Olga Kasian (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB) erhielt die Auszeichnung als Jungwissenschaftlerin 2022 in Anerkennung ihrer herausragenden Arbeiten zur Elektrolyse für die Wasserstoffherstellung aus erneuerbaren Energien.
Über Olga Kasian
Olga Kasian promovierte 2013 in Elektrochemie an der Ukrainischen Staatlichen Universität für Chemische Technologie. Danach arbeitete sie als Postdoc an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg. 2015 erhielt sie ein Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung und wechselte an das Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf. Seit 2019 leitet Olga Kasian die Helmholtz-Nachwuchsgruppe am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), die sich mit dynamischen Veränderungen in Materialien während elektrokatalytischer Reaktionen beschäftigt. Seit 2021 ist sie Professorin für Materialien zur elektrochemischen Energieumwandlung an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.
Die Forschung von Olga Kasian zielt darauf ab, ein modellhaftes Verständnis chemischer Prozesse von komplexen elektrochemischen Grenzflächen zu erlangen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Elektrokatalyse für Energiespeicherung und -umwandlung, mit dem Ziel, Stabilitätsbeschränkungen von Katalysatormaterialien zu überwinden.
Elektrolyse für die Wasserstoffherstellung aus erneuerbaren Energien
In naher Zukunft wird erwartet, dass erneuerbare Energiequellen einen wichtigen Teil zur Stromerzeugung beitragen werden. Da erneuerbare Energien, beispielsweise Wind- und Solarenergie, von Natur aus zeitweiligen Unterbrechungen unterliegen, wird ihre verstärkte Nutzung zu einer schwankenden Stromerzeugung führen. Dies erfordert umweltfreundliche Stromspeichertechnologien auf der Grundlage von chemischen Prozessen.
Mit Elektrizität aus erneuerbaren Quellen kann Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. “Grüner“ Wasserstoff als Energiespeicher hat ein hohes Potenzial, zur Kerntechnologie in einem kohlenstofffreien globalen Energiesektor zu werden. Damit ermöglicht er die Transformation unseres Energiesystems in vielen Sektoren, von der Energieerzeugung, -speicherung und -verteilung bis hin zu den Endanwendungen in Verkehr, Industrie und Heizung. Zur Beschleunigung der Wasserstoffproduktion aus Wasser werden Elektrokatalysatormaterialien eingesetzt.
Die Leistung solcher Materialien wird durch den Zustand der Oberflächenatome bestimmt. Mit der Zeit unterliegen die Oberflächenatome Veränderungen. Sie können vergiftet oder oxidiert werden oder sogar die Verbindung zu den darunterliegenden Schichten verlieren und sich auflösen, was zu einem Wirkungsgradverlust und zur Degradation eines Elektrolyseurs führt. Die Erforschung der Mechanismen, die diesen entscheidenden Umwandlungen zugrunde liegen, ist eine große Herausforderung, vor allem wegen der technischen Einschränkungen der derzeit in der Elektrochemie verfügbaren Methoden zur Oberflächenanalyse.
Olga Kasian hat die chemische Natur der Oberflächenatome, die die Effizienz von Elektrokatalysatoren bestimmen, erforscht. Sie hat gezeigt, wie diese beeinflusst werden können, um die Wasserspaltung zu beschleunigen. Dies wird durch einen einzigartigen multidisziplinären Ansatz zum Verständnis der Stabilität und Reaktivität einzelner Atome erreicht. Bei diesem Ansatz werden Katalysatoren oder Reaktanten „markiert“, indem bestimmte Atome durch ihre Isotope ersetzt werden. Die Isotope können dann in den Zielprodukten oder als Zwischenprodukte des Abbaus nachgewiesen werden und geben Einblicke in die Reaktionen auf molekularer Ebene.
Ergänzende Informationen zur Stabilität von Katalysatoren auf der Ebene einzelner Atome werden dann durch die Atomsondentomographie gewonnen. Diese ist in der Lage ein Material auf atomarer Ebene bildlich darzustellen. Die Kopplung der elektrochemischen Techniken und der Tomographie verbessert das Verständnis der komplexen Zusammenhänge zwischen Oberflächenstruktur, -zustand und -funktion in der Elektrokatalyse. Dadurch können die Wasserspaltung und die nachhaltige Energiespeicherung in Zukunft effizienter gestaltet werden.
Olga Kasians Forschungsarbeiten zeigen die wesentlichen strukturellen Merkmale der katalytischen Oberflächen auf, die für die Leistungsverschlechterung verantwortlich sind. Sie weisen so neue Strategien zur Verbesserung der Stabilität von Katalysatormaterialien auf. Das ist ein weiterer Schritt in Richtung einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft.