Dr. Kevinjeorjios Pellumbi wurde am 9. April 2025 mit dem Promotionspreis der Fachgruppe Chemie & Energie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) ausgezeichnet. Die Auszeichnung wurde ihm für seine Dissertation mit dem Titel „Creating Holistic Pathways for the CO2 Electroreduction and Electrochemical Hydrogenations“ verliehen. Leider konnte Pellumbi zur Preisverleihung in Duisburg nicht erscheinen, sodass Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel, sein Doktorvater, den Preis stellvertretend entgegennahm. Apfel ist Leiter der Forschungsgruppe Anorganische Chemie I sowie der Abteilung Elektrosynthese am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT an der Ruhr-Universität.
In seinem wissenschaftlichen Schaffensbereich hat Pellumbi wertvolle Erkenntnisse zur Energiewende beigetragen, was die Auszeichnung rechtfertigte. Dr. Nils Bottke von BASF SE lobte in seiner Ansprache die Relevanz von Pellumbis Arbeiten, die auf elektrokatalytische Technologien abzielen. Diese Technologien sind entscheidend für die nachhaltige Produktion von Chemikalien und Kraftstoffen. Pellumbi betont das große Potenzial von CO2-Elektrolyse und elektrochemischen Hydrierungsreaktionen zur Verringerung von Treibhausgasemissionen und zur Elektrifizierung der chemischen Industrie.
Innovative Ansätze zur CO2-Reduktion
Die industrielle Umsetzung dieser Technologien steht jedoch noch am Anfang. Aktuelle Herausforderungen sind langsame und ineffiziente Entwicklungsrouten sowie das Fehlen robuster und kosteneffizienter Katalysatoren. Pellumbi untersucht, wie die CO2-Elektrolyse und elektrochemische Hydrierungsreaktionen für industrielle Anwendungen optimiert werden können. In diesem Zusammenhang hat er mehrere Patente eingereicht, darunter für eine neuartige Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht.
Ein zentraler Aspekt der elektrochemischen Reduktion von CO2 ist die Umwandlung von Kohlendioxid in nutzbare chemische Produkte, was angesichts des Klimawandels von großer Bedeutung ist. Das Ziel ist, CO2 in der Atmosphäre gezielt zu reduzieren und für die Herstellung von chemischen Produkten nutzbar zu machen. Die Arbeiten an diesem Thema zeigen einen klaren Trend zur Optimierung bestehender elektrolytischer Systeme anstelle der Entwicklung neuer Katalysatoren und Elektroden.
Technologische Entwicklungen und Herausforderungen
Ein ermutigendes Beispiel stellt der Zero-Gap Elektrolyseur dar, der durch das Fraunhofer UMSICHT, die Ruhr-Universität Bochum und die RWTH Aachen untersucht wird. Dieser Elektrolyseur nutzt einen Festkörperelektrolyten und weist Vorteile wie hohe Energieeffizienz und gute Skalierbarkeit auf. Besonders wichtig ist, dass bei diesem System kein flüssiger Katholyt erforderlich ist.
Durch die gezielte Minimierung des ohmschen Widerstands und die Verbesserung von Stabilität und faradayschem Wirkungsgrad wurden bedeutende Fortschritte erzielt. So konnte eine Stabilität von bis zu 10 Stunden bei 3 V und 300 mA cm-2 erreicht werden, was einer Verbesserung um den Faktor drei entspricht. In einer veröffentlichten Studie über die Zero-Gap-Elektrolyse wurde auch die Faraday-Effizienz für CO von 14% auf über 60% gesteigert.
Die Forschung hat jedoch auch gezeigt, dass es kritische Parameter wie Wassermanagement gibt, die die Leistung beeinflussen können. Hierbei kann eine zu hohe Wasserzufuhr zu Überflutungen führen, während eine zu niedrige Leistung der Anionenaustauschmembran verringert. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Weiterentwicklung der Technologie und zur Optimierung der Elektrolyseprozesse.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Arbeiten von Dr. Pellumbi und die Fortschritte im Bereich der CO2-Elektrolyse nicht nur für die Wissenschaft von Bedeutung sind, sondern auch ein wichtiger Schritt in Richtung einer nachhaltigen chemischen Industrie darstellen. Die Synergien zwischen akademischer Forschung und industrieller Anwendung werden dabei zunehmend wichtiger.
