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Archive for the ‘Energie & Klima’ Category

… was würde er tun, haben wir Harun Tüysüz in unserem Interview gefragt, und die Antwort des DECHEMA-Preisträgers 2019 war eindeutig. Wie er die Aussichten auf eine klimaneutrale Chemieindustrie bis 2050 sieht, erfahren Sie außerdem hier im zweiten Teil unseres Interviews (hier geht es zum ersten Teil).

Eine Frage kann ich mir nicht verkneifen: Wir haben hier gerade eine Studie veröffentlicht, nach der die chemische Industrie eigentlich bis 2050 treibhausgasneutral werden könnte – vorausgesetzt, man bringt die entsprechenden Technologien jetzt voran und vorausgesetzt, man hat den entsprechenden günstigen erneuerbaren Strom. Halten Sie das aus technologischer Sicht für realistisch?

Photo by Chris LeBoutillier on Pexels.com

Es wäre traumhaft. Ich würde wirklich gerne ja sagen, aber ich fürchte, die Umsetzung könnte sich schwierig gestalten. Ich finde es wichtig, dass wir darüber sprechen. Sowohl Deutschland als auch die EU haben sich ja das Ziel gesetzt, bis 2050 klimaneutral zu sein. Es geht also um einen Entwicklungszeitraum von 30 Jahren. Bisher haben wir aber Probleme, unsere Ziele zu erreichen: Wenn wir uns die Treibhausemissionen des Umweltbundesamtes bis 2020 anschauen und mit denen von 1990 vergleichen, müssten wir jetzt bei 40 % weniger Emissionen sein. Tatsächlich haben wir eine Reduktion von lediglich 32 % erreicht – bis 2030 sollen es bereits 55 % weniger Emissionen sein. Die Entwicklung hat jedoch innerhalb der letzten 2-3 Jahre stagniert – wir müssen also etwas anders machen als bisher.

Den Bericht der DECHEMA finde ich da sehr spannend. Hier werden drei Szenarien skizziert – ich möchte mich auf das dritte fokussieren, nachdem die chemische Industrie bis 2050 treibhausgasneutral sein könnte. Dort steht, dass die Annahmen teilweise optimistisch ausfallen und neue Technologien schneller in den Markt gebracht werden. Dafür müssten wir unter anderem neue Katalysatoren entwickeln. Nehmen wir die  Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Damit produzieren wir insgesamt ungefähr 1,5 % der globalen Treibhausemissionen und des globalen Stromverbrauchs. Solche Verfahren innerhalb von 30 Jahren zu erneuern, wäre eine sehr große Herausforderung.

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Wir müssten dafür neuartige Katalysatoren entwickeln, um die elektrische Ammoniaksynthese zu umgehen. Aber auch für die Wasserspaltung durch Sonnenergie in Wasserstoff benötigen wir neuartige Katalysatoren. Gleichzeitig benötigen wir mehr Wasserstoff, z.B. durch elektrochemische Wasserspaltung. Optimal wäre natürlich, wenn wir CO2 direkt in Kohlenwasserstoffverbindungen umwandeln könnten. Wenn wir also Katalysatoren für diese 3 oder 4 wichtigen Verfahren entwickeln könnten und diese dann in 30 Jahren direkt in der Industrie anwenden könnten – dann würde ich sagen, Klimaneutralität ist machbar.

Aber ist das realistisch? Eher nicht. Das Verfahren der photokatalytischen Wasserspaltung wurde in den 1970er Jahren entwickelt und seitdem haben wir keine großen Sprünge gemacht. Die Katalysatoren, die wir haben, sind entweder nicht stabil oder absorbieren nur einen sehr geringen Bereich der Sonnenenergie. Die Mehrheit sind UV-absorbierende Materialien mit geringer Aktivität. Es gibt einen großen Bedarf an neuartigen Halbleitermetallen für die Solarwasserspaltung, und bei der elektrochemischen Wasserspaltung haben wir immer noch große Probleme mit dem Katalysator bei der Sauerstoffentwicklung.  Er basiert auf Ruthenium-Iridium-Oxid. Wenn wir so viel Wasserstoff erzeugen wollen, dass wir damit Kohle und Erdgas ersetzen können, brauchen wir riesige Katalysatormengen. Momentan hätten wir nicht einmal genug, um den Wasserstoffbedarf von Deutschland zu decken. Iridium ist ein ausgesprochen seltenes Element, das man hauptsächlich in Meteoriten findet – wir haben einfach nicht genug davon. Wir brauchen also Katalysatoren, die nicht auf Edelmetallen basieren.

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Ein anderes ganz heißes Thema ist die elektrochemische Ammoniaksynthese. In einem Traumszenario könnte man Stickstoff direkt aus der Luft verwenden, dazu Wasser, grünen Strom aus Wind- oder Sonnenenergie und könnte dann an einem Katalysator bei Raumtemperatur den Stickstoff zu Ammoniak umsetzen. Bisher können wir die Mengen, die wir so erzeugen, aber nicht einmal detektieren.

Wir müssen daran arbeiten und besonders die Entwicklung neuer Materialien ist sehr dringend. Aber dafür müssen wir mehr investieren, wir brauchen mehr Manpower und benötigen starke Teams mit Theoretikern und Physikern, um an neuartigen Katalysatoren zu forschen. Wenn wir das alles machen und es am Ende gemeinsam mit der Industrie umsetzen, dann könnten wir es schaffen. Ich bin nicht sehr optimistisch, aber ich hoffe, dass wir es hinbekommen.

Ich sehe aber noch einen anderen Aspekt auf dem Weg zur Klimaneutralität. Um solche Ziele zu erreichen, muss jeder einzelne mitmachen. Wir alle müssen nachhaltiger leben, darauf achtgeben, wie und womit wir fahren und was wir konsumieren. Schauen Sie sich zum Beispiel die Textilindustrie an: Hier wird viel CO2 produziert und wenn die Kleidung nun zu sehr geringen Preisen verkauft wird und der Endverbraucher sie nach kurzer Zeit wegwirft, dann ist das alles andere als klimafreundlich. Das Stichwort hier lautet „Recycling“.  Wir dürfen nicht Millionen Tonnen Plastik ins Meer schütten, sondern müssen daraus neue Waren produzieren. Auch die Industrie sollte nicht CO2 oder Stickstoff in die Luft ablassen, sondern es isolieren und in andere Chemikalien umwandeln.

Wir verfolgen das zum Beispiel mit dem Projekt Carbon2Chem. Darin geht es darum, Abgase aus der Stahlindustrie zu nutzen. Wir arbeiten zusammen mit Covestro daran, das Kohlenmonoxid für die Polymerproduktion einzusetzen. Andere Partner versuchen  Kohlendioxid zu Methanol und weiteren Chemikalien umzusetzen. Insgesamt müssen wir den Umgang mit Recycling verbessern und das ist nicht nur eine Aufgabe für Regierungen und Politik. Jeder muss hier seinen Beitrag leisten, um den CO2-Ausstoß global zu verringern.

Stellen Sie sich vor, die gute Forschungsfee kommt in Ihr Labor, und Sie dürfen sich etwas wünschen:  Eine Methode, ein Werkzeug, einen Katalysator – was würden Sie sich wünschen, was Sie besonders weiterbringen würde?

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Ich arbeite sehr gerne mit der Templatierungsmethode. Wir benutzen sie, um Katalysatoren mit sehr genau definierter Morphologie herstellen zu können. Mit den Synthesebedingungen können wir die Eigenschaften variieren und den Zusammenhang zwischen Struktureigenschaften und katalytischer Leistung ermitteln.

Wenn ich mir aber einen Katalysator wünschen könnte, dann wäre das einer, mit dem sich Stickstoff bei Raumtemperatur zu Ammoniak umwandeln ließe und ein Katalysator auf Basis von Übergangsmetallen für die effektive Wasserstoffherstellung.

Gerade wenn wir uns in eine nachhaltige Richtung bewegen wollen, dann wird meiner Meinung nach die Wasserstoffproduktion ein großes Problem für die Gesellschaft. Egal welches Verfahren Sie anschauen, CO2-Reduktion, Ammoniak-Synthese, Fischer-Tropsch oder Ähnliches – am Ende ist die Erzeugung von Wasserstoff der Knackpunkt. Wir brauchen also gute Verfahren und neuartige Katalysatoren, um Wasserstoff aus sauberen Quellen wie zum Beispiel Wasser herstellen zu können. Das wäre also mein Wunsch und auch der wichtigste Schritt auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft.

Herzlichen Dank für das Gespräch.

Die Verleihung des DECHEMA-Preises 2019 findet am 27. August 2020 im Rahmen einer Online-Veranstaltung statt. Im Mittelpunkt steht dabei die Wasserstofferzeugung als wissenschaftliches Thema. Die Anmeldung ist kostenfrei – registrieren Sie sich hier für den DECHEMA-Prize 2019.

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… sagt Harun Tüysüz, Katalyseforscher am MPI für Kohlenforschung in Mülheim und DECHEMA-Preisträger 2019. Den DECHEMA-Preis wird er am 27. August 2020 im Rahmen einer hybriden Veranstaltung entgegennehmen (Anmeldung zum DECHEMA-Prize 2019). Wir haben uns mit ihm über seine Forschung, seine „Traumreaktion“ und die Vision von einer treibhausgas-neutralen Chemieindustrie unterhalten. Im heutigen ersten Teil des Interviews erfahren Sie mehr darüber, welche Faktoren die Katalysator-Aktivität beeinflussen und was Harun Tüysüz an seiner Arbeit besonders gut gefällt.

Herr Tüysüz, das Spektrum Ihrer Forschungsarbeiten ist unglaublich breit. Gibt es so etwas wie einen kleinsten „gemeinsamen Nenner“? Einen Bereich, den man als Ausgangspunkt für Ihre Forschung bezeichnen könnte?

Harun Tüysüz ist begeisterter Wissenschaftler.

Ich gebe Ihnen Recht, von außen betrachtet erscheint meine Forschungsrichtung sehr breit. Im Kern beschäftige ich mich jedoch mit dem Design und der Entwicklung von Katalysatoren mit sehr genau definierter Nanostruktur und deren Anwendung im Bereich nachhaltiger Energie.

Hierbei haben wir ein klar definiertes Ziel: Ob CO2-Aktivierung, elektrochemische Wasserspaltung oder sogar der Halogenid-Perowskit-Katalysator  –  letztlich versuchen wir immer, eine Verbindung zwischen der Struktur und ihrer katalytischen Aktivität zu finden. Damit definieren wir die Struktur-Aktivitäts-Korrelation durch die Syntheseparameter und schlussendlich auch ihre katalytische Aktivität und Anwendung.

Welche Rolle spielt denn die Struktur überhaupt für den Katalysator? Man könnte ja denken, dass bei der Katalyse eigentlich nur die Oberfläche  ausschlaggebend ist und vielleicht noch, wie gut das Molekül dort hinkommt. Aber tatsächlich geht es um mehr als das?

Es geht auf jeden Fall um mehr. Natürlich gibt es Reaktionen, die sehr empfindlich auf die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Materialien reagieren. Ein Beispiel: die Fischer-Tropsch-Katalyse, die hier am Max-Planck-Institut entdeckt wurde. Bei dem Verfahren kann mithilfe von Kobalt-Nanopartikeln  Kohlenmonoxid mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffverbindungen umgewandelt werden. Es gibt dabei einen Trend, der besagt, „je kleiner der Nanopartikel, desto aktiver und besser ist der Katalysator“.  Für diesen gibt es aber eine Grenze: unterhalb einer Partikelgröße von 6-7 Nanometern verringert sich die Aktivität des Katalysators wieder. Das ist eine sehr spezifische Eigenschaft der Fischer-Tropsch-Katalysatoren, die auch für andere Reaktionen gelten kann. Neben der Struktur spielen also die Zusammensetzung, die Morphologie, die Porosität, die Oberfläche, die Partikelgröße, die Partikelform und die Defekte sehr wichtige Rollen in der heterogenen Katalyse.

Es gibt also viel mehr Faktoren als die Partikelgröße?

Die Oberflächenstruktur eines Katalysators hat einen wesentlichen Einfluss auf seine Aktivität.

Absolut! Morphologie, Partikelgröße und Form sind alles wichtige Parameter, die eine große Rolle in der Katalyse spielen können. Während einer chemischen Reaktion sind die Wechselwirkungen zwischen den Katalysatoren und den Reaktanden sowie deren Adsorptions- und Desorptionsenergien sehr stark von der Form und den Facetten der Katalysatoren abhängig.  Wenn Sie einen Katalysator haben, der an der Oberfläche Würfel-, Oktaeder- oder Pyramidenstrukturen bilden kann, werden Sie je nach Oberflächenstruktur unterschiedliche Aktivitäten und auch Produktselektivitäten beobachten.

Man könnte also anhand der Katalysatorstruktur vorhersagen, wie ein Reaktion abläuft bzw. welche Struktur man für ein gewünschtes Ergebnis bräuchte. Wie gut versteht man diesen Zusammenhang denn schon?

Für viele Reaktionen lässt sich das bereits mithilfe des entsprechenden theoretischen Hintergrundwissens vorhersagen. Aber es gibt auch immer noch viele Fälle in der Katalyseforschung, in denen das Ergebnis am Ende eine Überraschung ist.

Wenn Sie wie beispielsweise bei der Wasserspaltung in eine neue Richtung forschen, können sich die tatsächlichen Ergebnisse stark von Ihren Anfangsannahmen unterscheiden. Sie können zwar ungefähr berechnen, welche Aktivität oder Stromstärke Sie von einer bestimmten Elektrokatalyse erwarten, doch Aspekte wie die Kinetik, die Diffusion oder der Stofftransport können dazu führen, dass das Resultat weit von dem abweicht, was Sie erwartet haben.

Die Katalyseforschung ist ein sehr großes Feld mit viel Theorie und immer noch unvorhersehbaren Ergebnissen – was fasziniert Sie besonders daran?

90% aller hergestellten Produkte sind auf ihrem Lebensweg einem Katalysator begegnet. [Photo by Martin Lopez on Pexels.com]

Die Katalyseforschung ist ein Bereich mit einer langen und reichen Geschichte. Sie wird eine noch strahlendere Zukunft haben, da die Herausforderungen unserer Gesellschaft mehr Unterstützung erfordern. Sie ist auch der Schlüssel zur Schaffung einer sicheren, nachhaltigeren und umweltverträglichen Zukunft.

Die Katalyseforschung ist sehr interdisziplinär und erstreckt sich über weite Bereiche der Chemie, Biochemie, Biotechnologie, Chemietechnik und Materialwissenschaften. Ungefähr 90% aller hergestellten Materialien beinhalten auf der einen oder anderen Stufe ihrer Herstellung mindestens einen katalytischen Prozess. Es beeindruckt mich, wie breit das Feld der Katalyse gefächert ist und wie sehr sie unser tägliches Leben beeinflusst, manchmal ohne dass wir es wissen.

Ich glaube, die große Faszination meiner Arbeit ist, dass kein Tag dem anderen gleicht. Jeder Tag im Büro birgt neue Herausforderungen. Die stete Weiterentwicklung fasziniert mich – jeden Tag ergeben sich neue Puzzleteile, die wir dann am Ende zu einem großen Bild zusammenbauen, um so Lösungen für wissenschaftliche Probleme liefern zu können.

Wo sehen Sie denn die größten Hürden bei Ihrer Arbeit?

Die größte Herausforderung für die Katalysegemeinschaft ist die Beobachtung der katalytischen Reaktion unter Betriebsbedingungen. Dies liefert wesentliche Erkenntnisse über die Veränderung der Katalysatoren, ihre Aktivierung oder Deaktivierung. Wir brauchen die Entwicklung fortschrittlicherer analytischer Techniken, um mehr Einblick in die katalytische Reaktion- und den Reaktionsmechanismus sowie die Bestimmung der aktiven Zentren zu ermöglichen.

Die Bürokratie kann eine hohe Hürde für Wissenschaftler sein. [Photo by Pixabay on Pexels.com]

Für meine Arbeit sehe ich die größten Hürden, um ehrlich zu sein, tatsächlich im nicht-wissenschaftlichen Bereich. Das betrifft vor allem die Bürokratie und den unnötigen Papierkram. Der zweite große Punkt sind die Schwierigkeiten, wenn es darum geht, Finanzmittel für die Grundlagenforschung zu gewinnen. Ich gebe Ihnen dafür gern ein Beispiel: Nobelpreisträger Otto Warburg hat Anfang 1921 einen Antrag bei der DFG eingereicht. Dieser Antrag bestand aus einem einzigen Satz: „Ich benötige 10.000 (zehntausend) Mark.“ Dieser Antrag wurde bewilligt und Otto Warburg hat am Ende die benötigten Mittel erhalten.

Wenn ich heutzutage einen Antrag auf Fördermittel stellen möchte, dann dauert das Verfahren extrem lang, häufig 8-12 Monate. Es kann Jahre dauern, bis man tatsächlich Mittel für eine neue Forschungsrichtung bekommt. Wenn es dann soweit ist, sind andere Wissenschaftler oder Länder vielleicht schon gar nicht mehr an diesem Thema interessiert. Ohne konkrete Anwendung ist es ebenfalls schwierig, an Fördermittel zu kommen. Dabei ist es sehr wichtig, die Grundlagenforschung in Deutschland zu unterstützen. Wenn man heute ein Chemiebuch zur Hand nimmt, beruht fast alles Wissen darin auf Grundlagenforschung. Das müssen wir erhalten.

Ich merke schon, die Hürden in Ihrer Arbeit beziehen sich weniger auf die Forschung, sondern eher auf das Drumherum.

Mit der Forschung bin ich sehr zufrieden. Ich arbeite am Max-Planck-Institut und wir haben eine sehr gute Infrastruktur vor Ort. Wir erhalten zudem viel Unterstützung von der zentralen Max-Planck-Gesellschaft. Außerdem ist das MPI für Kohlenforschung eine Stiftung, die sich zum Teil durch alte Patente zum Beispiel für die Polyethylen-Herstellung finanziert. Wissenschaftlich geht es uns also sehr gut.

Lesen Sie nächste Woche im zweiten Teil des Interviews, wie Harun Tüysüz die Chancen für eine treibhausgas-neutrale chemische Industrie bis 2050 einschätzt, was dafür gebraucht würde und welchen Katalysator er sich von einer guten „Wissenschafts-Fee“ wünschen würde.

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… Prof. Dr. Kurt Wagemann, Geschäftsführer des DECHEMA e.V., und Dr. Florian Ausfelder, Themensprecher „Energie & Klima“ beim DECHEMA e.V.

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, denn er kann mithilfe erneuerbarer Energien klimaneutral hergestellt werden. So kann Strom, beispielsweise aus Solar- und Windkraft, in Form von Wasserstoff gespeichert und transportiert werden. Außerdem kann das Gas als Brennstoff oder Ausgangsstoff für Chemikalien und Kraftstoffe fossile Energieträger in Bereichen ersetzen, die nicht auf Strom umgestellt werden können. Dazu zählen unter anderem der LKW-, Flug- und Schiffsverkehr sowie verschiedene Industriezweige. Damit Deutschland die Zukunft der Wasserstofftechnologien aktiv mitgestaltet, hat die Bundesregierung kürzlich die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Was steckt dahinter? Wie realistisch sind die Ziele und wo steht die deutsche Forschung heute? Prof. Dr. Kurt Wagemann und Dr. Florian Ausfelder geben Antworten.

Quelle Adobe Stock/ Fokussiert

Um die Nationale Wasserstoffstrategie wurde lange gerungen. Nun wurde sie endlich beschlossen – milliardenschwer. Zusammen mit dem Konjunkturpaket als Reaktion auf die Corona-Krise sollen neun Milliarden Euro in Wasserstofftechnologien fließen. Wie bewerten Sie die Nationale Wasserstoffstrategie?

Wasserstoff hat als zukünftiger Energieträger das Potenzial, unser gesamtes Energiesystem nachhaltig zu verändern.  Daher ist es sehr zu begrüßen, wenn die Entwicklung einer solchen Zukunftstechnologie nicht nur in isolierten Anstrengungen verfolgt wird, sondern eine konzertierte Herangehensweise nicht nur der verschiedenen Ministerien, sondern auch in engem Kontakt mit Wirtschaft und Wissenschaft angestrebt wird.

Wasserstoff kann in vielen Bereichen einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende und einer nachhaltigen Entwicklung leisten. In einigen Bereichen ist er jedoch langfristig alternativlos und wir begrüßen ausdrücklich den Fokus auf die industrielle Nutzung von Wasserstoff in den Grundstoffindustrien, speziell auch der chemischen Industrie.

Die Antwort auf die Frage, welche Farbe der Wasserstoff haben kann und darf, hätten wir uns aus folgenden Gründen offener gewünscht: Wir bezweifeln, dass ausreichende Mengen an „grünem“ Wasserstoff schnell und kostengünstig genug zur Verfügung stehen werden, um die neuen Industrieprozesse rasch auszurollen und die Infrastruktur zügig zu entwickeln. Auch sehen wir die Position als zu einengend im Kontext eines  europäischen Binnenmarktes an. Wasserstoff wird zu einem wichtigen Handelsgut innerhalb Europas werden, dessen Quellennachweis aber nachverfolgbar sein muss.

Wie realistisch sind die Ziele? Und wie können diese erreicht werden?

Das Ziel, Wasserstoff über einen Leitmarkt als Dekarbonisierungsoption zu etablieren und damit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, ist ein hoher Anspruch, vor allen Dingen im Hinblick auf die beabsichtigte Zeitschiene und mit dem Anspruch allein auf „grünen“ Wasserstoff zu setzen. Als „grüner“ Wasserstoff wird im Kontext der Nationalen Wasserstoffstrategie nur Wasserstoff verstanden, der unter Einsatz erneuerbarer Energien bereitgestellt wird. Die Zielsetzungen sind ambitioniert. Es geht dabei auch um die Förderung von Forschung und Entwicklung für das Upscaling der Elektrolyseure bis in den Gigawatt-Bereich und um Investitionsmittel, um Elektrolysekapazitäten schneller hochzufahren. Zentral wird aber sein,  zu welchen Kosten der Wasserstoff nachher zur Verfügung steht und ob dies für die Anwendungen im Vergleich zu den Alternativen wettbewerbsfähig ist. Hier sehen wir noch Herausforderungen, sowohl im notwendigen zusätzlichen Ausbau erneuerbarer Energien, den Kosten für „grünen“ Strom und dem Umbau der Prozessketten. Wie in der Nationalen Wasserstoffstrategie ausgeführt, werden wir um den Import nicht herumkommen. Dieser sollte im Kontext einer vertrauensvollen Zusammenarbeit und mit Rücksicht auf die energie- und entwicklungspolitischen Ziele der Exportländer entwickelt werden.

„Wasserstoff wird zu einem wichtigen Handelsgut innerhalb Europas werden.“

Welche Industriezweige und Sektoren, sprich Industrie, Verkehr, Wärme etc., können besonders von der Nationalen Wasserstoffstrategie profitieren?

Für einige Industriebranchen, vor allen Dingen in der Grundstoffindustrie, ist Wasserstoff mittelfristig alternativlos, um die Produktion nachhaltig und klimaneutral zu gestalten. Hierzu gehören die chemische Industrie und die Stahlindustrie. Auch andere Industrien können profitieren, entweder durch den Einsatz von Power-to-X-Brennstoffen oder als Lieferant des dafür erforderlichen neuen Rohstoffs Kohlenstoffdioxid (CO2), der unter Einsatz von Wasserstoff zu diesen Brennstoffen umgesetzt wird. Wir sollten uns aber nichts vormachen. Die Grundstoffindustrien zeichnen sich durch einen sehr hohen Energiebedarf für die chemischen Umwandlungen aus, gleichzeitig aber durch eine relativ geringe Wertschöpfung pro eingesetzter Einheit Energie. Umgekehrt bedeutet dies, dass wenig Spielraum für eventuell anfallende Mehrkosten verfügbar ist. Gerade auch deshalb wird die Herausforderung darin bestehen, die Kosten für „grünen“ Wasserstoff sehr schnell und substanziell gegenüber dem aktuellen Kostenniveau zu senken.

Deutschland soll international führend im Bereich der Wasserstofftechnologien werden. Dazu soll die Forschungsförderung in den nächsten Jahren deutlich erhöht werden. Wie ist hierzulande der aktuelle Stand von Forschung und Entwicklung? Wo muss noch mehr getan werden?

Deutschland ist aktuell sehr gut im Bereich der Forschung und Entwicklung dabei. Wir sehen ein starkes Engagement sowohl der industriellen Endanwender als auch im Anlagenbau. In diesem Sinne werden von der Nationalen Wasserstoffstrategie wichtige Impulse für die weitere Entwicklung ausgehen. Wir als DECHEMA sprechen uns für eine enge Verzahnung von akademischer und industrieller Forschung und Entwicklung aus. Zum einen muss die akademische Community hinsichtlich der industriellen Herausforderungen sensibilisiert werden, zum anderen werden auch im industriellen Umfeld die Chancen einer Zusammenarbeit im Hinblick auf die Etablierung von gesamten Wertschöpfungsketten stärker dargestellt werden müssen. Nur dann lassen sich, ausgehend von einer frühzeitigen Zusammenarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten über Branchengrenzen hinweg, gemeinsam die Herausforderungen erfolgreich meistern. Im Rahmen der Forschungsoffensive sind auch große Forschungsvorhaben „Wasserstoff in der Stahl- und Chemieindustrie“ als zukunftsweisende Angebote angekündigt, um Klimaneutralität zu erreichen. Wir sehen in dieser Maßnahme eine gute Chance, früh die relevanten Prozesse zu adressieren und zukunftsfähig und nachhaltig zu gestalten.

„Für einige Industriebranchen ist Wasserstoff alternativlos, um die Produktion nachhaltig und klimaneutral zu gestalten.“

Wie trägt die DECHEMA dazu bei?

Die DECHEMA sieht sich an der Schnittstelle von Akademia, Industrie und Gesellschaft. In unseren Netzwerken werden die Themen ausgiebig von Experten mit unterschiedlichsten Hintergründen diskutiert. Wir sind darüber hinaus intensiv selbst in Forschungs- und Entwicklungsprojekten aktiv. Im Zentrum unseres Engagements steht das professionelle Management sehr großer BMBF-geförderter Projekte: Das Kopernikus-Projekt P2X, das  verschiedene Power-to-X-Wertschöpfungsketten abbildet, und NAMOSYN, das  sich mit synthetischen Kraftstoffen beschäftigt. Hinzu kommen weitere Projekte wie Power-to-Methanol als eine Vorstudie für eine Anlage zur Produktion von erneuerbarem Methanol. Diese Projekte ergänzen sich hervorragend mit unseren Aktivitäten zur CO2-Abtrennung und Nutzung als einem unverzichtbaren Baustein für die weitere Nutzung von Wasserstoff in Form von kohlenstoffhaltigen Energieträgern oder chemischen Grundstoffen. Im Kontext nationaler und internationaler Aktivitäten bilden unsere Veranstaltungen eine Möglichkeit, den Austausch in und zwischen den Communities zu stärken und voranzubringen. Die DECHEMA hat außerdem in Form von Studien- und Positionspapieren schon früh die Bedeutung von Wasserstoff hervorgehoben und insbesondere im Kontext der chemischen Industrie analysiert.

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Von Tony Boehle – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27335434

Metallorganische Gerüstverbindungen oder MOFs gehören vielleicht zu den spannendsten Materialklassen überhaupt. Die Vielfalt der möglichen Zusammensetzungen, Strukturen und Oberflächeneigenschaften eröffnet eine enorme Breite möglicher Anwendungsgebiete. Das zeigt ein Blick auf einige beispielhafte Veröffentlichungen der letzten Monate:

  • Eines der vielbeachteten Einsatzgebiete von MOFs ist die Abtrennung von CO2 aus feuchten Gasströmen. Bisher bereitet das große Probleme, weil die Wassermoleküle mit CO2 um die Bindungsstellen an vielen adsorptiven Materialien konkurrieren. Wissenschaftler der Polytechnischen Hochschule Lausanne um Peter Boyd screenten mit einem Computermodell 325.000 metallorganische Gerüstverbindungen auf ihr Adsorptionsverhalten. Dabei stießen sie auf 35 Strukturen, die CO2 aus nassen Abgasen filtern können. Der Trick: Die Materialien verfügen über getrennte Bindungsstellen für Wasser bzw. für CO2. So wird die Konkurrenz der beiden Moleküle vermieden. Die Ergebnisse aus dem Rechner konnten an zwei Materialien bereits verifiziert werden – sie eignen sich besser als bisher verfügbare Zeolithe und ähnliche Materialien zur CO2-Abtrennung aus feuchter Umgebung. (Publikation in Nature)
  • Ein Team der Universität Manchester stellte im November Ergebnisse zum Einsatz von MOF gegen Luftverschmutzung durch Stickoxide vor. Das „Manchester Framework Material 520 – MFM-520“ adsorbiert 4,2 mmol NO2-Dimere pro g. Behandelt man das MOF anschließend mit Wasser in Luft, wird das NO2 quantitativ zu HNO3 umgewandelt, und das MOF wird vollständig regeneriert. Damit steht ein neues edelmetallfreies Material für die Denitrifikation von trockenen und feuchten Gasströmen zur Verfügung. (Webseite der Universität Manchester)
Photo by Heorhii Heorhiichuk on Pexels.com
  • Auch andere gefährliche Substanzen lassen sich mit Hilfe von MOFs aus der Atemluft entfernen: Im Journal der American Chemical Society berichten Wissenschaftler aus den USA und China über den Einsatz von MOFs, um chemische Kampfstoffe aus der Luft unschädlich zu machen. Bisherige Ansätze scheiterten daran, dass für die Hyrolyse der Nervengifte alkalische Lösungen mit flüchtigen toxischen Basen benötigt wurden. Die Forscher der Nordwestern University und ihre Partner kombinieren MOFs auf Zirkonium-Basis mit linearem Polyethylimin, einer festen Base. Der Verbundstoff speichert genug Wasser aus der Luftfeuchtigkeit, um die Hydrolyse ohne flüssiges Wasser zu ermöglichen. Er lässt sich auf Textilien auftragen und kann so beispielsweise in Luftfiltern oder Schutzanzügen eingesetzt werden. (Artikel im J. Am.Chem. Soc.)
  • Doch der Einsatz von metallorganischen Gerüstverbindungen beschränkt sich nicht nur auf die Abtrennung von Gasen. So berichteten Wissenschaftler kürzlich in Nature Communications über Wege, MOFs so zu designen, dass sie als Katalysatoren bei der Wasserelektrolyse die Sauerstoffentstehung fördern. Dabei werden Verknüpfungen innerhalb des MOF entfernt; anstelle von Liganden mit mehreren Koordinationsstellen werden einfache Liganden eingesetzt, so dass die Netzwerkstruktur Lücken bekommt („missing linkers“). Erste experimentelle Ergebnisse bestätigen die Berechnungen und lassen darauf schließen, dass durch diese Methoden auch MOFs für andere katalytische Reaktionen optimiert werden können. (Artikel in Nature Communications)

Mehr Aktuelles zu metallorganischen Gerüstverbindungen gibt es bei der 7th International Conference on Metal-Organic Frameworks and Open Framework Compounds vom 20 – 23 September 2020 in Dresden. Bis 14. Februar 2020 können Sie Ihren Beitrag einreichen.

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Was wird die Prozesstechnik morgen beschäftigen? Wohin entwickelt sich die Biotechnologie? Und wer muss mit wem zusammenarbeiten, um diese Fragestellungen aktiv anzugehen?

Mehr als 50 Experten diskutierten beim Strategieworkshop über Zukunftsthemen

Neue Themen zu entdecken und aktiv mitzugestalten, gehört zu den wichtigsten Aufgaben der DECHEMA. Viele Ideen entstehen aus den Gremien heraus. Aber es liegt in der Natur der DECHEMA und von ProcessNet, dass die ganz wesentlichen Herausforderungen nicht eine Fachgruppe oder ein Ausschuss alleine bearbeiten kann. Von der Energiewende über die Nutzung nachwachsender Rohstoffe bis zum Umgang mit den neuen Datenströmen in der Prozessindustrie – fachübergreifende Zusammenarbeit ist mehr denn je gefragt.

„Verantwortung Zukunft“

Der gemeinsame Strategieworkshop von DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie und ProcessNet Mitte Oktober in Wiesloch hatte genau das zum Ziel: Es ging darum, die Fragestellungen von morgen zu identifizieren und zu bearbeiten. Rund 50 Expertinnen und Experten, die die unterschiedlichsten Fachrichtungen innerhalb der Community repräsentieren, trafen sich unter dem Motto „Verantwortung Zukunft“.

Die Aufgabenstellung: Die unübersehbar großen Themen Digitalisierung, Biologisierung und Circular Economy sollten greifbar gemacht und strukturiert werden. Als viertes Thema kristallisierte sich schon zu Beginn im neuen Veranstaltungsformat BarCamp die Kommunikation heraus: Technologischer Fortschritt ist ohne gesellschaftlichen Dialog nicht (mehr) möglich – aber wie kann dieser Dialog angestoßen und geführt werden?

Themen und Aufgaben definiert

Digitalisierung und neue Lebensmittel = „Kuh 2.0“?

Das Ergebnis: Nach zweieinhalb Tagen intensiver gemeinsamer Arbeit in World Cafés und Workshops liegen nun zu den drei Fachthemen umfangreiche Kataloge mit verschiedenen Arbeitsempfehlungen vor: Von der „Kuh 2.0“ als Stichwort für biosynthetische Lebensmittel über die Definition der Circular Economy bis zur Einordnung der vielfältigen Digitalisierungsthemen nach Entwicklungsgrad wurden Fragestellungen formuliert, die handhabbar sind. Namentlich benannte „Kümmerer“ sind dafür verantwortlich, diese Themen weiter zu verfolgen – sei es in Form eines spezifischen Workshops mit Experten, sei es in Form eines Diskussionspapiers oder als Ausgangspunkt für ein mögliches Projekt. Zur Kommunikation wurden sehr konkrete Handlungsaufträge entwickelt, die in der nächsten Zeit gemeinsam mit der Geschäftsstelle umgesetzt werden sollen. Anfang des Jahres werden die Ergebnisse in den Gremien von ProcessNet und DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie vorgestellt und die Aktivitäten mit allen Beteiligten gestartet.

Dass ein so fruchtbarer Workshop überhaupt möglich war, ist zum Einen dem großen Engagement all derer zu danken, die als Ehrenamtliche zwei Tage ihrer Zeit geopfert und sich mit großem Einsatz beteiligt haben. Zum Anderen gilt der Dank aber auch all denen, die schon vorher über ihre Fachgruppen und Beiräte zur Themensammlung beigetragen haben.

An die Arbeit!

Das Ende des Strategieworkshops bildet damit den Anfang einer ganzen Palette thematischer Aktivitäten und das klare Bekenntnis von ProcessNet und DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie: Gemeinsam übernehmen wir Verantwortung für die Zukunft.

DECHEMA-Mitglieder finden Anfang 2020 die Informationen zu den konkreten Aktivitäten im Mitgliederbereich der Webseite und können sich dann beteiligen – wir informieren Sie per Newsletter und DECHEMA aktuell.

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Die Stimmung war hervorragend beim 12. Bundesalgenstammtisch im September 2019 in Kiel. Sicher trug auch der Tagungsort dazu bei. Denn die ca. 120 Teilnehmer konnten nicht nur aktuelle Forschungsergebnisse erfahren und intensiv diskutieren, sondern in und rund um Kiel Algenkultivierung und – nutzung live erleben. Kiel hat sich in den letzten Jahren zu einer Hochburg für die Algenbiotechnologie entwickelt, und auf den angebotenenen fünf Exkursionen zu Unternehmen und Instituten in der Region konnten sich die Gäste selbst ein Bild von Forschung und Anwendung entlang der Wertschöpfungskette machen.

Auch im Vortragsprogramm hatten die örtlichen Aktivitäten ihren Platz. Dazu kamen Vorstellungen der neuen „Innovationsräume Bioökonomie“, namentlich  BaMS und BioBall, in denen Mikroalgen eine Rolle spielen werden. Weitere Sessions befassten sich mit der Nährstoffversorgung von Algenkulturen, den Wechselwirkungen zwischen Alge und Reaktorsystem und der Frage, wie man marktfähige Produkte auf Basis von Algen entwickelt.

Zusätzlich zu den Präsentationen konnten sich die Teilnehmer in der Posterausstellung einen Überblick über den Stand der Wissenschaft verschaffen.

Das nächste Treffen der Algencommunity wird im Rahmen der 34. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen vom 21.-14. September 2020 in Aachen stattfinden. Der Call for Papers öffnet Ende Oktober 2019.

Im Frühjahr 2021 findet dann in Wien der erste DACH-Algen-Kongress statt, der das Jahrestreffen des österreichischen Netzwerkes Algen und den deutschen Bundesalgenstammtisch in einer gemeinsamen Veranstaltung des DACH-Netzwerkes Algen bündelt.

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Power-to-X ist ein Konzept, das scheinbar alle Wünsche erfüllt: Eine Wirtschaft, die gleichzeitig den Energiebedarf deckt, Mobilität und Wärme gewährleistet und sogar als Grundlage der Chemieproduktion dienen kann und dabei gleichzeitig klimaneutral und ressourcenschonend ist. Doch wie weit sind wir von der Umsetzung entfernt?

Power-to-X-Technologien nutzen Strom aus erneuerbaren Quellen, um aus Kohlendioxid Gas, Kraftstoffe oder Chemikalien (subsummiert als „x“) zu erzeugen. Indem solche neuen Prozesse entwickelt und umgesetzt werden, lässt sich die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen reduzieren. Auch Dr. Simon Hafner, ThyssenKrupp Industrial Solutions, sieht das so: „Power-to-X-Technologien werden ein wichtiger Baustein sein, um den Übergang aus der fossilen Energieversorgung erfolgreich zu meistern.“ Gleichzeitig können diese Verfahren dazu beitragen, die Schwankungen in der erneuerbaren Stromerzeugung auszugleichen. Schlüssel dafür ist die Integration der Energiewirtschaft mit dem Verkehrssektor und der chemischen Industrie.

Kern von Power-to-X: Elektrolyse

„Power-to-X entwickelt sich von einem möglichen Szenario zu einer absoluten Notwendigkeit“, sagt Arnaud de Lhoneux, Regional Business Development Manager von Hydrogenics Europe. Sein Unternehmen beschäftigt sich seit 60 Jahren mit Wasserstofftechnologie. In den letzten Jahren beobachtet er einen wachsenden Anteil an Projekten im Energiebereich. Gleichzeitig werden die Elektrolyseanlagen immer größer.

Auch Christian von Olshausen von der Sunfire GmbH sieht die Entwicklung von Power-to-X positiv: „Elektrolyse ist das Bindeglied zwischen Elektrizität und Chemie. Auf lange Sicht wird PtX praktisch alles ersetzen, was heute aus Gas,Kohle, Rohöl oder Biomasse gewonnen wird.“

Chancen für Gründer

Sicher ist: Power-to-X-Technologien sind nicht mehr nur Träume im Labor. Das zeigt sich schon daran, dass mittlerweile eine ganze Reihe von jungen Unternehmen und Gründern auf ihre Verwirklichung setzen. „Wir können heute schon kompakte modulare Anlagen einsetzen, um die Kohlendioxid-Emissionen zu senken und den Weg in eine nachhaltige Zukunft für Mobilität und Chemie zu ebnen“, sagt Dr. Tim Boeltken, Managing Director des jungen Karlsruher Unternehmens Ineratec, das sich auf Reaktortechnik für Gas-to-Liquid-Prozesse spezialisiert hat. 

Auch die ESy-Labs aus Regensburg baut auf die Zukunft von Power-to-X. Das 2018 gegründete Unternehmen ist auf elektrosynthetische Verfahren zur Herstellung von organischen und anorganischen Rohstoffen spezialisiert. CEO Dr. Tobias Gärtner sieht dies als wichtigen Bestandteil zukünftiger Anwendungen: „Integrierte Lösungen verbinden die Vorteile verschiedener Forschungsbereiche: Elektrosynthese in Kombination mit Biotechnologie und chemischer Technik ist eine hervorragende Grundlage für wegweisende Innovationen.“

Mehr zu Power-to-X, aktuellen Technologien und neuen Anwendungen erfahren Sie beim DECHEMA-PRAXISforum Power-to-X am 8. und 9. Oktober 2019 in Frankfurt – melden Sie sich jetzt an!

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ICCDU 2019 was definitely „the place to be“ for anyone working on carbon dioxide utilization and the event everybody has been talking about. See for yourself what happened in Aachen:

Carbon dioxide utilization requires the cooperation of many disciplines – the CO2 emitting industries as well as chemists, biotechnologists, engineers and experts for sustainability and life cycle analysis. This is reflected in the variety of scientific topics at ICCU 2019:

https://dechema.de/Power_to_X.html

But carbon dioxide utilization is not only a matter of science and technology. Policy frameworks and social acceptance are prerequisites for its implementation, and they were discussed in Aachen, too:

If you think science is hard to visualize, see some of the presentations given at ICCDU:

A scientific conference is about research and hard facts, but also about people – here are some of the participants and their impressions:

Scientists reflect what they are doing – CO2 is something everbody is confronted with in their daily life:

And when we say, „everybody is talking about“ carbon dioxide utiliziation, we mean everybody!

https://www.telegraph.co.uk/technology/2019/06/25/muck-brass-meet-uk-entrepreneurs-turning-waste-co2-beer-cement/

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Der F.A.Z.-Fachverlag verleiht in diesem Jahr zum 14. Mal den STEP Award. Junge Unternehmen mit einer klaren Wachstumsperspektive, die 2018 mehr als eine halbe Million Euro umgesetzt haben, mindestens zehn Mitarbeiter beschäftigen und seit 2016 oder längeram Markt sind, können sich ab sofort bewerben. Ausgezeichnet werden Unternehmen mit besonders innovativen Leistungen und Geschäftsmodellen in den Kategorien Artificial Intelligence, Energiewende, Health Industry, Material Science und Mobility. Ein Sonderpreis wird darüber hinaus im Bereich New Work verliehen. Unternehmen können sich bis zum 15. Juli 2019 bewerben.

Neuerungen 2019

Der STEP Award wird erstmals nicht mehr nach einzelnen Branchen vergeben, sondern in verschiedenen Kategorien. „Die Digitalisierung macht es immer schwieriger, Branchen trennscharf zu betrachten. Als zukunftsorientierter Preis trägt der STEP Award diesen veränderten Gegebenheiten Rechnung“, erklärt Armin Häberle, Mitglied der Geschäftsleitung des F.A.Z.-Fachverlags und Mitglied der Jury.

Feierliche Gala

Alle Bewerbungen werden von einer unabhängigen Expertenjury aus Wirtschaft und Wissenschaft bewertet. Die besten Unternehmen erhalten als Finalisten am 2. Dezember 2019 Gelegenheit, sich beim sogenannten Elevator Talk der Jury persönlich zu präsentieren. Noch am gleichen Abend werden die Preisträger im Rahmen einer feierlichen Gala ausgezeichnet.

Information und Anmeldung zum Wettbewerb unter step-award.de

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Wie lassen sich Stadtquartiere ressourceneffizienter gestalten? Darüber diskutierten rund 130 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus Wissenschaft, Wirtschaft und Kommunen bei der Auftaktveranstaltung der Fördermaßnahme „Ressourceneffiziente Stadtquartiere für die Zukunft – RES:Z“ am 5. und 6. Juni in Frankfurt am Main. Ansätze gibt es viele, von der Begrünung bis zur Erstellung urbaner Gebäude-Material-Kataster und der Erarbeitung von Planungstools. In den kommenden 3 Jahren sollen sie in 11 Projekten weiterentwickelt werden.

Bereits heute lebt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten. Diese sind für bis zu 70% des weltweiten Ressourcenverbrauchs verantwortlich. Vor dem Hintergrund der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie und der Umsetzung der Sustainable Development Goals müssen Städte energie- und rohstoffeffizient sowie klimaangepasst weiter entwickelt werden.

Hier setzt die Fördermaßnahme „Ressourceneffiziente Stadtquartiere für die Zukunft – RES:Z“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) an. Die 11 inter- und transdisziplinären Projekte entwickeln unter aktiver Einbindung von über 20 Modellkommunen umsetzungsorientierte Konzepte für Wasserwirtschaft, Flächennutzung und Stoffstrommanagement auf der Ebene des Stadtquartiers und erproben diese in der Realität, um so einen Beitrag zur nachhaltigen Gestaltung von Städten zu leisten.

Zur Auftaktveranstaltung der Fördermaßnahme RES:Z wurden am 5. und 6. Juni 2019 rund 130 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus Wissenschaft, Wirtschaft und Kommunen im DECHEMA-Haus in Frankfurt am Main begrüßt. In Form von Tandemvorträgen der meist wissenschaftlichen Projektleitung und Vertreterinnen und Vertretern der involvierten Kommunen wurden die geplanten Arbeiten der Projekte sowie die spezifischen Ziele der jeweiligen Kommunen anschaulich vorgestellt, was zu einem regen und interessierten Austausch beitrug. Diskutiert wurden Aspekte zur Entwicklung von übergreifenden Planungsinstrumenten für die integrative Stadtentwicklung und zur Gestaltung des Straßenraums vor dem Hintergrund unterschiedlicher Anforderungen der Nutzung (z.B. Mobilität, Wasserwirtschaft, Stadtplanung) und den Herausforderungen des Klimawandels (Hitze, Starkregenereignisse). Weitere Themen waren die Bedeutung sowie die ökologischen und sozialen Leistungen von urbanen Grünflächen und Möglichkeiten der Begrünung von Fassaden und Hausdächern für eine Verbesserung des städtischen Mikroklimas. Vorgestellt wurden darüber hinaus Ansätze für eine optimierte Nutzung von Wohnraum, um Flächenversiegelung zu vermeiden und zur Schließung von Stoffkreisläufen durch die Erstellung von Gebäude-Material-Katastern und von Konzepten zur Nutzung von Sekundärrohstoffen aus dem Rückbau von Gebäuden.

Zwei Impulsvorträge zur urbanen Transformation sowie – als Blick über den Tellerrand – zu Städten der Zukunft in Asien mit Beispielen zu aktuellen Entwicklungen in Korea. ergänztentenn die Präsentationen der RES:Z-Projekte. z

Die Veranstaltung wurde von der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. organisiert, die das wissenschaftliche Querschnittsprojekt ReQ+ zur Fördermaßnahme RES:Z koordiniert. Projektpartner sind das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und StadtLand GmbH. Aufgaben von ReQ+ ist die inhaltliche Vernetzung der RES:Z-Projekte und die Unterstützung des Ergebnistransfers in die kommunale Praxis.

Weitere Informationen finden Sie unter: www.bmbf.ressourceneffiziente-stadtquartiere.de 

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