Wasserstofferzeugung und –speicherung

Präsentation zum Thema: "Wasserstofferzeugung und –speicherung"—  Präsentation transkript:

1 Wasserstofferzeugung und –speicherung
Einblicke und Perspektiven für Hamburg Handelskammer Peter Burger Universität Hamburg Unterlagen:

2 Wer bin ich? : Studium & Promotion (Katalyse) in anorg. Chemie Universität Konstanz : Postdoktorand (Alkanfunktionalisierung) UC Berkeley, USA : Oberassistent (H2-Komplexe, partielle Methanoxidation) Universität Zürich 2002: Habilitation und Venia Legendi an der Universität Zürich und Annahme des Rufes an die Universität Hamburg

3 H2 - Anknüpfung? H2@HH Nomen est Omen! Wasserstoff
Antragsskizze Exzellenzinitiative Sept. 06   Nomen est Omen! Wasserstoff gehört nach Hamburg! 3

4 H2: Unde venis – quo vadis
Woher? Wohin? Erzeugung Energie-Speicherung & Träger kein Primärenergieträger

5 H2: Unde venis – quo vadis
Woher? Wohin? Erzeugung Energie-Speicherung & -Träger kein Primärenergieträger „Henne-Ei“ Problem ?

6 H2 Übersicht: Unde venis – quo vadis
Quelle: Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellenverband „Woher kommt die Energie für die Wasserstofferzeugung - Status und Alternativen“.

7 Erdgas - Wasserstofferzeugung Dampfreformierungsanlage
48% H2 weltweit aus Erdgas, Methan (CH4) CH4 + 2 H2O  CO H2 Netto: CH H2O  CO H2 2) CO H2O  CO H2 sehr hoher Energieaufwand! Dampfreformierungsanlage Brunsbüttel Vorteil: zentrale Erzeugung denkbare CO2-Sequestrierung (CSS) Katalyseforschung Prosenc, Burger, Heck, Weller Mikroreformer Gajewski, Kather, Winkler

8 H2 aus Biomasse Biotechnologie neue mikrobiologische Systeme
Stegmann, Antranikian, Liese, Streit Biotechnologie Stegmann, Scherer Thermochemische Erzeugung Kather, Willner

9 H2 aus Biomasse: Ackerflächen ?
Aktuelle Studie: Ludwig Bölkow Systemtechnik GmbH vom H2: Wind/PV Ertrag [GJ/ha] Methan, Biodiesel etc. „Produziert man Wasserstoff aus Photovoltaik oder Wind auf einem Acker, anstatt auf der gleichen Fläche Biokraftstoffe zu produzieren, so erhält man 10-mal mehr Kraftstoff....“

10 MIT, Department of Chemistry „I’m not sure what the winner will be that is able to make energy without adding extra CO2 to the atmosphere.” A failing of energy R&D for the last 30 years in the United States has been that it has been treated as an engineering problem, with a little ‘r’ component and big ‘D.’ There needs to be an ‘R’ bigger than the ‘D.’ There are whole new areas of science and engineering that need to be discovered to solve this problem.” Science 315, 2007, 789 PNAS 103, 2006, 15729

11 Solare Wasserstofferzeugung
H2O + Licht  H2 + ½ O2 Photosynthese Photobiologische H2-Erzeugung Streit Burger, Heck, Luinstra, Prosenc, Weller Artifizielle Photosynthese (Katalysatoren) ca. 1 Milliarde Jahre Entwicklungszeit

12 Wasserstofferzeugung
H2O + Strom  H2 + ½ O2 Elektrolyse PEM Wasser-Elektrolyseur Lolland, Dänemark WELCOME TO HYDROGEN COMMUNITY LOLLAND J. Müller, Heck, Prosenc, Burger Edelmetall-reduzierte/ -freie Elektroden Strom + H2O + NaCl  ½ H2 + ½ Cl2 + NaOH Fa. Dow, Stade H2 Pipeline  HH Chlor-Alkali-Elektrolyse Wärme Membrane Nunes, Luinstra Elektrolyseur Speicherung!! H2 FC‘s

13 Wasserstoffspeicherung
Diesel Gasförmiger H bar Gravimetrische Energiedichte [MJ/kg] Flüssiger Wasserstoff: H2 Hochtemperaturmetallydrid: MgH2 Mitteltemperaturmetallydrid: NaAlH4 Tieftemperaturmetallydrid: FeTiH2.. Volumetrische Energiedichte [MJ/] enormer Forschungsbedarf – neue Materialien

14 Wasserstoffspeicher Metallhydride
Modellierung Dornheim, Kabelac, Klassen Absorption Ca(BH4)2/MgH2 Desorption Neue Metallhydride Dornheim, Bormann Systemintegration Hapke, Struckmeier

15 Wasserstoffspeicher „neue Materialien“
Carbon Nanotubes Weller, Mews, Bormann, Keil „Mesoporöse Materialien“ Fröba Luinstra, Burger Organische Polymere

16 Gasspeicher nicht nur H2: CO2 Bedeutung: z.B. CCS-Verfahren
Metal-Organic Frameworks, MOFS Fröba, Burger

17 Schmeichelhaft aber eindimen-
Was kann die Wissenschaft sonst noch ? The Boston Consulting Group Anzeige in der „Zeit“ am , S. 77 Schmeichelhaft aber eindimen- sionale Sichtweise! Naturwissenschaftler sind die besseren Manager.

18 Managerbedarf ? Was kann die Wissenschaft sonst noch ?
The Boston Consulting Group Anzeige in der „Zeit“ am , S. 77 „Manhattan- oder Apollo-Projekt des 21. Jahrhunderts“ zukünftige CO2-neutrale Energieressourcen Kernfusion Iter ?? Managerbedarf ?

19 Energieversorgung oder -verbrauch?
„Henne-Ei“ Problem ?

20 Weltenergieverbrauch
Anstieg: linear Beispiel: Dow Chemical Company !!Nicht-Linearität!! Linearer Anstieg Naturgesetz? Biomasse Solarstrom GDP Verbrauch nicht allein Bruttosozialprodukt USA: Wissenschaft Belletristik 1 EJ (6 sec Sonnenergie = 277,778 Mrd. kWh Biomasse Gas Solarstrom Massives Delta!! Faktor 2! Prmärenergie [EJ/a] 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2100 Jahr Ė = N•(BSP/N)•(Ė/BSP) N: Weltbevölkerung, BSP/N: Bruttosozialprodukt/Kopf Ė/BSP: Energieintensität Quelle: PNAS 103, 2006, 15729 Quelle: WGBU/Shell 2005

21 Weltenergieverbrauch
Prmärenergie [EJ/a] 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Jahr 2100  Beitrag der Hamburger Forschung zur Lösung des Problems

22 Hamburg – The Energyzing City"
Stiftungskolleg Hamburg – The Energyzing City" Grundlagenforschung Nach- haltigkeit Angewandte Forschung Produkt- entwicklung

23 Forschung und Lehre: Energiethemen "Hamburger Exzellenzinitiative"
Stiftungskolleg: Hamburg – The Energyzing City Forschung und Lehre: Energiethemen "Hamburger Exzellenzinitiative" Promotionsstipendien: pro Jahr weltweite Rekrutierung der Talente Zusammenschluss: 5 Hochschulen und 2 außer- universitäre Einrichtungen (LOI) Teilnehmer: 80 Hamburger Arbeitsgruppen - Architektur/Stadtplanung Biologie, Chemie, Physik - Ingenieurwissenschaften - BWL/VWL Finanzierung: PPP-Modell Industrie/Sponsoren & Hansestadt jeweils 1/3 - Einrichtungen und Wissenschaftler jeweils 1/6 1. Sponsor: Fa. Repower 50`000 €

24 Ziele Stiftungskolleg: Hamburg – The Energyzing City"
- weltweit führende Absolventen - Start-Up Unternehmen (Satelliten) @ - Hamburg an der Spitze des wichtig- sten Themas des 21. Jahrhunderts

25 Wasser-Elektrolyse/Brennstoffzelle
Neue Ideen für neue Märkte Energieequellen Wind Solar Bio/Org.-Masse Hochleistungs- batterietechnologie Wasserstoffspeicher Wasser-Elektrolyse/Brennstoffzelle Energiespeicherung Energiewirtschaft Energieeffizienz/-einsparung