten Präparation von Modellsystemen kombiniert, etwa durch die Abscheidung redox-aktiver molekularer Ionen auf Elektrodenoberflächen. Auf dieser Basis werden Designprinzipien für verbesserte Energiespeichermaterialien entwickelt, die zu langlebigen, effizienten und ressourcenschonenden Energiesystemen beitragen.

Die Entfernung von Schadstoffen aus Wasser, Luft und anderen Umweltmedien ist eine zentrale Voraussetzung für Gesundheit, Umwelt- und Ressourcenschutz. Im Themenfeld Schadstoffentfernung entwickelt das IOM Oberflächen und Prozesse, die eine effiziente, selektive und nachhaltige Reinigung ermöglichen. 

Im Fokus stehen photo-, plasma- und strahlenchemische Prozesse, die gezielt zur Zersetzung organischer Schadstoffe eingesetzt werden. Durch computergestützte Material- und Prozessentwicklung werden Reaktionsmechanismen aufgeklärt und in struktur- sowie prozessadaptive Strategien überführt. Ein tiefes mechanistisches Verständnis der Wechselwirkungen zwischen energiereichen Strahlungsfeldern und Materialien bildet dabei die Grundlage für neue material- und prozessintegrierte Ansätze. 

Ziel ist es, ressourcenschonende und energieeffiziente Verfahren zu entwickeln, die sich vom Labormaßstab bis in Pilot- und Anwendungsmaßstäbe übertragen lassen. Damit leistet das Themenfeld einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung innovativer Umwelttechnologien und zur nachhaltigen Reduktion von Schadstoffbelastungen.

Im Themenbereich „Oberflächen für eine saubere Umwelt“ verfolgt das IOM einen integrativen Ansatz, der Materialentwicklung, Prozessverständnis und Digitalisierung miteinander verknüpft. Langfristig sollen so industrielle, energetische und umweltbezogene Prozesse nachhaltig transformiert werden. 

In den materiellen Ressourcen entsteht ein integriertes Verständnis kreislauffähiger Materialsysteme, das die Grundlage für skalierbare, recyclingfähige und ressourceneffiziente Produktionsprozesse bildet. In der Energiewandlung und -speicherung ermöglicht ein molekular-mechanistisches und skalenübergreifendes Verständnis von Oberflächenprozessen die Entwicklung hocheffizienter und umweltverträglicher Bauelemente. Im Bereich der Schadstoffentfernung werden adaptive, skalierbare und digital unterstützte Verfahren etabliert, die eine langfristig wirksame Reinigung von Umweltmedien erlauben. 

Insgesamt soll der Themenbereich zu einer wissenschaftlichen Plattform für nachhaltige Oberflächentechnologien weiterentwickelt werden, die Wissenschaft, Industrie und Politik dabei unterstützt, nachhaltige Technologien umzusetzen – und so messbar zu einer klimaneutralen, ressourcenschonenden und sauberen Umwelt beizutragen.