Mariya E. Ivanova
Mariya E. Ivanova ist eine Chemieingenieurin und Materialwissenschaftlerin (Promotion UCTM Sofia 2008). Nach ihrer Promotion begann sie als Wisselnschaftlerin am IEK-1 zu arbeiten und ist seitdem aktiv an der Forschung und Entwicklung von keramischen Werkstoffen für die Energietechnik beteiligt. Seit 2018 leitet sie die Aktivitäten im Gebiet der Protonenleitenden keramischen Brennstoff- und Elektrolyse Zellen am Institut für Energie und Klima Forschung IEK-1 am Forschungszentrum Jülich GmbH. Zudem ist sie ein Mitglied des Netzwerks "Women in Green Hydrogen".
Ihr wissenschaftlicher Fokus liegt auf die Entwicklung von protonleitenden keramischen Materialien und elektrochemischen Vorrichtungen für die Vorführung und Validierung von verschiedenen Wasserstofftechnologien, z. B., Generierung, Extrahierung, Reinigung und Komprimierung von Wasserstoff. Aktuelle Projekte in ihrer Gruppe sind das vom BMBF/HGF geförderte Innovation Pool Projekt "Solarer Wasserstoff: hochrein und komprimiert" und das EU-EIC-Pathfinder Projekt "Nano-Engineered Co-Ionic Ceramic Reactors for CO2/H2O Electroconversion to Light Olefins - ECOLEFINS". Dr. Ivanova ist auch an dem Management von MTET-Topic 3 beteiligt.
Interview:
Woran arbeitest du gerade?
Mariya E. Ivanova: Meine Arbeit umfasst mehrere Aspekte und ist recht vielschichtig, wenn man bedenkt, dass keramische Protonenleiter in den letzten Jahren sich als Schlüssel für eine vielversprechende Technologie entwickelt haben. In diesem Zusammenhang liegt der Schwerpunkt meiner Forschung auf der Erschließung ihres Potenzials als technologische Schlüssellösung und der Demonstration ihrer zahlreichen Vorteile gegenüber anderen etablierten Technologien in einer Reihe von Endnutzeranwendungen.
In diesem Zusammenhang entwickelt meine Gruppe elektrochemische Zellen auf der Basis von keramischen Protonenleitern für verschiedene Anwendungen, die für die Energiewende, die nationalen und EU-Ziele der Kohlenstoffneutralität von großer Bedeutung sind. Beispiele für solche Anwendungen sind: Erzeugung von hochreinem H2 durch Wasserdampfelektrolyse; H2-Extraktion und -Reinigung aus Erdgasgemischen in Verbindung mit einer Vorverdichtung, um hochreines H2 für die PEM-Kompression bis zu 1300 bar zu erhalten; H2-Nutzung als Ausgangsmaterial für die Synthese von Energieträgern (z. B. Ammoniak), grünen Chemikalien (z. B. Olefine, Aromaten) und synthetischen Kraftstoffen usw.
Um den Anforderungen dieser Vielzahl von Anwendungen gerecht zu werden, gibt es bestimmte Funktionskriterien - die so genannten Key Performance Indicators (KPIs) - die unsere Materialien und Zellen erfüllen müssen. Mittels Ansätze von der Atom- bis zur Makroebene, z. B. neue Materiallvarianten definieren, Prozessieren als Schichten, charakterisieren in Zellen, gestalten wir die Eigenschaften der Materialien, Schichten und Grenzflächen, aus denen unsere Zellen bestehen, so dass die Zellen am Ende stabile und reproduzierbare KPIs liefern.
Die Entwicklung solcher elektrochemischer Geräte ist eine komplexe, multidisziplinäre Aufgabe, die Kenntnisse aus der Festkörperchemie, der Materialwissenschaft, der Elektrochemie, der Verfahrenstechnik und dem Engineering erfordert. Dies macht die Arbeit nicht nur sehr anspruchsvoll und spannend, sondern auch jeden erfolgreichen Schritt zu einer sehr erfüllenden und lohnenden Erfahrung.
Was treibt dich persönlich an?
Mariya E. Ivanova: Ich glaube an eine Zukunft mit Wasserstoff als globalen Energieträger, der das führende Element beim Aufbau einer nachhaltigen, kreislauforientierten und kohlenstoffneutralen Wirtschaft sein wird. Ich bin überzeugt, dass alle H2-Technologien bei der Verwirklichung dieses globalen Übergangs von größter Bedeutung sind, unabhängig von ihrem Reifegrad. Während die ausgereifteren Technologien das Potenzial haben große Kapazitäten relativ schnell zu erzielen, sind die weniger fortgeschrittenen Technologien, wie z. B. die auf keramischen Protonenleitern basierende Technologie, im Wesentlichen die Innovationsträger, die das Potenzial haben, bahnbrechendes Wissen zu generieren. Darüber hinaus sind solche Technologien die Pfadfinder für neue Anwendungen in der grünen Chemie, im H2-Transport und in der H2-Speicherung usw. sowie die Definierer für neue Endnutzerfälle, die die Anwendungsgrenzen über den derzeitigen Stand der Technik hinaus erweitern. Durch unsere Arbeit als Forscher haben wir die Möglichkeit Innovation und Wirkung zu schaffen, sowie die Designer der Zukunft zu sein.
Welche Herausforderungen siehst du für dich in der nächsten Zeit?
Mariya E. Ivanova: Mit dem Start des neuen Europäischen Pathfinder-Projekts ECOLEFINS stellen wir uns vielfältigen Herausforderungen auf der Ebene der Grundlagenforschung in den Bereichen der Materialherstellung, heterogene Katalyse, Transportmechanismen usw., aber auch im Hinblick auf die technische Umsetzung und den Nachweis des Konzepts im petrochemischen Industriebetrieb. Das Projektkonzept ist an sich schon sehr anspruchsvoll - es wird die bestehenden Grenzen der H2O/CO2-Ko-Elektrolyse für die Olefinsynthese in Richtung grundlegend neuer Materialeigenschaften und des Betriebs in ungewöhnlichen Temperaturbereichen verschieben. Die erfolgreiche Umsetzung dieser äußerst anspruchsvollen Idee wird einen neuen Weg für die Synthese von Chemikalien mit industrieller Bedeutung definieren.
Was würdest du dir für deine Forschung in Zukunft wünschen?
Mariya E. Ivanonva: Mein Wunsch wäre es, dass wir bei der Erreichung unserer langfristigen technischen Ziele erfolgreich sind und die nächste Stufe der Herausforderung mit viel Inspiration und Persistenz angehen. Konkret geht es um das Erreichen von reproduzierbaren großflächigen Zellen mit optimierten Eigenschaften und Verarbeitungsprozessen, die später in PCC-Stacks und -Systemen unter verschiedenen Anwednungsbedingungen betrieben werden.
Wo siehst du deine Disziplin in 5-10 Jahren?
Mariya E. Ivanonva: Keramische Protonenleiter werden das Kernelement einer etablierten Energieumwandlungs- und -speichertechnologie mit nachgewiesenem Potenzial für zahlreiche Endnutzeranwendungen sein. Dadurch werden neue Geschäftsmöglichkeiten definiert, die sich auf mehreren Ebenen auswirken werden. Von einer Nischentechnologie wird sie sich zu einer führenden Schlüssellösung für hochreines H2 zu wettbewerbsfähigen Kosten entwickeln.
ORCID: 0000-0003-1692-9909