Wie die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) berichtet, erhält sie eine Spitzenprofessur vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst: Im Rahmen der Hightech Agenda Bayern wird Prof. Dr. Bastian Etzold, Lehrstuhl für Power-to-X-Technologien, mit der mit fünf Millionen Euro dotierten Förderung ausgezeichnet.

„Bastian Etzold passt ideal zur FAU, gerade was das Thema Wasserstoff angeht. Bei uns forschen Spitzenwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlicher erfolgreich an Konzepten, um die Energiewende voranzutreiben. Mit seiner Expertise wird Bastian Etzold diese Energieforschung weiter stärken, neue Ideen für Innovationen entwickeln und Kooperationen, wie zum Beispiel mit dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien, weiter ausbauen“, freut sich FAU-Präsident Prof. Dr. Joachim Hornegger.

Wissenschaftsminister Markus Blume ergänzt: „Die visionäre Forschung von Professor Etzold hilft uns beim schnellen Übergang in eine nachhaltige Gesellschaft mit hohem Lebensstandard. Denn dafür benötigen wir Verfahren und Materialien für die Erzeugung, Nutzung und Speicherung erneuerbarer elektrischer Energie und zur Synthese chemischer Produkte. Für deren Erforschung und Entwicklung garantiert die FAU mit starken Forschungsschwerpunkten in den Themenfeldern Energie, Umwelt und Klima Professor Etzold als jungem wie renommiertem Wissenschaftler eine exzellente wissenschaftliche Infrastruktur. Zugleich verstärkt seine erfolgreiche Berufung die internationale Strahlkraft der FAU und zeigt die kraftvolle Hebelwirkung unseres Bayerischen Spitzenprofessurenprogramms im weltweiten Wettbewerb um die besten Köpfe!“

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Elektrochemische Produktion: Grüne Alternative zu Verbrennungsprozessen

„Elektrochemische Prozesse sind ein Grundpfeiler für eine zukünftige grüne chemische Industrie“, ist sich Prof. Dr. Bastian Etzold sicher. „Sie können als Alternative zu den aktuell genutzten Verbrennungsprozessen zur Energiebereitstellung die Industrie revolutionieren.“ Denn elektrochemische Prozesse nutzen – im Idealfall – grünen Strom statt fossiler Energiequellen, um chemische Reaktionen voranzutreiben.

Ein Beispiel dafür: die elektrochemische Wasserspaltung, um Wasserstoff herzustellen. Der Weg dorthin ist aber alles andere als einfach: „Die Abläufe in den Elektrolyseuren sind hochkomplex, müssen aber exakt aufeinander abgestimmt sein. Die ablaufenden Prozesse umfassen circa acht Größenordnungen. Zur Veranschaulichung: Wenn das Wassermolekül die Größe eines Fußballes hätte, dann müsste man die Phänomene bis hin zur Größe unserer Erde im Blick behalten“, erklärt Bastian Etzold.

Mithilfe von Elektrolyseuren wird durch elektrischen Strom eine chemische Reaktion herbeiführt. Sie bestehen aus zwei mit einem Katalysator beschichteten Elektroden, die durch einen Separator voneinander getrennt sind. Wird den Elektroden Strom zugeführt, wird Wasser aufgespalten in Wasserstoff an der einen und Sauerstoff an der entgegengesetzten Elektrode. Durch die Katalysatoren wird die notwendige Energiemenge für diese Spaltung gesenkt. Gasblasen entstehen und bedecken den Katalysator, so dass die weitere Spaltung bis zum Ablösen der Blasen zunächst unterbrochen ist. In anderen elektrochemischen Prozessen kommen neben Wasser noch weitere Rohstoffe, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid, und deren Transport an die Elektroden hinzu. „Diese Abläufe minutiös zu dirigieren und kontrollieren, ist nötig, um Strom und die verwendeten Rohstoffe hocheffizient nutzen zu können.“ Zahlreiche Produkte aus unserem alltäglichen Leben, wie beispielsweise Dünger, Leichtbaumaterialien oder Hygieneartikel, brauchen zukünftig mindestens die Wasserelektrolyse, um nachhaltig produziert werden zu können oder werden die direkte elektrochemische Synthese nutzen.

Power-to-X-Technologie

Neben der Nutzung von grünen Strom geht die Vision von Prof. Dr. Etzold jedoch weiter: „Die Vision ist, CO2 als Kohlenstoffquelle zu nutzen, hierdurch das Treibhausgas zu binden und die Produktion unabhängig von fossilen Rohstoffen zu machen.“ Diese sogenannte „Power-to-X“-Technologie filtert Kohlenstoffdioxid aus Abgasen und der Luft und wandelt es in synthetische Stoffe zum Speichern von Energie oder als Rohstoff für die chemische Industrie um. Hierfür wird entweder der Elektrolysewasserstoff genutzt oder die Umwandlung direkt im Elektrolyseur realisiert. Beides werden Etzold und sein Team am neuen FAU-Lehrstuhl untersuchen. „Kurzfristig wird die Umwandlung von CO2 in einem der Wasserelektrolyse nachgelagerten Industrieprozess ablaufen. Ziel ist es, dies zukünftig einzusparen und den Elektrolyseur direkt für die komplexe chemische Umwandlung zu nutzen“, sagt Etzold.