Die Rolle der Chemie in der Energiewende AC V Hauptseminar 18.06.2013 Lucas Kreuzer.

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1 Die Rolle der Chemie in der Energiewende AC V Hauptseminar 18.06.2013 Lucas Kreuzer

2 1.Energielage in Deutschland 2.H 2 als Energieträger 3.CH 4 als Energieträger 4.Electric Double-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs 1.Zusammenfassung Gliederung

3 Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

4 Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

5 Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] Leichter Abfall des Gesamtenergieverbrauchs [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

6 Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] Leichter Abfall des Gesamtenergieverbrauchs Entlastung der fossilen Energieträger durch regenerative Energien [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

7 Anteil der erneuerbaren Energien am Energieendverbauch in Deutschland (2012) [2] [2] www.erneuerbare-energien.de (Stand: 20.05.2013)

8 Energieverbrauch verschiedener Energieträger in Deutschland [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

9 Energieverbrauch verschiedener Energieträger in Deutschland [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

10 - finanzieller Aufwand [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

11 - finanzieller Aufwand [1] - zeitlicher Aufwand [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

12 - finanzieller Aufwand [1] - zeitlicher Aufwand - fehlende Infrastruktur [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

13 - fehlende Infrastruktur - Vergleich des Gesamtenergieverbrauchs im Sommer und Winter [3] www.agora-energiewende.de (Stand: 16.06.2013)

14 - fehlende Grundlagentechnologien [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

15 [4] SEFEP Studie: Technology Overview on Electricity Storage, ISEA RWTH Aachen, September 2012

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17 Gewinnung von H 2 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming

18 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming

19 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming H 2 O + CH 4 CO + 3 H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = +206.2 kJ/mol ΔH = -41.2 kJ/mol

20 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming H 2 O + CH 4 CO + 3 H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 -technisch ausgereift (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = +206.2 kJ/mol ΔH = -41.2 kJ/mol

21 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming H 2 O + CH 4 CO + 3 H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 -technisch ausgereift -kostengünstig (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = +206.2 kJ/mol ΔH = -41.2 kJ/mol

22 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming H 2 O + CH 4 CO + 3 H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 ABER: negative CO 2 Bilanz (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = +206.2 kJ/mol ΔH = -41.2 kJ/mol -technisch ausgereift -kostengünstig

23 H2H2 Photolyse ElektrolyseDampfreforming Energie zur Wasserstoffgewinnung muss aus regenerativen Energiequellen kommen

24 Elektrolyse - Wirkungsprinzip [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

25 Elektrolyse - Wirkungsprinzip Reaktion Kathode: 2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH - [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

26 Elektrolyse - Wirkungsprinzip Reaktion Kathode: 2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH - Reaktion Anode: 2 OH - 0.5 O 2 + H 2 O + 2 e - [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

27 Elektrolyse - Wirkungsprinzip Reaktion Kathode: 2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH - Reaktion Anode: 2 OH - 0.5 O 2 + H 2 O + 2 e - Gesamtreaktion: H 2 O 0.5 O 2 + H 2 [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

28 Speicherung von H 2 physikalisch flüssig gasförmig

29 Speicherung von H 2 chemisch In höherwertigen Molekülen physikalisch flüssig gasförmig CH 4 CH 3 OH

30 Speicherung von H 2 chemisch In höherwertigen Molekülen Hydride physikalisch flüssig gasförmig kovalent/ionisch Metallhydride Komplexe CH 4 CH 3 OH

31 Metallhydride Metall + H 2 Metallhydrid + Wärme [6] www.fraunhofer.de (Stand: 20.05.2013)

32 Umwandlung in Methan: Methanisierung 4 H 2 + CO 2 CH 4 + 2 H 2 O 3 H 2 + CO CH 4 + H 2 O ΔH = -165.0 kJ/mol ΔH = -206.2 kJ/mol

33 Umwandlung in Methan: Methanisierung 4 H 2 + CO 2 CH 4 + 2 H 2 O 3 H 2 + CO CH 4 + H 2 O Aus Biogasanlagen, der Umgebungslust oder aus industriellen Prozessen ΔH = -165.0 kJ/mol ΔH = -206.2 kJ/mol

34 Wind Solar Stromnetz Elektrolyse H 2 O H 2 + 0.5 O 2 Methanisierung 4 H 2 + CO 2 CH 4 + H 2 O Industrie Gasnetz Strom- erzeugung Heizen H2OH2O CH 4 CO 2 H2H2 H2H2 H2H2

35 Electric Double-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs [7] www.wima.de/DE/supercap_function.htm (Stand: 12.06.2013) Elektroden

36 Electric Double-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs [7] www.wima.de/DE/supercap_function.htm (Stand: 12.06.2013) Elektroden [7] www.wima.de/DE/supercap_applic.htm (Stand: 12.06.2013)

37 Zusammenfassung -Aneignung von grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnisse um das Energiesystem -nachhaltig auf regenerative Primärenergie umstellen zu können -Mit dem steigendem Anteil an erneuerbaren Energien werden effizientere -Speichermedien benötigt -Ausbau und Optimierung der Infrastruktur für erneuerbare Energien -Schlüsselrolle der Chemie: Mit ihren Produkten trägt die chemische Industrie zur -Energieeffizienz und –einsparung in allen Bereichen der Gesellschaft bei