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Energiewende ?
Wunsch und Wirklichkeit
Robert Schlögl
Fritz-Haber-Institut der MPG
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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.
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Energieversorgung: Ein System
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Das Deutsche Energiesystem
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Das CO2 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 CO2 für
die Welt geringer sind als die nuklearen Gefahren für das eigene Land! (Ethik?).
• Also alles tun um die CO2 Emission durch die Wende zu verkleinern:– Erdgaskraft und neue Kohleverbrennung– Smart grid– Erneuerbare Energien als nun gereifte Technologien– Energie sparen (Effizienz und Intensität!)
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CO2 Emissionen in Deutschland
1989 1994 1999 2004 2009700
800
900
1,000
1,100
1,200
1,300 Total emission
GHG wht agriculture
Energy-related
Year
Mt
CO
2 eq
uiv
alen
ts
Der Abfall nach 1989 folgt aus der De-
Industrialisierung der früheren DDR.
Der Atomausstieg ohne Energie-
Effizienzsteigerung und “rebound-Effekten” treibt
die Kurve um den gleichen Betrag nach oben.
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Weltblick:Wer emittiert wieviel CO2?
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Die CO2 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
Energiekonzept der Bundesregierung S. 7
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Welche Energiequellen haben wir?
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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 CO2 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 60000 KW.
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Erneuerbare Energiemit 20% an der Stromversorgung keine
Nischentechnologie
BSW Solar
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2 Wege, ein Ziel: Energiespeicherung aus der Sonne
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Das künstliche Blatt
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Energiespeicher: Viele VerfahrenWir brauchen sie alle!
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Nicht alle Verfahren sind heute möglichUnterschiedliche Verfahren für unterschiedliche Zwecke
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Biomasse: nur eine Teillösung mit einigen schwierigen Aspekten (System!).
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• 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
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Wie die Natur arbeitet:Eleganz und Komplexität
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2H+ + 2e- H2
Hydrogenase [Ni,Fe]
CO2 + 6H+ + 6e- H3COH + H2OCO2 Reductase [Mo]
Dehydrogenases [Zn]
2CH4 + O2 2H3COHMethane Monoxygenase [Fe,Cu]
N2 + 6H+ +6e- 2NH3
Nitrogenase [Fe,Mo, V]
2 H2O O2 + 4H+ + 4e-
Photosystem II [Mn]
Cytochrome ox. [Fe/Cu]
Nutzt nur häufige chemische Elemente
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Energiespeicherung grundsätzlich:wahrscheinlich ein heterogener Prozess
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Ein kleines Rechenexempel
Methanation:
CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O
Molarität:
1 + 4 1 + 2 Ein Hochdruckverfahren
Massenbilanz:
1000 g + 182 g 364 g + 818 g Eigentlich eine Wassersynthese
Wasserstoff:
91 mol oder 2.05 m3 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 CO2 Nutzung (oder Speicherung).
Alle deutschen PV (25GW) können 25.000 t CO2/ h verbrauchen was man mit der Emissionsrate von 79.000 t/h vergleichen sollte.
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Wo ist das Problem mit dem Platin?
Parameters Fitted value of parameters for various surfaces
Pt(111) Pt(100) Pt(110)
R1 (Ω.cm2) 1.68(1.69) 3.6(3.7) 2.0(2.1)
C2 (μF/cm2) 51(48.9) 46(44.6) 44(42)
R2 (Ω.cm2) 2901 (5151) 7434(11307) 8351(13537)
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Gibt es wirklich Pt Oxid?
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Die atomaren Geschehnisse
[110] 00-2
1-1-1
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Elektrolyse:Stabil ohne Platin: geht das?
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0 100 200 300 400 500 600
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
i-MnOx/MWCNTox
(c)
Mn2+
Mn3+
Mn4+
Temperature / °C
Fra
ctio
n /
%
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
(b)
Mn2+
Mn3+
Mn4+
Fra
ctio
n /
%
s-MnOx/MWCNTox
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
Mn2+
Mn3+
Mn4+
Fra
ctio
n /
%
(a)s-MnOx
electricalcurrent lead
reactioncentre
Mit P. Strasser, TUB
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Der Preis:Eine auch sehr deutsche Diskussion!
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Die Politik hat eine zentrale Rolle
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Die Energiewende ist keine rein technisch-wirtschaftliche
Aufgabe.
Die Politik mussRahmenbedingungen setzen
Soll Informationen in die Gesellschaft transportieren
Und soll einen langfristigen Dialog in der Gesellschaft
moderieren
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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.
Kohle7% Gas
14%
Wasserkraft16%
Kernkraft57%
Reg. Energie6%
Quelle: Energieprognose Bayern 2030
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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!
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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?
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Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen
Max Planck
Vielen Dank
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