Opportunities, challenges and potential for improvement in the large-scale integration of CO2 sources and electrolyzers
What are the most promising CO2 point sources? How can the maturity of different reactor designs be determined? And which target product has the highest drop-in market potential? There are still some unanswered questions on the way to the industrialization of CO2 electrolysis. Answers are provided by a roadmap for linking sources and sinks of CO2 – drawn up by researchers from the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT, Forschungszentrum Jülich, RWTH Aachen University and Ruhr University Bochum.
Chancen, Herausforderungen und Verbesserungsmöglichkeiten bei der großtechnischen Integration von CO2-Quellen und Elektrolyseuren
Was sind die vielversprechendsten CO2-Punktquellen? Wie lässt sich der Reifegrad verschiedener Reaktorkonstruktionen bestimmen? Und welches Zielprodukt hat das höchste Drop-in-Marktpotenzial? Auf dem Weg zur Industrialisierung der CO2-Elektrolyse sind noch einige Fragen offen. Antworten liefert eine Roadmap für die Verknüpfung von CO2-Quellen und -Senken – aufgestellt von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, des Forschungszentrums Jülich, der RWTH Aachen und der Ruhr-Universität Bochum.
The carbon cycle can be closed with the help of electrochemical CO2 reduction: Unavoidable emissions from concrete production or waste incineration become CO – and thus the starting point for chemicals or fuels. However, there is a hurdle lurking in the industrial application of this technology: It is not (yet) compatible with the existing infrastructure. Researchers at Fraunhofer UMSICHT and Ruhr University Bochum have developed a possible solution: a new reactor that efficiently converts CO2 using pressurized CO2 and pure water. "CO2 is already an integral part of many industrial processes such as natural gas reforming, ethylene oxide production and oxyfuel combustion," explains Prof. Ulf-Peter Apfel, head of department Electrosynthesis at Fraunhofer UMSICHT and the Inorganic Chemistry research group at Ruhr University Bochum.
Dr. Kevinjeorjios Pellumbi was awarded the doctoral prize of the Chemistry & Energy division of the German Chemical Society (GDCh) for his dissertation “Creating Holistic Pathways for the CO2 Electroreduction and Electrochemical Hydrogenations”. The award ceremony took place yesterday in Duisburg – albeit in the absence of the research scientist from the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT. Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel (Head of the Electrosynthesis Department) accepted the award on his behalf.
Für seine Dissertation „Creating Holistic Pathways for the CO2 Electroreduction and Electrochemical Hydrogenations“ wurde Dr. Kevinjeorjios Pellumbi am 9. April 2025 mit dem Promotionspreis der Fachgruppe Chemie & Energie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) ausgezeichnet.
At the joint Fraunhofer booth, we are presenting new systems and materials for #electrolysis and #fuelcells. We are showing, among other things, a seal-free PEM electrolysis stack, seal-free PEM fuel cells and ultra-thin composite bipolar plates.
Current generation CO2 electrolysers based on anion exchange membranes (AEM) still encounter inherent challenges due to limited carbon efficiency by high CO2 cross-over to the anode and sudden degradation events through carbonate formation or flooding. At the “Annual Meeting on Reaction Engineering and Electrochemical Processes” in Würzburg at the end of May, our colleague Dr. Kai junge Puring presents a CO2 electrolysis technology that tackles the trinity of lacking performance, high costs and poor integrability into state-of-the-art chemical process chains.
The Air2Chemproject is developing an economical process for converting CO2 from the air into chemical base materials.
In order to achieve its goal of decarbonizing raw material flows, the chemical industries must cover their carbon requirements from sustainable sources. The direct capture of CO2 from the air has hardly played a role so far – mainly due to the high investment and operating costs.
– a delegation of British industry representatives was a guest in Germany with this objective. During their five-day trip (organized by Innovate UK Business Connect), they stopped at our site in Oberhausen and gained insights into the research activities of Fraunhofer UMSICHT and Fraunhofer IWS.
Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel presented the main areas of focus at Fraunhofer UMSICHT.
Carbon-based bipolar plates have the potential to replace titanium bipolar plates in the electrolysis stack
Researchers at the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT and Ruhr University Bochum have discovered that carbon-based bipolar plates can be a more cost-efficient and scalable alternative.
Forschende legen die Basis für eine Wasserstoffproduktion in industrieller Größenordnung.
Doris Segets und Ulf-Peter Apfel arbeiten gemeinsam daran, neue Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion zu entwickeln.
Proton exchange membrane electrolysis is considered the most promising way to produce green hydrogen. However, it is still not very economical at the moment. One reason: One of its key components – the bipolar plate – is usually made of titanium.
The "Air2Chem" project is developing an economical process for converting CO2 from the air into chemical base materials such as ethylene or syngas
In order to achieve its goal of decarbonizing raw material flows, the chemical industries must cover their carbon requirements from sustainable sources. The direct capture of CO2 from the air has hardly played a role so far – mainly due to the high investment and operating costs. The partners in the "Air2Chem" project want to change this.
On the question of carbon bipolar plates in PEM water electrolysis: Bust or Must? We answer Must! We are thrilled to announce that our latest research "Carbon Bipolar Plates in PEM Water Electrolysis: Bust or Must?" has been published in Advanced Energy Materials!
Prof. Dr.-Ing. Christian Doetsch, representing Fraunhofer-Gesellschaft and Rafael Dubeux, Deputy Executive Secretary of Ministério da Fazenda, signed a Memorandum of Understanding to tighten research cooperation regarding green hydrogen.
Already the day before, we welcomed the Brazilian delegation at ENIQ, the Berlin representation of energy research across Fraunhofer. We gladly provided some insight into the broader context of energy research, while Ulf took a deep dive into electrolysis. Thanks for visiting!
Ein Bochumer Forschungsteam konnte ein entscheidendes Detail aufklären, das letztlich zur Herstellung von Wasserstoff durch Biokatalysatoren unerlässlich ist.
Das Treibhausgas CO₂ mittels erneuerbarer Energien in Ausgangsstoffe für die Industrie umwandeln: Was die Elektrokatalyse in der Theorie kann, soll möglichst schnell in die Anwendung. Doch noch klafft eine Lücke zwischen dem Fortschritt der Wissenschaft und den Anforderungen der Industrie. Ein Forschungsteam der Universität Duisburg-Essen und der Ruhr-Universität Bochum will das ändern. Mit neuen Leistungsparametern für die industrielle Anwendung schlagen sie eine Brücke hin zum schnellen Einsatz der Technologie. Ihre Empfehlungen überzeugen, sie wurden in Nature Communications* veröffentlicht und von den Herausgebenden als besonderes Highlight für die Katalyseforschung ausgewählt.
Immer wieder verschieben Forschende die technischen Grenzen und machen einen Schritt nach vorn bei der CO2-Umwandlung. Ihr Ziel: das schädliche Klimagas zu einem Wertstoff machen.
Im Jahr 1923 wurde in Leuna die erste kommerzielle Methanol-Anlage der Welt errichtet. Das Projekt Leuna100 schreibt diese Erfolgsgeschichte nun fort, indem es genau 100 Jahre später am gleichen Ort den Herstellungsprozess von Methanol komplett neu erfindet.
Leuna100 ebnet den Weg für die effiziente Nutzung regenerativer Eingangsstoffe zur Herstellung von grünem Methanol im industriellen Maßstab.
Durch innovative Technik könnte jede Kläranlage umweltfreundlich Methan aus Kohlendioxid produzieren. Das Methan kann wiederum wie Erdgas in der vorhandenen Infrastruktur genutzt werden.
„Meine Forschung soll Impact haben“, sagt der Doktorand. Daher arbeitet er am liebsten an Themen, die helfen, die drängenden Fragen unserer Zeit zu beantworten. Und das mit viel Begeisterung.
Ministerin Ina Brandes überreicht den Förderbescheid an Ulf Apfel (rechts), Professor für Anorganische Chemie und technische Elektrochemie an der Ruhr-Universität Bochum und Konsortialführer des Projekts „Materials for future hydrogen technologies“, kurz MAT4HY.NRW.
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Last update: Jun 12, 2025
