Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen (Max Planck)
Professor Dr. Robert Schlögl vom Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin sprach bei den Stuttgarter Chemietagen über das Thema "Energiewende ist Chemie".
Die Reihe der hochkarätigen Referenten bei den Chemietagen 2017 setzte Prof. Dr. Robert Schlögl fort.
Er ist - und das ist absolut ungewöhnlich - an 2 Max-Planck-Instituten Direktor. In Berlin gehört er seit 1994 zum Direktorenkollegium des Fritz-Haber-Instituts und in Mülheim an der Ruhr baut er das neue Institut für chemische Energiekonversion auf. Sein Spezialgebiet ist es zu erforschen, wie Energie in chemischen Verbindungen gespeichert wird. Mit seinen Arbeiten hat er zu einem neuen Verständnis von katalytisch aktiven Materialien beigetragen. Zu seinen Erfindungen zählt ein Verfahren, wie sich mithilfe von Kohlenstoff-Nanomaterialien der Energieverbrauch in der Chemieindustrie deutlich senken ließe. Prof. Schlögl befindet sich mit seinen Forschungen in einer Schlüsselposition für die deutsche Energiewende.
Schulleiter Wolfgang Flad konnte bei der Vorstellung der Vita des Referenten auf eine lange Reihe von Auszeichnungen, Patenten und Positionen im Bereich der Chemie verweisen. Nach dem Abitur von 1973-78 Studium der Chemie in München, 1979 Diplom, 1982 Promotion, 82-85 Post-doc-Studien in Cambridge und Basel, anschließend die Habilitation und von 1989-1994 Professor in Frankfurt/M. Dann seit 1994 Direktor des Max-Planck-Instituts in Berlin und seit 2011 auch Direktor des Max-Planck-Instituts in Mülheim an der Ruhr. Er ist außerdem vierfacher Honorarprofessor an verschiedenen Hochschulen, ist als Gastprofessor tätig und Mitglied in Dutzenden von Kommissionen. Er ist Inhaber von fast 40 Patenten, verfasste zahlreiche Publikationen und ist Träger einer großen Anzahl von Auszeichnungen.
Prof. Schlögl begann seinen Vortrag mit einer wenig optimistischen Prognose über die Zukunft der Energiewende. Er sagte voraus, dass die Energiewende im Fall ihres Scheiterns an der Politik scheitern würde. Die Energiewende sei wegen der Vernachlässigung der Chemie gefährdet. Dabei sei sie kein Problem, sondern eine tolle Möglichkeit für Neues.
Die Fakten sind weitgehend bekannt. Wir verbrauchen die endlichen Vorräte an fossilen Energien und erhöhen damit die Konzentration von Treibhausgasen. Die Menschheit verbrennt Biomasse und hat dabei schon 50 % der verfügbaren Vorräte verbraucht. Die Auswirkungen auf die zunehmende Konzentration von Treibhausgasen auf das Klima seien allerdings nicht einfach belegen. Die Ursache-Wirkung-Beziehung sei nicht eindeutig herzustellen, weil man sie über einen sehr langen Zeitraum beobachten müsste. Die Folgen der Klimaerwärmung seien für uns kaum spürbar, weil die Wärmekapazität von Luft im Gegensatz etwa zu Wasser relativ gering ist. Ein Anstieg des Meeresspiegels sei zu beobachten, eine Vergrößerung von Wassertropfen im Regen sei auf diese größere Wärmekapazität zurückzuführen. Ob aber die gegenwärtig zu beobachtenden Häufungen von Starkregen oder tropischen Wirbelstürmen Folge des Klimawandels sind, kann erst eine langfristige Beobachtung klären.
Mit einer Grafik demonstrierte Schlögl, welche Bereiche am meisten zur Emission von Treibhausgasen beitragen. Landwirtschaft und Verkehr sind die "Hauptsünder".
Hier kommt wieder die Politik ins Spiel. Die Energiewende, d.h. der Atomausstieg, soll bis 2021 erfolgen. Gegenwärtig wird Strom zu 50% aus fossilen Brennstoffen, also Steinkohle, Braunkohle und Gas gewonnen. Die restlichen 50% stammen aus nicht fossilen Quellen, u.a. aus Kernenergie, deren Anteil bei 16% liegt. Für den Ersatz des Anteils der Kernenergie wären deutschlandweit 36000 Windräder nötig. Da das politisch nicht durchsetzbar ist, müsste die Kernenergie durch Braunkohle ersetzt werden und es käme zu einem Anstieg bei den fossilen Brennstoffen. Erneuerbare Energien senken also den Anteil fossiler Energie und damit den Anstieg der Treibhausgase nicht.
Eine Insellösung in Deutschland mit einem Umstieg auf erneuerbare Energiequellen hätte zudem weder europa- noch weltweit wesentliche Auswirkungen. Es gibt hier auch zu viele regulatorische Schwächen. Das Erneuerbare Energiegesetz (EEG) schreibt zwar die Produktion von erneuerbarer Energie vor, aber nicht die gleichzeitige Reduktion bei fossilen Brennstoffen. Die Dekarbonisierung bei der Stromerzeugung wird also nicht funktionieren. Die sogenannte Dekarbonisierung sollte Handlungen und Prozesse, durch die Kohlendioxid (CO2) freigesetzt wird, durch Prozesse ablösen, bei denen diese Freisetzung unterbleiben oder kompensiert wird. Sie wird von der Politik als ein zentrales Mittel des Klimaschutzes sowie als einer der Hauptpfeiler der Energiewende betrachtet. Ziel ist die Kohlendioxidneutralität der Wirtschaft. Erreicht werden könnte die Dekarbonisierung - so die herrschende Meinung in der Politik - durch den Umstieg von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien oder die Nutzung von Kernenergie, wobei letztere jedoch etwas höhere Kohlendioxidemissionen aufweist als die meisten erneuerbaren Energien. Wie oben beschrieben, brauchen wir aber ein duales Stromsystem, das beide Energiequellen nutzt. Es müsste weitgehend auf Gas basieren, das noch nicht in der nötigen Menge verfügbar ist. Deshalb bleibt Kohle wichtig.
Ein weiteres Problem ist bekannt. Kraftwerke können gegenwärtig nicht mit den Schwankungen des Stromverbrauchs umgehen. Deutschland exportiert zur Zeit Strom aus erneuerbaren Quellen und importiert Atomstrom für Verbrauchsspitzen aus dem benachbarten Ausland. Deshalb stockt die Energiewende in Deutschland. Dabei ist Deutschland das Land mit dem größten Anteil an erneuerbaren Energien bei der Stromerzeugung.
Ein weiteres Problem ist der Preis. Da Strom aus erneuerbaren Quellen regulatorisch kaum gesteuert werden kann, ist er mit 3,5 Cent pro Kilowattstunde billig. Davon merkt der Kunde aber nichts, weil der teure Strom aus fossilen Energieträgern immer dann eingesetzt wird, wenn er gebraucht wird. Ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf ist unmöglich ohne Chemie. Ein Beispiel wäre auch die Entwicklung eines neuen Kraftstoffs für Autos
Die Frage bleibt, was mit dem überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien geschehen soll. Die Forschung nach effizienten Speichertechniken ist bisher nicht sonderlich erfolgreich. Deshalb bleibt, wie erwähnt, Kohle wichtig. Auch die Verteilung des Stroms bleibt ein schwieriges Thema. Der Transport des überschüssigen Stroms scheitert am Menschen, weil keiner die benötigten Trassen in seiner Nähe haben will. Die Kosten des unterirdischen Leitungsbaus sind erheblich und schaffen wieder neue Probleme.
Einfacher wäre der Transport von Methan als Energiequelle, allerdings belastet die Rückwandlung wiederum den Kohlekreislauf. Besser wäre der Transport von Ammoniak, besonders für großvolumige Transporte. Hier gäbe es keinen Kohlenstoff bei der Rückwandlung. Auch hier ist dringend Forschung nötig, um einen besseren Spaltungskatalysator zu entwickeln. Das Haber-Bosch-Verfahren bietet keine Lösung. Auch die Wasserspaltung wäre eine Option, allerdings funktioniert sie in technischen Dimensionen mit variablem Eingangsstrom nicht. Auch die Verwendung des eigentlich idealen Mittels Iridiumoxid scheitert, weil Iridium sehr selten ist und seine Verwendung zu einer Preisexplosion führen würde. Insgesamt zeigt sich, dass bisher falsch geforscht wurde, weil das grundlegende Verständnis der Probleme fehle. Offensichtlich ist die Energiewende nicht in erster Linie eine physikalische, sondern eine chemische Aufgabe.
So wird es wichtig, dass sich der Wille zur Umsetzung der Transformationstechnologie durchsetzt. Der Referent betonte, dass es um die Definition der Ziele, nicht der Methoden der Energiewende gehen müsse. Es brauche von Seiten der Politik stabile und klare Randbedingungen für die Forscher. Diese müssten systemisch denken und handeln, damit man zu einer lösungsorientierten Vorgehensweise komme.
Um dies zu erreichen, sei es nötig, in Zukunft weniger Geld als Subventionen für Technologien geben, weil damit immer Vorentscheidungen im Blick auf ein mögliches Ergebnis verbunden seien. Nationale Alleingänge dürften nicht mehr stattfinden, weil die Dimensionen des Problems zu groß sind. Es dürfte keine dogmatischen Maximalforderungen und gegenseitige Abschottung von Kompetenzen und Fähigkeiten mehr geben. Vernünftige Dialoge aller Beteiligten seien das Gebot der Stunde.
Professor Schlögl beendete seinen Vortrag mit dem Zitat von Max Planck in der Überschrift. Er hinterließ im Großen Hörsaal des Instituts eine nachdenkliche Zuhörerschaft. Da von der Politik allein keine Lösung des Problems zu erwarten ist, bleibt nur, auf einen offenen Dialog aller Beteiligten zu hoffen.
Siegfried Kümmerle
Prof. Dr. Robert
Schlögl
ist seit 1994 Direktor
am Fritz-Haber-Institut
der Max-Planck-Gesellschaft,
Berlin. Seit 2011
Gründungsdirektor am
MPI CEC in Mülheim.
2012 - 2016 Vorsitzender
des Steuerkreises
"Energiesysteme der
Zukunft", acatech. Seit
2016 Vorsitzender des
Beirats "Kopernikus-
Projekte" des BMBF.
Vierfacher Honorarprofessor.
2015 Alwin-
Mittasch-Preis.
Prof. Dr. Robert Schlögl