robert_schloegl__die_energiewende__wunsch_und_wirklichkeit

Report
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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
1,300
Total emission
GHG wht agriculture
Mt CO2 equivalents
1,200
Der Abfall nach 1989 folgt
aus der DeIndustrialisierung der
früheren DDR.
Energy-related
1,100
1,000
Der Atomausstieg ohne
EnergieEffizienzsteigerung und
“rebound-Effekten” treibt
die Kurve um den gleichen
Betrag nach oben.
900
800
700
1989
7
1999
Year
2009
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Weltblick:
Wer emittiert wieviel CO2?
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Energieversorgung wie?
Ist das wirklich unser Wunsch?
Energiekonzept der Bundesregierung S. 7
Die CO2 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
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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
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KW.
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Erneuerbare Energie
mit 20% an der Stromversorgung keine
Nischentechnologie
BSW
Solar
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2 Wege, ein Ziel:
Energiespeicherung aus der Sonne
CO2
N2
Das künstliche Blatt
H2O
2H2
O2 cat
anode
Solar PV & membrane
O2
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HxOyCz
NH3
H2 cat
cathode
4H+
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Energiespeicher: Viele Verfahren
Wir brauchen sie alle!
Nicht alle Verfahren sind heute möglich
Unterschiedliche Verfahren für unterschiedliche Zwecke
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Biomasse: nur eine Teillösung mit einigen
schwierigen Aspekten (System!).
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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€/kW gegen 4000€/kW Invest und geringe
Nutzungsdauer!).
• Es fehlt an grundsätzlicher Einsicht, eine rein inkrementale
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Verbesserung
wird nicht ausreichen.
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Wie die Natur arbeitet:
Eleganz und Komplexität
Nutzt nur häufige chemische Elemente
Hydrogenase [Ni,Fe]
2H+ + 2e-
H2
Photosystem II [Mn]
O2 + 4H+ + 4e-
2 H2O
Cytochrome ox. [Fe/Cu]
CO2 Reductase [Mo]
CO2 + 6H+ + 6e-
H3COH + H2O
Dehydrogenases [Zn]
Methane Monoxygenase [Fe,Cu]
2CH4 + O2
2H3COH
Nitrogenase [Fe,Mo, V]
N2 + 6H+ +6e-
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2NH3
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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
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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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Fraction / %
Fraction / %
Elektrolyse:
Stabil ohne Platin: geht das?
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Mn2+
Mn3+
Mn4+
(a)
s-MnOx
electrical
current lead
(b)
s-MnOx/MWCNTox
Mn2+
Mn3+
Mn4+
Fraction / %
reaction
centre
(c)
i-MnOx/MWCNTox
Mn2+
Mn3+
Mn4+
0
100
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Mit P. Strasser, TUB
200
300
400
Temperature / °C
500
600
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Der Preis:
Eine auch sehr deutsche Diskussion!
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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
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Bayerische Belange
Reg. Energie
6%
• Energieversorgung ist international und lokal
Kohle
gleichermaßen: Bayern als Land
7% der Vernunft positionieren
Gas
(z.B bei der Langfristplanung), keine Alleingänge.
14%
• Bayern als Land der Energiekompetenz mit Tradition
weiter stärken (Tech transfer auch in der Chemie).
Wasserkraft
• Bayern als Flächenland kann dezentrale
16%
Energieversorgung im Verbund von regenerativ elektrischKernkraft
Biomasse
erproben.
57%
• Agrarpolitik beachten: der Markt stimmt da nur halb!
• Bayern hat eine starke Energieindustrie: Modellfall einer
transparenten Kooperation erarbeiten.
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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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