31.10.2007 · Wie lässt sich die Energieversorgung in Deutschland auch in Zukunft sichern? Gibt es die eine Energiequelle, die das ermöglicht? Die deutschen Chemieverbände haben eine gemeinsame Antwort gefunden und polieren damit ihr Image kräftig auf.
Von Manfred Lindinger
© FAZ.NET-Andreas Brand
Energie: Nachhaltige Energieversorgung durch Kombination mehrerer Quellen
In Zeiten des globalen Klimawandels, sich verknappender fossiler Ressourcen sowie steigender Strom- und Kraftstoffpreise ist es dringend geboten, neue, möglichst regenerative Energiequellen zu erschließen, den Energiebedarf zu senken und die Effizienz der Energieerzeugung deutlich zu steigern, ohne dabei die Umwelt weiter zu belasten. Für Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr ist es angesichts der Herausforderungen offenkundig, dass die chemische Forschung auf dem Energiesektor eine Schlüsselrolle einnimmt. Schließlich sind es häufig Innovationen aus den Chemielaboratorien, die bei der Gewinnung, Umwandlung und Speicherung von Energie zum Zuge kommen, erklärt der Mülheimer Chemiker, der auch dem Arbeitskreis Chemische Energieforschung vorsitzt, und nennt Leuchtdioden, Solarzellen und Brennstoffzellen, vor allem aber Biokraftstoffe als Beispiele.
Dabei kommt er auf das Positionspapier zu sprechen, das die großen deutschen Chemieorganisationen mit dem Ziel erarbeitet haben, ihre Kompetenzen in Sachen Energie in der Öffentlichkeit deutlich zu machen, aber vor allem eigene Forschungsaktivitäten zu intensivieren und zu bündeln. Auf welchen Gebieten die großen Durchbrüche zu erwarten sind? Kurzfristig – auf einer Zeitskala von zwanzig Jahren gedacht – werden wir spürbare Erfolge bei der Nutzung der Biomasse zu verzeichnen haben, ist sich Schüth sicher. Es gebe bereits eine Reihe von Ansätzen, Biomasse in synthetischen Kraftstoff umzuwandeln, etwa durch Veresterung von Pflanzenölen oder Vergasung von Pflanzenresten.
Kurzlebige Elektroden
Doch bei vielen chemischen Verfahren ist die Energiebilanz derzeit noch recht unbefriedigend, was sich aber bald ändern dürfte. Große Potentiale sieht Schüth auch in den Brennstoffzellen. Diese Energiewandlungssysteme, die theoretisch einen doppelt so hohen Wirkungsgrad wie Verbrennungsmotoren erreichten, würden bereits für die Erzeugung von Strom und Wärme genutzt, etwa um Elektromotoren anzutreiben oder Wohnungen zu beheizen. Doch noch immer spielen die Systeme für die breite Energieversorgung keine nennenswerte Rolle, räumt Schüth ein.
Die Schwachpunkte sieht er vor allem in der zu geringen Lebensdauer der Elektroden, Elektrolyten und Membranen, besonders wenn diese lange Zeit hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt seien, wie es bei den Blockheizkraftwerken der Fall sei. Auch die nach wie vor hohen Herstellungskosten verhinderten die breite Anwendung, was vor allem daran läge, dass noch immer teures Platin als Katalysator benötigt würde. Ein Dilemma sei ebenfalls, dass für den Brennstoff Wasserstoff außer Tanks noch keine geeigneten Speichermedien zur Verfügung stünden. In Wasserstoffverbindungen von Leichtmetallen und in metallorganischen Gerüsten, den sogenannten Mofs, die viele winzige Poren aufweisen, sieht Schüth aussichtsreiche Kandidaten.
Suche nach besseren Polymeren
Nach Ansicht des Mülheimer Chemikers wird es wohl nicht die eine Energiequelle geben, die eine breite nachhaltige Energieversorgung gewährleisten kann. Stattdessen müssten wir auf eine Reihe unterschiedlicher Systeme setzen, die es geschickt zu kombinieren gelte. Dazu zählten organische Solarzellen, die wie organische Leuchtdioden (OLeds) prinzipiell vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden könnten. Das Manko sei der noch zu geringe Wirkungsgrad der Zellen beziehungsweise die zu schwache Leuchtstärke der OLeds besonders im blauen Spektralbereich. Die Chemiker suchten deshalb nach besseren Polymeren, die die Systeme robuster und leistungsfähiger und somit konkurrenzfähig machten.
Weniger optimistisch als manche seiner Kollegen gibt sich Schüth bei den Thermoelektrika, jenen halbleitenden Materialien, die Wärme in Strom umwandeln können. Ihren Beitrag bei der Energieversorgung schätzt er für absehbare Zeit nicht allzu groß ein. Schließlich kommt der Chemiker auf die Defizite zu sprechen, die bei der Batterie- und Akkumulatortechnik sowie generell auf dem Gebiet der Elektrochemie in Deutschland besonders groß seien. Hierzulande gebe es auf dem Batteriesektor so gut wie keine Forschung mehr.
Verlorener Anschluss
„Die Bleibatterien sind mittlerweile technisch so ausgereift, dass sie im Ausland – nicht zuletzt wegen der geringeren Umweltauflagen – günstiger gefertigt werden.“ Was die Lithium-Ionen-Batterietechnik betrifft, hat Deutschland, so Schüth, den Anschluss an die Weltspitze verloren. Die Stromquellen mit großer Energiedichte würden heute vor allem in Fernost gefertigt, wo man auch die Laptops, MP3-Player und Handys produziert. Durch kräftige finanzielle Förderung durch das Forschungsministerium hofft man, wieder etwas aufholen zu können. Für Schüth hat die Misere auch damit zu tun, dass man hierzulande in der Vergangenheit die Elektrochemie – obwohl sie zu den ältesten chemischen Disziplinen zählt – stark vernachlässigt habe. Folge sei ein Mangel an Fachkräften und drastischer Kompetenzschwund gewesen.
Mit dem Positionspapier hoffen Schüth und seine Kollegen, in der Elektrochemie eine Trendwende einleiten zu können. Und wie geht es weiter? „Als Nächstes wollen wir festlegen, auf welchen Gebieten unsere Prioritäten liegen“, sagt Schüth. „Wir können nicht überall gleichzeitig aktiv sein. Wo Expertise da ist, dort versuchen wir, auch die Durchbrüche in der Energieforschung zu erreichen.“ Eines haben die deutschen Chemieorganisationen schon erreicht: Statt als „Troublemaker“ – ein Image, das ihr aufgrund mehrerer Chemieunfälle und Umweltskandale jahrzehntelang anhaftete – präsentiert sich die Chemie nun als Problemlöser mit enormem Potential.
Das Positionspapier „Energieversorgung der Zukunft - der Beitrag der Chemie“ selbst hat 40 Seiten und kann kostenlos bei der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) unter der Telefonnummer 069/79 13 30 oder per E-Mail, pr@gdch.de, angefordert werden. Es kann auch unter www.gdch.de/oearbeit/pospap.htm heruntergeladen werden.
