Magnete für eine sauberere Zukunft

Magnetismus könnte in der Elektrokatalyse zu einer neuen Stellschraube werden. Prof. Karsten Reuter, Direktor der Abteilung Theorie am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und e-conversion-Experte, wurde gemeinsam mit Prof. Galán-Mascarós (ICIQ, Spanien), Prof. Jeppe V. Lauritsen (Aarhus University, Dänemark) und Prof. David Écija (IMDEA Nanoscience, Spanien) mit einem der 66 prestigeträchtigen ERC Synergy Grants für „MAGNESIS—Magnetically Enhanced Electrocatalysis“ ausgezeichnet. In den nächsten sechs Jahren wird das 12-Mio.-€-Projekt mittels Untersuchungen auf atomarer Ebene und Tests kompletter Geräte wie Brennstoffzellen und Elektrolyseuren aufdecken, wie Magnetfelder elektrochemische Reaktionen effizienter antreiben können.

Prof. Dr. Karsten Reuter (Foto: J. Lösel/FHI)

Während Industrien von fossilen Brennstoffen abrücken, bietet die Elektrokatalyse – also der Einsatz erneuerbarer Elektrizität zur Steuerung chemischer Prozesse – eine sauberere, grünere Alternative zur Herstellung von Kraftstoffen und Materialien. Dennoch stehen diese Technologien vor erheblichen Hürden und benötigen deutliche Verbesserungen bei der Umsetzungsgeschwindigkeit und -effizienz. Hier setzt „MAGNESIS: Magnetically Enhanced Electrocatalysis“ an, mit dem Ziel, das verborgene Potenzial von Magneten zu erschließen, um elektrochemische Reaktionen zu beschleunigen. Aufbauend auf jüngsten Erkenntnissen, dass Magnetfelder kritische elektrochemische Reaktionen drastisch verstärken, wird MAGNESIS die zugrunde liegenden Effekte systematisch analysieren und diesen Durchbruch aus dem Labor in reale Anwendungen überführen.

„Wir wollen aufdecken, wie Magnetfelder die chemischen Reaktionen prägen, die saubere Energie antreiben“, sagt Prof. Karsten Reuter. „Indem wir unsere Computermodelle um Magnetismus erweitern, hoffen wir, neue Wege zur Effizienzsteigerung der Elektrokatalyse zu erschließen – für eine erneuerbare- und energiegetriebene Chemieproduktion, Fortschritte in der Materialforschung und die Kontrolle von Reaktionen auf molekularer Ebene.“

In den nächsten sechs Jahren wird das internationale Team zwei der größten Herausforderungen der Chemie angehen: die Wasserspaltung und die Umwandlung von Kohlendioxid – die beiden Schlüsselschritte zur Herstellung von grünem Wasserstoff und erneuerbaren Kraftstoffen. In der Elektrokatalyse werden diese Reaktionen durch die Ladung der Elektronen im elektrischen Strom angetrieben. Es deutet sich nun an, dass sie auch durch deren Spin beeinflusst werden – eine quantenmechanische Eigenschaft, die empfindlich auf Magnetfelder reagiert. Mit modernsten Experimenten und hochentwickelten Computersimulationen will das Team die grundlegenden Regeln hinter dieser Abhängigkeit aufdecken und zeigen, wie sie zur Steuerung der Reaktionen genutzt werden können. Das übergeordnete Ziel? Dieses Wissen in effizientere, umweltfreundliche Geräte umzusetzen, die Kraftstoffe und Chemikalien nachhaltig erzeugen und so den Übergang zu einer saubereren Energiezukunft vorantreiben.

Über die Partner

Das geförderte Konsortium wird von Prof. JR Galán‑Mascarós (ICIQ, Spanien) koordiniert, dessen Team Expertise in Elektrochemie mit fortschrittlichen Licht-/Röntgenmessungen kombiniert. Prof. Reuter wird die Theoriearbeiten mit Multiskalen-Simulationen unter realistischen elektrochemischen Bedingungen leiten. Prof. Jeppe V. Lauritsen (Aarhus University, Dänemark) wird die Katalysatoroberflächen mit Echtzeitmikroskopie und -spektroskopie untersuchen. Prof. David Écija (IMDEA) wird nanoskalige Katalysatoren mit modernsten Mikroskopen und Synchrotronmethoden erforschen.

Über ERC-Grants

Der Europäische Forschungsrat (ERC) hat 66 Synergy Grants an 239 Forschende vergeben und insgesamt 684 Mio. € investiert. Von 712 eingereichten Anträgen wurde rund jeder zehnte ausgewählt; jedes geförderte Projekt erhält im Durchschnitt 10,3 Mio. €. Die Projekte sind an Universitäten und Forschungszentren in 26 Ländern in Europa und darüber hinaus angesiedelt. Die Präsidentin des Europäischen Forschungsrats, Prof. Maria Leptin, sagte: „Zusammenarbeit steht im Zentrum der ERC Synergy Grants. In unserer jüngsten Runde werden Forscherteams ihre Kräfte bündeln, um gemeinsam die komplexesten wissenschaftlichen Probleme anzugehen – diesmal so international wie nie zuvor. Der Wettbewerb war hart, viele hervorragende Vorschläge blieben ohne Förderung. Mit mehr Mitteln könnte der ERC dieses große Potenzial an erstklassiger Wissenschaft voll ausschöpfen. Solche wissenschaftlichen Unternehmungen sind es, die Europa braucht, um wirklich an vorderster Front zu stehen.“

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