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Energiewende ? Wunsch und Wirklichkeit Robert Schlögl Fritz-Haber-Institut der MPG www. fhi-berlin. mpg. de www. solarify. de 2 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. 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. www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Energieversorgung: Ein System 4 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Das Deutsche Energiesystem 5 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. 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 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
CO 2 Emissionen in Deutschland 1 300 Mt CO 2 equivalents 1 200 Total emission GHG wht agriculture Der Abfall nach 1989 folgt aus der De. Industrialisierung der früheren DDR. Energy-related 1 100 1 000 Der Atomausstieg ohne Energie. Effizienzsteigerung und “rebound-Effekten” treibt die Kurve um den gleichen Betrag nach oben. 900 800 700 1989 7 1999 Year 2009 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Weltblick: Wer emittiert wieviel CO 2? 8 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Energieversorgung wie? Ist das wirklich unser Wunsch? Energiekonzept der Bundesregierung S. 7 Die CO 2 Emission ist der Nutzung sehr ähnlich: Dominanz der fossilen Träger. Einsparlasten vor allem bei der Stromerzeugung. Klimaschutz und Energieversorgung sind 2 Seiten der selben Frage www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de 9
Welche Energiequellen haben wir? 10 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. 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 60000 KW. 11 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Erneuerbare Energie mit 20% an der Stromversorgung keine Nischentechnologie BSW Solar 12 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
2 Wege, ein Ziel: Energiespeicherung aus der Sonne Das künstliche Blatt 13 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Energiespeicher: Viele Verfahren Wir brauchen sie alle! Nicht alle Verfahren sind heute möglich Unterschiedliche Verfahren für unterschiedliche Zwecke 14 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Biomasse: nur eine Teillösung mit einigen schwierigen Aspekten (System!). 15 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Chemische Energiekonversion: Die strategische Technologie die uns fehlt • 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€/k. W gegen 4000€/k. W Invest und geringe Nutzungsdauer!). • Es fehlt an grundsätzlicher Einsicht, eine rein inkrementale www. Verbesserung wird nicht ausreichen. 16 cec. mpg. de fhi-berlin. mpg. de
Wie die Natur arbeitet: Eleganz und Komplexität Nutzt nur häufige chemische Elemente Hydrogenase [Ni, Fe] 2 H+ + 2 e- H 2 Photosystem II [Mn] O 2 + 4 H+ + 4 e- 2 H 2 O Cytochrome ox. [Fe/Cu] CO 2 Reductase [Mo] CO 2 + 6 H+ + 6 e- H 3 COH + H 2 O Dehydrogenases [Zn] Methane Monoxygenase [Fe, Cu] 2 CH 4 + O 2 2 H 3 COH Nitrogenase [Fe, Mo, V] N 2 + 6 H+ +6 e- 17 2 NH 3 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Energiespeicherung grundsätzlich: wahrscheinlich ein heterogener Prozess 18 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Ein kleines Rechenexempel Methanation: CO 2 + 4 H 2 CH 4 + 2 H 2 O 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 m 3 bei Normaldruck Elektrolyse: Etwa 4. 8 k. A bei 2 V für 1 h entspricht 45 A at 220 V für 1 h 10 k. Wh regenerative Energie für 1 Kg of CO 2 Nutzung (oder Speicherung). Alle deutschen PV (25 GW) können 25. 000 t CO 2/ h verbrauchen was man mit der Emissionsrate von 79. 000 t/h vergleichen sollte. 19 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Wo ist das Problem mit dem Platin? Parameters 20 Fitted value of parameters for various surfaces Pt(111) Pt(100) Pt(110) R 1 (Ω. cm 2) 1. 68(1. 69) 3. 6(3. 7) 2. 0(2. 1) C 2 (μF/cm 2) 51(48. 9) 46(44. 6) 44(42) R 2 (Ω. cm 2) 2901 (5151) 7434(11307) 8351(13537) www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Gibt es wirklich Pt Oxid? 21 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
![Die atomaren Geschehnisse [110] 00 -2 1 -1 -1 22 www. cec. mpg. de](http://slidetodoc.com/presentation_image_h2/ef45fc6af56af04fb1300ccded94d728/image-22.jpg "Die atomaren Geschehnisse [110] 00 -2 1 -1 -1 22 www. cec. mpg. de")
Die atomaren Geschehnisse [110] 00 -2 1 -1 -1 22 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Elektrolyse: Stabil ohne Platin: geht das? electrical current lead reaction centre 23 Mit P. Strasser, TUB www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Der Preis: Eine auch sehr deutsche Diskussion! 24 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Die Politik hat eine zentrale Rolle Die Energiewende ist keine rein technisch-wirtschaftliche Aufgabe. Wirtschaft Politik Gesellschaft Die Politik muss Rahmenbedingungen setzen Soll Informationen in die Gesellschaft transportieren Wissenschaft Und soll einen langfristigen Dialog in der Gesellschaft moderieren 25 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Bayerische Belange Reg. Energie 6% • Energieversorgung ist international und lokal Kohle gleichermaßen: Bayern als Land 7%der Vernunft positionieren (z. B bei der Langfristplanung), keine Alleingänge. Gas 14% • Bayern als Land der Energiekompetenz mit Tradition weiter stärken (Tech transfer auch in der Chemie). • Bayern als Flächenland kann dezentrale Wasserkraft Energieversorgung im Verbund von regenerativ elektrisch 16% Biomasse Kernkraft erproben. 57% • Agrarpolitik beachten: der Markt stimmt da nur halb! • Bayern hat eine starke Energieindustrie: Modellfall einer transparenten Kooperation erarbeiten. 26 Quelle: Energieprognose Bayern 2030 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. 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 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. 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 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen Max Planck Vielen Dank 29 www. cec. mpg. de www. fhi-berlin. mpg. de
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