Energie aus Windkraftanlagen oder Solarzellen zu gewinnen - zwischenzeitlich weiß fast jeder Verbraucher, dass dies die Alternativen zu Kohle, Gas oder Benzin sind. Doch in Deutschlands Laboren arbeiten die Forscher längst an zukunftsfähigen Lösungen zur CO2-armen Energiegewinnung. Über genau diese Lösungen wurde bei den Hanseatischen Universitätsgesprächen in Hamburg gesprochen. Ein Beispiel sind sogenannte nanostrukturierte Thermoelektrika - das sind Materialien, die Wärme in elektrische Energie umwandeln. Professor Kornelius Nielsch von der Universität Hamburg:
"Wenn wir sozusagen bei den meisten Verbrennungsprozessen hinschauen, dann vergeuden wir eigentlich den größten Teil der Energie in Form von Wärme durch Abgase. Und wenn wir diese Abgase noch einmal auffangen, und daraus sozusagen aus den Abgasen die Energie rausziehen, um Strom zu erzeugen, dann haben wir Stromerzeugung - ich sage mal - zum Nulltarif. Natürlich braucht man entsprechende Investitionskosten, um diese Infrastrukturen, um diese Wärmegeneratoren zu bauen. Aber wir haben keine Einbußen, wenn wir beispielsweise ein Automobil betreiben, und dort halt im Fahrbetrieb den Strom erzeugen."
Beim Auto käme mit einem Thermoelektrikum der Strom für Autoradio, Beleuchtung und Klimaanlage nicht nur aus der Lichtmaschine, sondern auch aus überschüssiger Wärme im Motorraum. Langfristig können Thermoelektrika also den Einsatz von Lichtmaschinen in Automobilen überflüssig machen, was zu einer Treibstoffeinsparung von fünf bis zehn Prozent führt. Entwickelt werden sollen Materialien mit sehr guter Wärmedämmung, aber vergleichbaren elektrischen Leitfähigkeiten, wie sie Metalle aufweisen.
Jürgen Leohold ist Leiter der Konzernforschung der Volkswagen AG, ein Mann aus der Praxis also. Er lobt die Grundlagenforschung auf dem Gebiet der nanostrukturierten Thermoelektronik. Für ihn ist dies zurzeit jedoch nicht mehr als reine Zukunftsmusik:
"Das ist machbar. Man kann etwa 200 bis 300 Watt rausholen. Das hilft schon, hilft die Effizienz des Kraftfahrzeugs zu verbessern. Unsere Bewertung ist: ein hochspannendes Thema, aber leider sind die Werkstoffe noch nicht so weit. Sie sind von den Kosten bezogen auf die Energiemengen, die sie da erzeugen können, viel zu teuer, als dass sich das heutzutage umsetzen lässt."
Michael Fröba ist Professor für Anorganische Chemie an der Universität Hamburg. Er forscht an der Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien. Diese ist von ihrer Leistungsfähigkeit allen anderen Batterien auf dem Markt überlegen. Der Nachteil: Eine Reihe der heute eingesetzten Materialien enthalten Metalle als Grundstoffe, deren Verfügbarkeit, so wie die fossilen Brennstoffe zeitlich begrenzt sind. Deshalb bezieht sich die Forschung auch hier auf die Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien, die hohe Spannungen und Kapazitäten liefern. Gleiches gilt für die Brennstoffzelle: Auch hier ist die Forschung relativ weit: Längst fahren Busse und Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb - doch auch hier ist das Problem: Hocheffiziente Brennstoffzellen haben heute Elektroden aus dem teuren Edelmetallplatin, ein seltenes Material noch dazu. Seiner Meinung nach sind eben jene endlich vorhandenen und seltenen Metalle ein Problem, an das schon jetzt zu denken ist:
"Wir müssen andere Katalysatoren finden, die eine vergleichbare Effizienz haben. Andere Beispiele, wenn ich mir die Fotovoltaik anschaue: Das ist vielleicht ein griffigeres Beispiel. Die normale Fotovoltaik beruht auf Silicium. Silicium haben wir in ausreichenden Mengen. Das ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Das heißt, Silicium gewinnen wir normalerweise aus Sand. Die Dünnschicht Fotovoltaik, die ist natürlich sehr interessant, aber sie beruht auf Kupfer, Indium und Selen. Und da ist das Indium, von dem ich gerade gesprochen habe."
Indium gilt als eines der ersten Elemente, dessen Verwendung schon jetzt zu einer zunehmenden Verknappung führt und dessen natürliche Vorkommen bald vollständig erschöpft sein werden.
"Und die Effizienz zwischen beiden Anwendungen ist nicht so groß, dass man sagen würde, als dass man sagen könnte, das könnte sich lohnen."
Deshalb sein Appell an die Industrie: Vielleicht auf Techniken zurückzugreifen, die zwar im Wirkungsgrad ein oder zwei Prozent schwächer sind, aber dafür Materialien verwenden, die zu Genüge zur Verfügung stehen. Materialknappheit also ein großes Problem, bestätigt auch Jürgen Leohold, Leiter der VW-Konzernforschung:
"Da gibt es so Materialien, von denen haben Sie vielleicht noch gar nichts gehört. Disposium zum Beispiel brauchen Sie, um Elektromotoren oder hocheffiziente Magnete zu bauen. Neodym ist ein Werkstoff, der eng werden wird. Dann kommen genau diese Effekte dazu, dass wir feststellen: Das Neodym beispielsweise wird zum großen Teil in China gewonnen. China fängt an, Ausfuhrzölle zu erheben. Also wir stellen ganz klar fest, dass die sich zunehmend abschotten."
Man müsse weiter nach Alternativen forschen - die es durchaus gebe. Aber man werde nicht umhin kommen, neue Recyclingkreisläufe zu entwickeln, um dem Problem der Materialknappheit bei der CO2-armen Energiegewinnung entgegenzuwirken.
"Wenn wir sozusagen bei den meisten Verbrennungsprozessen hinschauen, dann vergeuden wir eigentlich den größten Teil der Energie in Form von Wärme durch Abgase. Und wenn wir diese Abgase noch einmal auffangen, und daraus sozusagen aus den Abgasen die Energie rausziehen, um Strom zu erzeugen, dann haben wir Stromerzeugung - ich sage mal - zum Nulltarif. Natürlich braucht man entsprechende Investitionskosten, um diese Infrastrukturen, um diese Wärmegeneratoren zu bauen. Aber wir haben keine Einbußen, wenn wir beispielsweise ein Automobil betreiben, und dort halt im Fahrbetrieb den Strom erzeugen."
Beim Auto käme mit einem Thermoelektrikum der Strom für Autoradio, Beleuchtung und Klimaanlage nicht nur aus der Lichtmaschine, sondern auch aus überschüssiger Wärme im Motorraum. Langfristig können Thermoelektrika also den Einsatz von Lichtmaschinen in Automobilen überflüssig machen, was zu einer Treibstoffeinsparung von fünf bis zehn Prozent führt. Entwickelt werden sollen Materialien mit sehr guter Wärmedämmung, aber vergleichbaren elektrischen Leitfähigkeiten, wie sie Metalle aufweisen.
Jürgen Leohold ist Leiter der Konzernforschung der Volkswagen AG, ein Mann aus der Praxis also. Er lobt die Grundlagenforschung auf dem Gebiet der nanostrukturierten Thermoelektronik. Für ihn ist dies zurzeit jedoch nicht mehr als reine Zukunftsmusik:
"Das ist machbar. Man kann etwa 200 bis 300 Watt rausholen. Das hilft schon, hilft die Effizienz des Kraftfahrzeugs zu verbessern. Unsere Bewertung ist: ein hochspannendes Thema, aber leider sind die Werkstoffe noch nicht so weit. Sie sind von den Kosten bezogen auf die Energiemengen, die sie da erzeugen können, viel zu teuer, als dass sich das heutzutage umsetzen lässt."
Michael Fröba ist Professor für Anorganische Chemie an der Universität Hamburg. Er forscht an der Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien. Diese ist von ihrer Leistungsfähigkeit allen anderen Batterien auf dem Markt überlegen. Der Nachteil: Eine Reihe der heute eingesetzten Materialien enthalten Metalle als Grundstoffe, deren Verfügbarkeit, so wie die fossilen Brennstoffe zeitlich begrenzt sind. Deshalb bezieht sich die Forschung auch hier auf die Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien, die hohe Spannungen und Kapazitäten liefern. Gleiches gilt für die Brennstoffzelle: Auch hier ist die Forschung relativ weit: Längst fahren Busse und Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb - doch auch hier ist das Problem: Hocheffiziente Brennstoffzellen haben heute Elektroden aus dem teuren Edelmetallplatin, ein seltenes Material noch dazu. Seiner Meinung nach sind eben jene endlich vorhandenen und seltenen Metalle ein Problem, an das schon jetzt zu denken ist:
"Wir müssen andere Katalysatoren finden, die eine vergleichbare Effizienz haben. Andere Beispiele, wenn ich mir die Fotovoltaik anschaue: Das ist vielleicht ein griffigeres Beispiel. Die normale Fotovoltaik beruht auf Silicium. Silicium haben wir in ausreichenden Mengen. Das ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Das heißt, Silicium gewinnen wir normalerweise aus Sand. Die Dünnschicht Fotovoltaik, die ist natürlich sehr interessant, aber sie beruht auf Kupfer, Indium und Selen. Und da ist das Indium, von dem ich gerade gesprochen habe."
Indium gilt als eines der ersten Elemente, dessen Verwendung schon jetzt zu einer zunehmenden Verknappung führt und dessen natürliche Vorkommen bald vollständig erschöpft sein werden.
"Und die Effizienz zwischen beiden Anwendungen ist nicht so groß, dass man sagen würde, als dass man sagen könnte, das könnte sich lohnen."
Deshalb sein Appell an die Industrie: Vielleicht auf Techniken zurückzugreifen, die zwar im Wirkungsgrad ein oder zwei Prozent schwächer sind, aber dafür Materialien verwenden, die zu Genüge zur Verfügung stehen. Materialknappheit also ein großes Problem, bestätigt auch Jürgen Leohold, Leiter der VW-Konzernforschung:
"Da gibt es so Materialien, von denen haben Sie vielleicht noch gar nichts gehört. Disposium zum Beispiel brauchen Sie, um Elektromotoren oder hocheffiziente Magnete zu bauen. Neodym ist ein Werkstoff, der eng werden wird. Dann kommen genau diese Effekte dazu, dass wir feststellen: Das Neodym beispielsweise wird zum großen Teil in China gewonnen. China fängt an, Ausfuhrzölle zu erheben. Also wir stellen ganz klar fest, dass die sich zunehmend abschotten."
Man müsse weiter nach Alternativen forschen - die es durchaus gebe. Aber man werde nicht umhin kommen, neue Recyclingkreisläufe zu entwickeln, um dem Problem der Materialknappheit bei der CO2-armen Energiegewinnung entgegenzuwirken.