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1 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 1

2 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 2 Energiewende ? Wunsch und Wirklichkeit Robert Schlögl Fritz-Haber-Institut der MPG Energiewende ? Wunsch und Wirklichkeit Robert Schlögl Fritz-Haber-Institut der MPG

3 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de MPG und die Energie MPG ist eine Organisation der Grundlagenforschung (Energie?). Aktiv in Kerfusion und biologischen Aspekten. Die Chemie als zentrale Wissenschaft der Energiekonversion und Speicherung wird allgemein nicht intensiv vorangetrieben: Die relevanten Fragestellungen sind sehr alt, viel erforscht aber nicht gelöst: dicke Bretter: Fall für die Grundlagenforschung. Daher Gründung des MPI CEC in Mülheim Ruhr. Forschung auf dem engeren Gebiet der Energiekonversion mit einem breiten interdisziplinären Ansatz.

4 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Energieversorgung: Ein System 4

5 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Das Deutsche Energiesystem 5

6 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Das CO 2 Problem Ist kritisch für die Welt und löst sich durch den Verbrauch der fossilen Ressourcen von selbst (schnell genug?). CCS viel zu riskant, CCU muss erst entwickelt werden. D hat entschieden dass die Schäden von 100 Mio t CO 2 für die Welt geringer sind als die nuklearen Gefahren für das eigene Land! (Ethik?). Also alles tun um die CO 2 Emission durch die Wende zu verkleinern: –Erdgaskraft und neue Kohleverbrennung –Smart grid –Erneuerbare Energien als nun gereifte Technologien –Energie sparen (Effizienz und Intensität!) 6

7 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de CO 2 Emissionen in Deutschland 7 Der Abfall nach 1989 folgt aus der De- Industrialisierung der früheren DDR. Der Atomausstieg ohne Energie- Effizienzsteigerung undrebound-Effekten treibt die Kurve um den gleichen Betrag nach oben.

8 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Weltblick: Wer emittiert wieviel CO 2 ? 8

9 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Die CO 2 Emission ist der Nutzung sehr ähnlich: Dominanz der fossilen Träger. Einsparlasten vor allem bei der Stromerzeugung. Energieversorgung wie? Ist das wirklich unser Wunsch? Klimaschutz und Energieversorgung sind 2 Seiten der selben Frage 9 Energiekonzept der Bundesregierung S. 7

10 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Welche Energiequellen haben wir? 10

11 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Hoffnungen, die überprüft werden müssen Regenerative Energie kann im großen Stil nicht ohne (chemische) Speicher oder fossile Hintergrundabsicherung eingesetzt werden. 50% aller Energie ist stofflich an Energieträger gebunden. Deren CO 2 Emissionen können außer durch Sparen nicht leicht reduziert werden (kein CCS!!!). (Batterieautos, aber Flugzeuge und LKW?, Wärmedämmung und Probleme). Wir brauchen fast alle verfügbare Biomasse der Erde (250 TW) für Nahrung (25 TW heute, 50 TW 2050). Wir sollten nicht versuchen die Erde zu managen sondern in stabilen Ökosystemen zu ko-existieren (dann bleiben ca 5 TW für Biomasse zur Energiegewinnung als lokale Lösung): heute 18 TW Stromerzeugung in KW. 11

12 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 12 Erneuerbare Energie mit 20% an der Stromversorgung keine Nischentechnologie BSW Solar

13 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 2 Wege, ein Ziel: Energiespeicherung aus der Sonne 13 Das künstliche Blatt

14 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Energiespeicher: Viele Verfahren Wir brauchen sie alle! 14 Nicht alle Verfahren sind heute möglich Unterschiedliche Verfahren für unterschiedliche Zwecke

15 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Biomasse: nur eine Teillösung mit einigen schwierigen Aspekten (System!). 15

16 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Regenerative Primärelektrizität kann im großen Stil ohne fossile Unterstützung nur mit chemischer Speicherung genutzt werden. Ausgleich von Spitzen heute würde Systemintegration enorm voranbringen (wirtschaftliche Akzeptanz). Zentral ist Schnittstelle Strom-Chemie. Realisation als Elektrolyse, Plasmachemie, Batterie. Alles geht im Labor, sehr wenig ist technisch machbar nichts ist preiswert genug für praktischen Einsatz. 1000/kW gegen 4000/kW Invest und geringe Nutzungsdauer!). Es fehlt an grundsätzlicher Einsicht, eine rein inkrementale Verbesserung wird nicht ausreichen. Chemische Energiekonversion: Die strategische Technologie die uns fehlt 16

17 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Wie die Natur arbeitet: Eleganz und Komplexität 17 2H + + 2e - H2H2 Hydrogenase [Ni,Fe] CO 2 + 6H + + 6e - H 3 COH + H 2 O CO 2 Reductase [Mo] Dehydrogenases [Zn] 2CH 4 + O 2 2H 3 COH Methane Monoxygenase [Fe,Cu] N 2 + 6H + +6e - 2NH 3 Nitrogenase [Fe,Mo, V] 2 H 2 OO 2 + 4H + + 4e - Photosystem II [Mn] Cytochrome ox. [Fe/Cu] Nutzt nur häufige chemische Elemente

18 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Energiespeicherung grundsätzlich: wahrscheinlich ein heterogener Prozess 18

19 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Ein kleines Rechenexempel Methanation: CO H 2 CH H 2 O Molarität: Ein Hochdruckverfahren Massenbilanz: 1000 g g 364 g gEigentlich eine Wassersynthese Wasserstoff: 91 mol oder 2.05 m 3 bei Normaldruck Elektrolyse: Etwa 4.8 kA bei 2 V für 1 h entspricht 45 A at 220 V für 1 h 10 kWh regenerative Energie für 1 Kg of CO 2 Nutzung (oder Speicherung). Alle deutschen PV (25GW) können t CO 2 / h verbrauchen was man mit der Emissionsrate von t/h vergleichen sollte. 19

20 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 20 Wo ist das Problem mit dem Platin? ParametersFitted value of parameters for various surfaces Pt(111)Pt(100)Pt(110) R1 (Ω.cm 2 )1.68(1.69) 3.6(3.7)2.0(2.1) C2 (μF/cm 2 )51(48.9)46(44.6)44(42) R2 (Ω.cm 2 )2901 (5151)7434(11307)8351(13537)

21 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Gibt es wirklich Pt Oxid? 21

22 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Die atomaren Geschehnisse 22 [110]

23 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Elektrolyse: Stabil ohne Platin: geht das? 23 electrical current lead reaction centre Mit P. Strasser, TUB

24 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Der Preis: Eine auch sehr deutsche Diskussion! 24

25 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Die Politik hat eine zentrale Rolle 25 Gesellschaft Wissenschaft Politik Wirtschaft Die Energiewende ist keine rein technisch-wirtschaftliche Aufgabe. Die Politik muss Rahmenbedingungen setzen Soll Informationen in die Gesellschaft transportieren Und soll einen langfristigen Dialog in der Gesellschaft moderieren

26 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Bayerische Belange Energieversorgung ist international und lokal gleichermaßen: Bayern als Land der Vernunft positionieren (z.B bei der Langfristplanung), keine Alleingänge. Bayern als Land der Energiekompetenz mit Tradition weiter stärken (Tech transfer auch in der Chemie). Bayern als Flächenland kann dezentrale Energieversorgung im Verbund von regenerativ elektrisch- Biomasse erproben. Agrarpolitik beachten: der Markt stimmt da nur halb! Bayern hat eine starke Energieindustrie: Modellfall einer transparenten Kooperation erarbeiten. 26 Quelle: Energieprognose Bayern 2030

27 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Politik nach der Energiewende Verlässliche und dynamisch entwickelnde Planung der Energieversorgung, nicht nur Vorgabe von Zielen ist top. Dauerhafter und ehrlicher Dialog mit der Gesellschaft in der Verantwortung und Autorität der Politik (nicht Gurus). Regelung des transparenten Verhältnisses zwischen Politik und Wirtschaft: Augenhöhe, nicht lobbying. Fachkräftemangel! Werbung, Ausbildung. F+E: mehrere Lösungsoptionen für die Gesellschaft entwickeln, überparteilich stabile Förderung. Beherzt ein dynamisches Konzept entwickeln, alle einbinden, danach gut gerüstet entschlossen handeln, nicht täuschen und tricksen! 27

28 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de Zum Schluss: Reden Sie mit ! Das Thema ist sehr komplex und völlig ungeeignet für Parteistreit: Kompromisse auf der Basis gemeinsamer Einsicht. Grundlage des Standortes und unserer Zukunft. Sehr langfristig: keine Wenden sondern Wandlungen (10 Legislaturperioden). Kein punktuelles Problem sondern andauernder Prozess in der Welt und mit neuen Technologien und mehr Wissen. Forschung und Wissen sind dringend, wie Information und Kommunikation, kein Thema für Bauchgefühle und S 21! Energiewende ist ein großes Geschäft. Verhältnis Politik Industrie: Rahmenbedingungen vs. Subventionen? 28

29 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 29 Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen Max Planck Vielen Dank Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen Max Planck Vielen Dank

30 www. fhi-berlin.mpg.de www. cec.mpg.de 30


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