Neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe zur elektrochemischen Umwandlung von Kohlenstoffdioxid gestartet
Foto: privat
Dr. Matthew T. Mayer baut seit Mai 2017 eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe am HZB auf. Er will erforschen, wie sich mithilfe von erneuerbaren Energien Kohlenstoffdioxid und Wasser elektrochemisch in wertvolle Kohlenwasserstoffe umwandeln lassen. Für seine Forschung erhält er jährlich 300.000 Euro für einen Zeitraum von fünf Jahren.
Um den klimaschädlichen Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu reduzieren, gibt es mehrere Forschungsansätze. Eine Möglichkeit ist, erneuerbare Energien zu nutzen, um Kohlenstoffdioxid und Wasser elektrochemisch umzuwandeln. Dabei entstehen Kohlenwasserstoffe wie Methan, Methanol oder Ethylen, die wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie sind. Die größte Herausforderung dabei ist, die Energieeffizienz, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Ausbeute bei der CO2-Katalyse zu verbessern.
Die neue HZB-Nachwuchsgruppe will neuartige Elektrokatalyse-Materialien mit heterogenen Bimetall-Oberflächen herstellen. Die katalytischen Prozesse will Mayer mithilfe der Synchrotron-, Röntgen- und Photoelektronen-Spektroskopie in-situ und in operando untersuchen. Dadurch will der Chemiker neue Einblicke in katalytische Mechanismen und die Grundsätze der Zellenentwicklung gewinnen. Ein gezieltes Design von Katalysatoren soll so möglich werden. Die Forschung hilft dabei, das Potenzial der elektrochemischen CO2-Reduktion als mögliche Technologie für die Bereitstellung von Kohlenwasserstoffen auszuloten.
Zur Person
Der US-Amerikaner Matthew T. Mayer studierte Chemie an der Boise State University, USA, und promovierte am Boston Collage. Vor seinem Wechsel an das HZB leitete er an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne die Gruppe „Solare Brennstoffe“ im Labor für Photonik und Grenzflächen. Zuvor arbeitete er mehrere Jahre am Boston College in den USA. Er hält zwei Patente und hat zahlreiche Publikationen veröffentlicht.
Das Förderprogramm "Helmholtz-Nachwuchsgruppe"
Das Förderprogramm richtet sich an hoch qualifizierte Nachwuchskräfte, deren Promotion zwei bis sechs Jahre zurückliegt. Die Nachwuchsgruppenleiterinnen und -leiter werden durch ein maßgeschneidertes Fortbildungs- und Mentoring-Programm unterstützt. Ein Ziel des Programms ist es, die Vernetzung von Helmholtz-Zentren und Universitäten zu stärken.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.
- Umweltchemie an BESSY II: Radikale in GewässernWie entstehen in wässrigen Lösungen unter UV-Licht so genannte Radikale? Diese Frage spielt sowohl für die Gesundheitsforschung als auch für den Umweltschutz eine wichtige Rolle, beispielsweise im Zusammenhang mit der Überdüngung von Gewässern durch die Landwirtschaft. Ein Team hat nun an BESSY II eine neue Methode etabliert, um Hydroxyl-Radikale in Lösung zu untersuchen. Mit einem Trick konnten sie überraschende Einblicke in den Reaktionspfad gewinnen.
- KI-gestützte Katalysatorforschung: 30 Millionen Euro Förderung für deutsches KonsortiumSechs Partner aus Forschung und Industrie – darunter das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI), BASF, Dunia Innovations, Siemens Energy und die Technische Universität Berlin – starten ein gemeinsames Projekt, um die Katalysatorforschung zu beschleunigen. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt ASCEND (Accelerated Solutions for Catalysis using Emerging Nanotechnology and Digital Innovation) mit 30 Millionen Euro. Die Forschungsinitiative trägt dazu bei, energieintensive Industrien nachhaltiger zu gestalten. Dabei soll die industrielle Wettbewerbsfähigkeit, vor allem im Chemiesektor, erhalten bleiben. Das Projekt hat eine Laufzeit von fünf Jahren und startet am 1. April 2026.