Panel Discussion (2013) - 'Chemical Energy Conversion and Storage' (with Nobel Laureates Ertl, Grubbs, Kohn, Michel, Schrock)

Our world is at present mostly running on fossil fuels – oil, coal and natural gas – using energy harnessed from the sun and stored by photosynthetic organisms many million years ago

Chairman: Ladies and gentlemen, young investigators, welcome to the panel discussion 'Chemical Energy Storage and Conversion'. This morning we have had a very good and nice, almost everything covering introduction by Steven Chu on this topic. Also in the past years we had many discussions on this stage by Nobel Laureates. These Nobel Laureates related to energy supply, shortage of fossil fuels and the consequences of burning fossil fuels for the climate, for the life on our planet and human life in general. So this time the focus will be a little different. We would like to discuss what chemistry could do to solve the energy problem. It is clear that the highest energy density, you have seen the slide from Steven Chu this morning, is achieved in chemical bonds. So the best way to store energy, and this is for example done by photosynthesis, is in chemical bonds. For example what we use for driving our cars or flying our planes, diesel, gasoline, kerosene. And it is also clear that fuels are needed. For example as I said for flying planes. You cannot do that with sun panels. Electricity is already available from renewable sources: from photovoltaics, from wind and from water power. But electricity has to be stored also in some form. We can use batteries, mechanical devices. But again the best way would be to store it, if you don’t need it on the spot, in chemical bonds. The replacement of liquid fossil fuels is still in far reach. The use of the power of the sun as Walter Kohn who is unfortunately not coming because he is not feeling well, to this panel discussion. So Walter Kohn has a film called The Power of the Sun. And I’m convinced that to use the sun is mandatory. Furthermore we need non-toxic basic chemicals. One example would be water which is abundant, not expensive for example for something like artificial photosynthesis. So that this would be light induced water splitting to produce hydrogen or to use photosynthesis in a similar way for CO2 reduction. This requires large efforts in chemistry since all these processes are difficult to perform and require for example the development of inexpensive non-toxic and highly efficient catalysts before appropriate devices can become of practical use. This is one of the big challenges for chemistry in this century. Therefore we want to discuss this topic today in this panel discussion. And now I would like to start this discussion by giving the word to our panellists. One after the other should make a statement about his opinion on chemical storage and conversion of energy. So I think we could start with Gerhard Ertl please. Gerhard Ertl: Thank you very much. As you mentioned it’s not essentially the problem of energy conversion. There is enough energy in the sun light, less than 1% of sun light would be needed to serve the needs of the whole population of the world. But the energy has to be stored and transported. And electricity of course can be used to split water electrolytically. Or it can also be used to convert the electrical energy, the chemical energy for example in batteries. There are still many, many problems to be solved. For example fuel cells are considered to be the future source for driving cars. But fuel cells are not so far advanced that you can have a routine use of fuel cells in cars. And batteries, of course, are very heavy and their lifetime is also not very long. So these are other demands. And apart from this fact you can convert hydrogen into other chemicals like organic molecules. This also needs a catalysis. So catalysis will be the key technique for solving these problems in the future. Chairman: Thank you very much. Professor Grubbs. Robert Grubbs: So the big problem is energy storage as was indicated. And it’s a very, especially batteries is a really interesting chemical problem. In batteries there’s the whole issue of the electrodes, the chemistry, the basic chemistry that takes place. And then you get into the electrolytes and the separators. And so there’s a phenomenal amount of really good material science that’s associated with batteries. And we still have a very long way to go to be able to make cars that you can plug in and drive long distances etc. So this is an area which I think a lot of chemists really need to work on. There are tons of people there but it provides some really interesting problems. I’m associated with a company that’s trying to develop a new chemistry for batteries. And it’s very challenging but lots and lots of fun. So I think that’s going to be one of the key things once one learns how to do the energy conversion, is how you store it. How you keep power over night. How you put it into an automobile and drive etc. So that’s one of the key features that I think will be coming along. Chairman: Thank you. Richard. Richard Schrock: Thank you. Well, I tell my wife sometimes that everything is chemistry. And I don’t think everything is chemistry in terms of energy conversion and sustainability and the like. But certainly as you just heard a lot of it is. And of course it’s natural. Also it’s true. Photo system 2, water splitting. Ok that’s good inorganic chemistry and I’m an inorganic chemist. And a lot of it involves metals, transition metals. And none of that is going to go away. Whether it’s heterogeneous or homogeneous, catalysis with transition metals, that already does fantastic things. Is going to be called upon to do yet even more fantastic things. And so there’s a lot of scope out there. Whether it's batteries, water splitting, whatever it is. And also interdisciplinary, very much so as you also heard, certainly material scientists and chemists and electrochemists and organic chemists - everyone has an opportunity here to work together to really solve these big, big problems. I was surprised to hear some of the things that are being considered these days. And I was contacted by the Department of Energy - there might be somebody here from the department of energy, I know there is somewhere. And one of their ideas is of course how to store hydrogen. Now that’s not a problem that people haven’t addressed. They’ve been considering various ways to store hydrogen because it’s so difficult to store as a gas and use it in your automobile. But one of the ways that they considered or are considering to store it, believe it or not, is to make ammonia. And then to get hydrogen back from ammonia by just reversing that process. All catalytic processes are reversible. And each of those, especially making ammonia which is something I’m interested in, is an enormous challenge. So these are 20, 25, who knows how many years in the future. And of course they’re not all going to pay off. So there will be many of them that just never go anywhere. But if one, if 10% of them pay off or even 5% of them pay off, it can be very, very important to us all. And I expect that but unfortunately I won’t be around to see that. Chairman: Thank you. Hartmut. Hartmut Michel: My advice would be to try to stay electric as long as you can. Of course photovoltaic cells, thermo solar plants and wind mills give you electric energy. And so the basic problem is how to store the energy. And it’s very clear for me, the prime goal has to be to get batteries which are 10,000 times rechargeable. And which have a higher energy density as at the present today. And as outlined by Steve Chu, if you increase the energy density by a factor of 4 and the batteries are already there, that you can get, you can produce cars which cover the same distance without refuelling, as cars with current ignition engines. So this would be really an ultimate goal. Of course you also need to store energy in other instances. Electricity you can store, I would think also when the battery problem is solved in your home. And I was pretty much impressed travelling once to Bangalore, to the Indian Institute of Science. In Bangalore you have power failures 5 times a day. What they did was actually they had 2 rooms full of car batteries. They charged, in 1 room the batteries were charged and the other room they were used for the extra generator. So they only could use extra generator powered by car batteries. So if we would have to store energy we can have the whole thing distributed all over the house. And each house could have a room in the basement where you store batteries and have this supply for that. Without having that of course we still have to go the way to produce energy rich chemicals. And we live in an oxidised world so we have to get energy by reducing something. And the difficult thing is if you have enough electricity, you electrolyse water, produce hydrogen. Hydrogen you use to convert carbon dioxide from a nearby power plant into methane or methanol. You also can convert it by chemical synthesis up to kerosene and use it then for powering jets, for jets. This is how it has to happen so these are the changes which we have to see. We have to make these processes more important. And as Professor Ertl said catalysts are the key for the chemical conversions and I completely agree on that. Chairman: Thank you. Maybe there is immediately one question from my side. Is charging the battery not a problem? If you want to be mobile, you drive longer distances. Even Steve Chu said this morning 300 miles is no problem. But charging it, like we are going to a gas station, filling in the gasoline and then we go on. It would certainly take some time. And if you do it very quickly the battery will probably degrade faster. So this is one of the problems. Or is that problem solved? I don’t know. Gerhard Ertl: I think we should not concentrate on a single source of energy. It will be a mixture, a mixture of different sources. And the first step I think would be to save energy. That you could save energy asking the industry to build smaller cars and to introduce a speed limit on the freeways which you don’t have here in Germany. You could save a lot here. So these are essentially political decisions which are necessary. And science then can help to accomplish these issues. But first of all we must have regulations from politics which save our energy consumption. Chairman: And certainly also public transport. In Germany we are not even able to reduce the speed on the freeway, to tell people that probably not everybody should drive a car anymore. That would be very difficult, I see that too. So in general it’s a toy of all the Germans and maybe many others, many other people in the world. You wanted to say something on the battery problem? Robert Grubb: Yeah the speed of recharging and there’s all kinds of crazy schemes that people are developing. I think Tesla in California is setting up battery exchange programmes. So you drive up and you exchange batteries. And there’s lots, that’s probably not going to be an effective way in the end. So I think again it’s just a materials problem, how fast you can charge, how you can deal with the heat, how you can deal with all of the other issues. And it’s a very interesting engineering problem which, there’s progress being made but we have a long way to go. Chairman: There is one question maybe I can, directly have to find, we have not too many but a few. That was related to the problem of batteries. It was on lithium, let me see if I can find that: like lithium or possibly other rare elements? Isn’t there as well a problem that mining destroys nature?“ An example is the impressive salt lake in Bolivia, that is now used to get the lithium out. I mean this is a general problem I believe that we will have in many places, do we have enough lithium to make all these batteries? Robert Grubb: Probably not. But also there’s now a lot of other sort of chemistries that people are looking at. So I think lithium is probably going to be one of those but there are many other chemistries that people are looking at which will replace lithium. Those are going to be the next generation batteries, I think. Gerhard Ertl: About 10 years ago the car industry propagated very strongly the use of fuel cells. And Mercedes claimed that within 5 years all cars from Mercedes would be fuelled by fuel cells. About 5 years ago I met a representative from Volvo and he told, the future will be lithium ion batteries, just wait 5 years and all cars will be equipped with lithium ion batteries. So there are fashions coming and going again. We cannot know what will be the final solution to that. Chairman: Hartmut Hartmut Michel: Yeah I wanted to say according to the information I have there is no shortage of lithium. There is no shortage of lithium. Richard Schrock: I am not a geologist but I didn’t know we were running out of lithium. And certainly there are alternatives, of course sodium get more bang for their buck, so that would be better. There are a few problems associated with sodium like all other alternatives, even lithium. We are running out of elements, that’s true. I hear we only have, I don’t know what the estimate is, but phosphorus is in danger in fact. Hartmut Michel: That is right. Richard Schrock: I don’t think it pertains to batteries but I’m not sure. But yeah, ok you don’t run out of elements but you run out of concentrated forms of them. So if you dilute the elements then you’ve got to put in a lot of energy to get them back in concentrated form. So this is a problem neither created nor destroyed. But certainly they become less concentrated. So that is a problem in the long run but I feel that there are probably, you know, unknown sources of, that would be more expensive to extract what we need from the unknown sources but unknown sources are unconsidered sources. I mean like everything else we take elements from the most available source and the cheapest one. And then when that is depleted, if it is depleted we move on to the next most available source. And certainly if you count all the lithium and sodium and potassium and so on in sea water, it’s a very large number. So I don’t think we’re going to run out right away. Chairman: Good, I think we should stay a little longer with electricity. There is another question here and I will reformulate it a little bit. I mean it’s almost impossible to use it on the spot. We need to store it. Either in batteries, we have discussed that, or in chemical bonds or pumping up water or other devices. And in Germany for example this is quite a large problem. So we have wind power at the North Sea, at the Baltic Sea. Not enough power lines to serve the rest of the country. And a similar situation is certainly found with photovoltaics. So this is a big problem, for the rest of the world the same way, I believe. Do you want to make any comments how to solve the problem? It’s again political and also personal. And you don’t want to have a power line through your garden. Gerhard Ertl: There is a hot debate about creating new power lines, of course. This is really a political issue. Science cannot provide a solution to that. You have to build some. And of course if you have electricity, the most convenient way to convert it into chemical bonds is to form hydrogen. And then use the hydrogen to transform it into other chemicals. There are techniques available. Sufficient processes have been well known for decades. So it is just a question but what do you want to do and how to achieve this. But in principle it’s possible. Chairman: Professor Ertl you mentioned that there could be a conversion using CO2. And there are quite a few questions concerning that. Maybe I read one from Jacob Kennedy from Caltech, Do you think it is necessary? Is it a necessary bridge between fossil and alternative fuels? Is storage enough, for example as a carbonate mineral, or transformation to value added products, necessary to make it economically viable?“ So that goes also in some other directions, but I think the main topic is CO2 reduction. Gerhard Ertl: It’s a way to emphasise sustainable energy supply. You first burn something, it creates CO2 and then restore CO2 and transform it back. It’s always a question of the balance between input and output. So in principle it can be done. And there are several attempts to do this work along these lines. Chairman: Is there still something to do for CO2 reduction, conversion on the catalytic side? How far is this? You know you mentioned ... Richard Schrock: There is definitely something to do because. I mean you know CO2 and water are at the end of the road. So thermodynamically they’re way down there. And of course people talk casually about converting CO2 but you’ve got to put energy in to do that. You can’t, no process - I shouldn’t say there are no processes. I think you sit and look at some of the things that have been proposed. There might be a couple that are exothermic but almost all of them are endothermic. So that means you’ve got to put energy in. And this is, it’s a zero sum game I think in the end to talk about converting CO2 catalytically or storing CO2. I mean you have to look at the numbers in terms of the amount of CO2 that man is putting up there and do the calculations. And then you find out that there’s just almost no way for man, and again this involves energy, to store that amount of CO2 in some element or some compound like carbonate in order to get rid of it. It’s just, I’m very pessimistic, and again I’m not an expert, but the numbers that we’re talking about, if you want to reduce CO2 are just absolutely enormous. The Haber Bosch process uses hydrogen. And they get the hydrogen from really methane and water to give CO2 and hydrogen. So they produce, the Haber Bosch process, along with everything else, produces a huge amount of CO2. And they use nitrogen of course. And I’ve forgotten the number. Well they consume enough nitrogen to make 10^8 tonnes or so of ammonia per year. But the amount of nitrogen that is available is like 10^15 tones. So 10^8 tones is nothing. Of course that has nothing to do with our storing of energy and so forth. It’s just, I’m just trying to impress you with the numbers. The amount of CO2 that you have to sequester or do something with in order to reduce it, given the fact that it’s being formed all the time in huge quantities. And there’s a lot of it there. Just extremely large. Chairman: So there are a few more questions concerning the CO2. Maybe you have already answered but try to answer the first question. The enormous amount that we see from, also from factories is certainly very difficult to convert. Richard Schrock: If you just look at the number of planes that are flying around and add the number of automobiles flying around and the number of Haber Bosch scale processes that are producing CO2 and burning of methane in oil fields and everything. It’s very, it's staggering the amount that is being produced. And it’s casual to talk about, well not casual but 400 parts per million doesn’t sound like much. But throughout all over the earth it amounts to a huge amount of CO2 that we’re putting in there. Hartmut Michel: Of course we normally forget that a major source of CO2 is cement production and also steel production, that’s enormous. Chairman: That is right. We just had a discussion with people from ThyssenKrupp in Duisburg and they told us the amount of CO2 that they are storing. They have a very big storage tank in Duisburg where you can put in 300,000 m3 of gas. And they said they can fill 150 of these tanks per day with the steel production that is available. But the interesting point, this is highly enriched. So if there would be a method to convert it, certainly we need a good catalyst, hydrogen from non-fossil fuels, to convert that to methane or to methanol or to some other valuable product. That would be excellent. So, Robert Schlögl, our institute will probably work on that. But as a success, depends on catalysis again. Richard Schrock: The most optimistic thing would be to actually come up with a catalytic process that would use solar as its ultimate energy source. Whether it produces hydrogen or whatever. And a catalyst to combine CO2 to make whatever you want to make. Along with water that would be a good product. We know that’s safe. It’s going to be very, very difficult. And it will be, in terms of energy this is an endothermic catalytic reaction almost certainly. So one way or other you’ve got to put in some energy to use CO2. Sorry to sound so pessimistic. But it’s a big, big problem. Chairman: There was one question, this is kind of related. The CO2 problem we have probably now finished. There is still a lot to do for chemistry to develop a process that can convert CO2 to something useful that we can use in an energy cycle. Here is one question, "Why developing batteries instead of a possible methanol economy?“ So there has been the book by Ola some years ago that made some suggestions. In the meantime there has been a discussion again, problems with methanol. What is your opinion about that? This is kind of related to this question. Hartmut Michel: It’s very clear cut, that the best is to stay electric when you are electric. The point is that of course you always lose energy when you do the chemical conversion. And the end, the major point is that an ignition engine, for which you’d use methanol or kerosene or whatever, is very in efficient. Only 20% of the energy in the fuel is used at the end to drive the car, to drive the wheels. And if you stay electric it's 80% of the energy in the battery is used to drive the car. And that’s a very clear point in favour of staying electric. Always the efficiency of electrolysing water is not 100%. And in all these processes you lose energy at the end. To stay electric is the best thing. And in my opinion electricity generation, electricity supply would be the best if we would have superconducting cables which would connect photovoltaic fields, areas in Arizona, Mexico, in the Sahara, in China and Australia. Because the sun is shining somewhere everywhere. And if we have superconducting cables connecting the fields and supplying the electricity to consumers we would not have to store electricity. We simply can use the energy here in the night which is at the same time produced in Australia. So producing superconducting cables would be the best thing to do. Gerhard Ertl: This again is a question of the costs. Gerhard Ertl: You shouldn’t forget that. Chairman: That is right. Gerhard Ertl: Building up such a net would be very expensive and maintenance would be even more expensive. So I am not very optimistic with this solution. Chairman: Astrid Astrid Gräslund: So I am more of a bystander here because I am not an expert in these fields. But I would like to just raise a question and that is, Can you have a vision of a fossil fuel world, what would that look like? Is that a science fiction world or is it something that we could have in our, at least not too distant future? That would maybe use fossil oils for maybe raw material for certain productions but not really use it up for just burning. Is there such a possibility or is this just... Gerhard Ertl: Methanol technology was just mentioned. You can produce methanol from CO2 and hydrogen by catalytic processes. And then use methanol as energy source in a fuel cell. So the methanol fuel cell is a clear option. There are again serious problems with poisoning. You need very, very clean materials, otherwise electrodes and catalysts are poisoned. So these problems, as long as they are not solved, this will not be a solution of our long-term problems. Astrid Gräslund: I guess that because this would cost a lot of money, so it would change our lifestyle quite considerably. We cannot live the way that we do now. So it’s difficult to foresee perhaps and for of course the rest of the world even more so. Chairman: That’s a general problem. I mean in many electrolysers, fuel cells, there are expensive materials, precious metals. Many of the catalysts that work really well also for splitting water, they contain ruthenium, iridium, rhodium, platinum, metals that are very expensive. And we don’t have enough of them. So that seems to be a problem and I believe that this is also a place where chemistry has to do something. You have mentioned that several times in your talk. Even try to replace a ruthenium catalyst by iron or something, unsuccessfully. Robert Grubb: But there is a large programme going on in the US now. It's run by Harry Gray at our place, who is trying to find non-rare metals as a source for hydrogen splitting. And they’re making some progress. And Dan Nocera who is at MIT making progress at using non-nobles for making oxygen as part of the splitting process. And so these are things that I think people are working on very hard right now. And I’m pretty optimistic about that area. Chairman: Very good. So I think this block, electricity and a few other aspects, we have now more or less covered. I think there is a good way and Hartmut is convinced that we should go more electric and this is certainly right. At the moment I don’t know the numbers, maybe 25/30% is electricity of our energy demand, the rest is fuels for heating, for driving cars. And this has to be replaced. And at the moment I don’t see any good and direct way to create a renewable liquid fuel for example or gaseous fuel that we can use. And certainly we can drive a car with electricity, that’s no problem, but to fly a plane with electricity, with sun panels, will be difficult. Or even these big ships that we are using for transport, that is also not so easy. So there is a demand to find a solution for that. Richard Schrock: Just 2 things: if you want energy quickly and everywhere, in ships, maybe not planes. I know this probably isn’t popular in Germany but there is something called nuclear energy. Which you know in terms of bang for your buck, quickly and a lot of it, it’s available, it works. And 75% of France is run on nuclear energy. That’s probably not very well known. But ultimately we have to put in energy in some way in all of these things. And of course the way it’s done now is that big ball in the sky. I mean we’re really 98.5% nuclear because the sun provides everything except what you get from radio activity through natural decay in the ground. So we’ve got to use solar power some way in the end, I think, because there’s really no way around it, unless it’s nuclear, at least in the short time. But ultimately the sun is going to be around a long time and that’s why we’re all here and surviving. So that’s what we got to plan on in the future. Chairman: You are certainly right but you know in Germany the decision has been made after Fukushima, also in some other countries. And I believe it is very difficult to do something also against the will of the majority of the population in a country. That’s a political issue. But certainly it would make sense. Richard Schrock: Now I hear some people are opposed to windmills because they’re ugly. Richard Schrock: They make noise, whoof, whoof, whoof, so they don’t want to live near them. Chairman: Astrid Astrid Gräslund: Joking aside. I would say that here of course one has to consider time scales. So what you are deciding now in Germany about windmills and nuclear power and so on, it is now. And maybe not 40 years ago what would be the situation then when we had the global warming perhaps being very noticeable. I mean we really had to do something. Chairman: That is right. Astrid Gräslund: Then there will be a completely different situation, I think, also for the political decision makers. So I think for now we will have to struggle on. And of course we should, as you indicate here, do our research so that we have the methodologies, technologies available. But I don’t think we should expect any politician to make us, make them go into technologies in large scale yet. Chairman: Astrid you are completely right. But you know I am not pro-nuclear. But I just want to say also for the young people here. I mean if I ask you who is for or who is against nuclear power, I think there will be a minority to be pro nuclear power. But on the other hand I think it is important to keep the knowledge and to further develop the technology to make safe nuclear power plants. And nobody in Germany, almost nobody I know of one place, and in particular the young people, they don’t go in this field, to work in this field anymore. So within one generation this will be lost. And that is a danger. We had the case with Chernobyl and other just-across-the-border power plants that have a problem. And we are feeling these problems. And you cannot avoid it, it’s a global problem. And we have to think along these lines and really find a solution also for this problem, I believe. Gerhard Ertl: What you mentioned concerns existing power plants. Chairman: Also new ones. Gerhard Ertl: But I think what is even more serious is what to do with the waste, the nuclear waste. And this problem has not been solved so far. You know in Germany we have a strong debate about a place where we could deposit the nuclear waste. This is of course also a problem for chemistry in some respects. Chairman: Exactly. Gerhard Ertl: But very often it’s just swept under the carpet. Chairman: That is one of the major problems. It’s also the reason that I’m really. We have to solve this problem in some way. And there is no good solution yet. Robert Grubb: And so in the US, there were a lot of solutions proposed. And we have lots of open land and area but the people nearby of course didn’t want it in their back yard. So there’s always, always this issue. But the other part, I think you raised a really important issue, is that I was on another panel, an advisory group which was considering nuclear power. And finding experts in the field is really difficult now because no one is going into the field over the last number of years. And so as you say if we’re forced into it it’s going to have to be, how are we going to restart the field. Chairman: That is right. Okay, so there was not a single question about nuclear power here. But let us go into some other questions. This is concerning using biology. There was one question, what can we learn from biology for the process? That is pretty clear. Everybody of us will agree, I think, that one can learn from it. And maybe chemistry has to find different solutions, you cannot use the same systems. But we can perhaps use the biological system. And there are many questions concerning that. And maybe you can try to answer some of them. One was concerning photosynthesis. Is it feasible to solve the energy needs by harvesting the energy from the sun and store it in fuels? What are the expected energy numbers, expected from this method?“ And quite a number of other questions related to that. For example, Can sugar cane be an effective source of bio fuels, this is Brazil? Are bio fuels economically viable and environmentally friendly?“ And so on. Hartmut. He already made a statement, but this was on Saturday and you were not there, so he will repeat. Hartmut Michel: Okay. The overall process of photosynthesis has a pretty low efficiency. Starting from the beginning only about 47% of the sunlight, energy wise, is absorbed by the plants. And then we have, because you know there is much more energy in the light quanta. Of course there is more energy in the blue quanta than in the red quanta. And there already is only about 40% of the energy in the light quanta is then stored in the primary reaction. And the losses go on. You need about 9.4 photons to produce 2 molecules of fixed hydrogen which you then could use to produce, which you then use to produce carbon dioxide. Carbon dioxide fixation in the plants is another problem because the enzyme cannot discriminate accurately enough between oxygen O2 and carbon dioxide CO2. And in every third cycle it incorporates an O2 instead of a CO2 into the sugar, into the C5 sugar. And this leads to loss of energy of 30 to 40%. Another point is that photosynthesis is optimised for low light intensities. So even here in Germany if you have full sunlight, 80% of the sunlight is not used. The electron flow through the reaction centres is limiting that. And you get damage of the reaction centre. And nature has partly solved the damage by exchanging the central subunit of the photo system to 3 times an hour. It gets probably photo-oxidised with the subunit and has to be replaced. And this is what the plants manage to do. But I don’t think we can do that in a kind of technological solution. Taking together all these limiting factors the theoretical upper limit for photosynthesis is continued to be 5% for use of the plants. But actually when you measure the biomass which you produce, which you get under optimal conditions with various plants, then this value is about 1%. Then you go further to production of bio fuels. You have to invest in say tractor fuels. You have to collect the stuff, you have to put energy to produce the fertiliser. And then more than 50% of the energy in the bio fuel you have to put in from fossil fuels. So that’s another point. And when you consider German bio diesel then it’s less than 0.1% of the sun’s energy which is in the German bio diesel. So the overall process is extremely inefficient. And when you do further simple calculations to find out how much area you would need to substitute Germany’s consumption for car petrol and car diesel. Then you end up that all agricultural land of Germany would just be sufficient to supply 8 to 10% of Germany’s gasoline and diesel. So this is nothing. On the other hand we, already in Germany we use 20% of the land for growing corn/maize in order to supply the material for biogas production. And as a result of that food price went up, but the income of the farmers increased. And the farmer lobby is a strong lobby in favour of producing bio fuels because they really have lots of profits from that. There can be no doubt about that. And it’s difficult against the farmer’s lobby, they have support by politician to argue against that. What makes me most negative against bio fuels is the palm oil production in the tropics. And this clearly leads to the clearing of the rain forest in order to start up oil palm plantations. And you may have read about the hazing in Singapore which is due to the illegal cutting, burning of rain forest in Sumatra Island. And this of course has to be stopped. And I don’t think there is any political solution for that. We simply should not use palm oil as a diesel source. And we should not import this kind of bio fuel to Europe or to the US. Chairman: Good. Thank you. Also the situation in Brazil. I think using sugar cane is, the calculation, I heard, is a few percent at least, storage of the sun energy. Hartmut Michel: No, it's 0.2%, it’s very easy to calculate. But the advantage of Brazil is that sugar cane is, that you use, they squeeze the stems to burn and use this energy for distillation of the fermentation product, to get the alcohol. For that reason the energy input and bio ethanol production in Brazil is pretty low. And it's economically possible. Chairman: I think in America there is a similar situation with corn. Richard Schrock: A similar situation with corn. I think some estimates were that it's actually, you have to put in more energy than you get out. If you count everything in terms of fertiliser, making the fertiliser and growing the corn, and processing the corn, and fermenting the corn, and distilling all of the, you know, to get out the ethanol and so on. And purifying it and so on. In the end it costs more than you get. So that’s definitely not what we want. And I don’t know if you’ve heard those numbers Bob, but, or maybe you have too, but there’s no longer a lot of enthusiasm for corn, at least in the US. Chairman: This is changing the situation, which is good. Robert Grubb: The other thing that’s happened over the last couple of years: A few years ago there was a whole green tech movement and venture capitalists. And so there were a large number of companies started which were going to use enzymes and various modified enzymes for making butanol and making all kinds of fuels. Those companies then went public. Their market caps were huge. Now their market caps are very small. Because there’s a whole issue about scaling: How do you scale biological processes on a large scale, how do you keep from contamination, etc, etc. Richard Schrock: I mean earth does a pretty good job of scaling, it covers the earth with green plants. But man has a hard time dealing with that. That’s certainly a problem, a big problem, scaling. Gerhard Ertl: So even 0.5% only efficiency would in principle be no problem. There is enough energy available from the sun. But the problems arise mainly from the influence on the environment. And the competition between food production and energy production, fuel production. It’s a very, very difficult issue. And that’s why the only possibility I think which is reasonable is to use waste, waste from biological products to form fuel. But not to grow, growing the plants for transforming it into fuels. But from waste you can do it. Chairman: Yes, as a side product, you will not solve the whole problem with it but maybe a tiny bit, sure. And that’s what is also done particularly in Bavaria I believe, if I remember that right. Richard Schrock: It's really coming down to, there’s really no one solution. There are many solutions and many of the many solutions are difficult solutions. But I wish we had a magic sun that we can all use somehow on earth. But we don’t. I suppose fusion is still being researched but they always say they’re almost there and I don’t think they ever really are. But that’s a pipe dream to have a sun on earth, unfortunately. Chairman: Astrid Astrid Gräslund: I would just like to comment one thing about that. And that is that a couple of years ago I was travelling in northern Germany. And I was really struck by that almost every single one family house had solar panels on the roof. Which is the only place in this world where I have seen that. Obviously this was some kind of political move. Chairman: Yes or subsidised strongly. Astrid Gräslund: So it was heavily subsidised. But I mean it doesn’t take more than that obviously. And then people could afford it, states could probably afford it. I don’t know if they continue to do it but the need is maybe less. Richard Schrock: I don’t know, maybe you have the numbers or you have the numbers. That if solar panels were available, if they fell out of the sky, that would be one thing. But we have to make silicon, we have to make the solar panels. And I don’t know what the break-even point is in terms of energy and cost and so on. When do we go positive in the energy game with solar panels? Hartmut Michel: Actually the thing is that in Germany of course it’s not actually subsidies by the government. But the point is that the local power company has to buy your electricity which you produce from photovoltaic cells. Currently, I think, for newly installed photovoltaic cells at about just below 30 Euro cents per kWh. And that’s of course really high. And if you install these photovoltaic cells on your roof you have a guaranteed profit of 8% every year for the next 20 years. And even insurance companies go into that. This has caused other problems because now in order for paying this energy to these investors, the price of the kWh for the general consumer, even for the cleaning lady, went up by 6 cent per kWh. And as a result of that also the production costs are going up in Germany for the industry. And lots of industry are now thinking of cutting down production in Germany. And setting up the production in the US because energy is very cheap in the US, primarily to the gas fracking. So this has economical consequences and one clearly has to think about that when you do that. Also within Germany there are consequences. Most of the photovoltaic cells in Germany are installed in Bavaria, if you look around, not in Lower Saxony. The point is in Germany that Bavaria makes a surplus of 2 billion Euro each year. So the people in Bavaria get 2 billion Euro from people in North Rhine-Westphalia. There’s not much instalment of photovoltaic cells in the Ruhr area. So the people in the Ruhr area pay the people in Bavaria money for using that electricity. So these of course are internal consequences which have not been thought about when these laws were introduced. Also one has to say I think the breakeven point, the real breakeven point in Italy certainly is about 13 Euro cent per kWh. And this is already in reach, within this year or next year we will have that. So it will be economically valuable in the Mediterranean space, in Spain, Italy and Greece to produce the electricity by using photovoltaic cells. Then of course we can import that electricity from there by, not by superconducting but by these high voltage direct current cables - which were mentioned also by Steve Chu in his talk this morning. Robert Grubb: Yes, that is a possibility. Chairman: I have one more biological question. It’s kind of clear that hydrogen is an important central chemical for Haber Bosch, for maybe also driving cars, for other processes. So we have to make it in some way. So there was a question, "What is the best way to make hydrogen?“ And related to the biological side there are also efforts to use algae or cyanobacteria to directly make hydrogen. Maybe you can comment on that, too. And what are your ideas to get the hydrogen. I mean one way is clearly electrolysis of water. If we want to do that on a very large scale we have to develop also new catalyst for the electrolysis, for the electrolysers and so on. But that is probably in reach. But is there also a direct method like sunlight and use water splitting in plants? Richard Schrock: Would anybody have an answer to the bio question, I don’t know, algae? Hartmut Michel: I still think the yield would be very, very low and you still have the problem about damage for the system. And also it's biology and biology will die. And so it’s not as stable as the chemical means are. And economically I do not see any future for biohydrogen. Gerhard Ertl: I think electrolysis will certainly be the solution of this problem. And you have to pay for it because there is an O voltage in the cell which costs energy. So the main problem is to find proper electrodes which reduce the O voltage. And it’s mainly the oxygen electrode which causes this problem, not the hydrogen electrode. So as soon as we have a solution for that it will become much more efficient also to split water through electrolysis. Chairman: There was an interesting question, coating of electrodes for water splitting both ways. In electrolysers, also fuel cells, there is a problem that is exactly related to what you are saying. So there is still some need for chemical work. The question here was if nano technology can contribute, carbon nano tubes, things like that. I mean people are trying that, to coat electrodes, to bring the over voltage down. Gerhard Ertl: The catalysis has been a nano technology since it was invented, long before this... Chairman: Sure, I'm only quoting. Gerhard Ertl: So by inventing a new name it doesn’t solve the problems. Chairman: Very good. So we are doing quite well on the questions. So what is the best way to obtain hydrogen then? Some more ideas, except for electrolysis. I mean is there not something like... Richard Schrock: You have to get it by, you have solar source of water splitting, I think that’s the only way. You’re taking energy from the sun and you’re producing something that you can use to burn to give water. I mean I might be sounding like Dan Nocera here. Richard Schrock: But you know it’s good in a way. I mean people talk about hydrogen this and hydrogen that. But you can’t go out and buy it except in a small tank. I mean we need huge, huge amounts. And the only way you're going to get it is from water and most chemists know that you have to do something to get H2 out of water. Chairman: I think so too. I mean all the solutions that we have discussed are only partial solutions on a rather small scale. Except for the electricity problem that looks quite okay now. There are solutions but for making direct solar fuels there is no good solution yet. And I also don’t see at the moment a good solution for replacing fossil fuels. And they are running out. I mean there are still, you mentioned the fracking, there are resources still. But let’s project into the next 100 years or 200 years. We need a solution to replace the fossil fuels because they will eventually be eaten up by us for driving cars, flying planes, heating our rooms, our houses, all that. And then we must have a solution. And the only possible at the moment seems to be to use water, non-toxic, abundant, cheap. And sun light. So I don’t see anything else. So I think we need all of you to think about it and to go into this field and find a solution. It will be very difficult to do it like plants outside. The catalyst is awfully complicated. Professor Michel has mentioned that the lifetime of the major enzyme that is doing the water splitting is only 20 or 30 minutes. So to make something like that chemically is extremely difficult. Chemistry cannot yet do that. I mean Jean-Marie Lehn in his talk, he was a little bit in this adaptive chemistry: self-repair, self-replication, all these problems but we are still far away from that. And for that reason I also think that there is still room for chemistry, for new chemistry, for good chemistry to do something in this direction. Richard Schrock: Fortunately a lot of those problems are inorganic chemistry problems, so I’m pleased to hear that in a way. And all you inorganic chemists go to it. Because we’re going to need transition metal chemistry for many of the things that we’re talking about: coating electrodes, doing this, doing that, splitting water and so on. It’s not going to go away and we have to move, as Bob mentioned, more towards earth abundant metals. Because there just aren’t possibilities of scaling with some metals, on the scale that we would have to scale. That’s not going to happen. Chairman: Yes. Okay. Gerhard Ertl: I just want to make a comment concerning predictions. When I was a student nuclear fusion was just coming into consideration. And there was a prediction in 50 years we will have reactors for nuclear fusion. Now that’s 60 years ago and we are still waiting for solutions to that. Now they say in 50 years we will be able to build a reactor. And the same thing is with fossil fuels. When I was a student there was also a prediction by Club of Rome which said in 20 years there will be no resource available anymore. This was 50 years ago again. So we still have resources. And optimists of course claim we will find new sources. But this is not a solution to the problem. You are right in some decades or centuries all these resources will be exhausted. So we will be forced to find alternative solutions for that. No other way. Chairman: Astrid. Astrid Gräslund: If I may comment, I think you are quite right, that there have to come solutions. And of course it's just the necessity that will force them to come. And at the moment we don’t see them. However, personally at least, I see not the lack of fossil fuel to be the serious problem but what we are doing while we are burning it and that this is causing too bad consequences for everything around us. Not maybe for myself but for my great-grandchildren or your grandchildren. That is, I think, the serious part for me. But it will, of course, only future can tell how bad this will be, we won’t see it. Chairman: Yes, thank you. There were a few more questions of a very general kind. I think we should not go into that, it’s more politics and money for research and all that. It is certainly very important to do that. So I think principle, is there some urgent question from you. We are listening. Any statement from ... yes okay. Question: Going to predictions. Do you think that really like in 1,000 years we’re going to look back and see this as a really strange blip in history? Where, I mean in a 1,000 years we’re going to have renewable energy from solar sources in such abundant quantities that this time is going to be seen really, really strange in retrospect. I mean we’re going to have huge problems with climate crisis but it’s going to be reversible at some point. What do you think? Richard Schrock: What do you think the population of the earth will be in a 1,000 years? Question: It’s probably going to stabilise. Richard Schrock: Nature is going to unfortunately take care of a lot of these overpopulation problems eventually. Sorry to say, but it's inevitable (laugh). Hartmut Michel: Maybe in 100 years we know when it is already sorted out. Richard Schrock: It's sorted within 100 years. Gerhard Ertl: If you look back 100 years the world was completely different, so nobody would have predicted how the world would look like in 100 years from 1930. So it’s almost impossible to make any prediction, what will happen in the next 100 years in the future. No chance. Hartmut Michel: Let me also add that you have seen this morning this ice age cycle in Steve Chu’s talk. And there is some likelihood that we will have another ice age in the not so distant future. And so we have to cope with that also. And then of course if we have the same ice ages, then Berlin will be under the ice. And we will not be sitting here because there’s a few 100 metres of ice up here. Richard Schrock: And that will last for how many years, 100 years? Hartmut Michel: No that will last for the next 80/90,000 years. Richard Schrock: 80/90,000 years?! Hartmut Michel: Yes. Richard Schrock: Okay, problem solved. So let's going to have a party. Astrid Gräslund: From being Swedish I can tell you that of course we have had a rather recent ice age there. And only about 10,000 years ago did it start to really go away. And now we can see, again look forward to that we are now probably in the middle of an interglacial period. So it will be a few thousand years. And then it will come back, no matter what. I mean we could maybe counteract it by heating a lot but it won’t help I think in the long run. So certainly these very long periods of time are something completely different. And the glacial periods have come and gone as we saw this morning. And that is the time frame that we have really no insight into. However I would say that that shouldn’t stop us from, I mean we should solve problems here and now, that is our job. And maybe for our grandchildren. But we don’t ... Chairman: It’s also a great chance for science and mankind in general to find solutions for these problems. I mean to use up the fossil fuels that have been collected by photosynthesis over millions of years. We used them up within 100 or 200 years. And maybe we should not have done that, but it was a great time. Richard Schrock: If this ice age actually arrives and there are some humans who survive, you might consider what kind of human being will come out the other side. I don’t know. You don’t see any dinosaurs walking around, there are sort of birds, so... Robert Grubb: But in the short term there are many problems to solve. And the nice future about it is, a lot of them are chemistry but a lot of them are going to require a lot of good fundamental new sciences being developed. And so in the process of doing this we actually are going to have a good time. Chairman: Good. Question: Hi my name is Nil from Chualongkom University in Thailand. It is my great pleasure to be here and to meet all of you. Thank you so much for your time. So my question is related to electric vehicles. So in order to have an advancement in this field, do you think it’s possible that it might cause another problem of electric production? Like when you produce electricity. Would it be possible that if you want to produce in a huge amount you might need to do it from coal? Or you might destroy other, you might raise other issues about environment? Chairman: Difficult to understand. I could not understand. Maybe you could repeat the main point. Question: Sure, so the question that I have is that if you wanted to produce electric vehicles you might want to use a lot of electricity. And in order to do that would it be possible that you might raise another issue, like you might need to have more coal power plant and that could raise another environment problem. Chairman: I think we try to avoid that. We try to avoid to use coal. I think it’s certainly a problem. To go electric will certainly require more electricity. And we should not use for example burning coal and power plants and not capturing the CO2, if we want to do that. It should be from renewable sources. That would be the right way to go I believe. Hartmut Michel: I am pretty much convinced that coal will still be the major source for production of kerosene for jets in the future, unfortunately. Robert Grubb: There was an interesting article in the Washington Post by Zachariah who suggested that the best thing that could be done for CO2 control would be for the US to teach China how to do fracking properly. So they could switch their coal plants to natural gas. And that drops 10’s of percents of the CO2 emission, up to 30/40%. That’s an interesting extreme view but I think it’s an interesting one. Chairman: There is certainly also some, there will be some questions about the fracking I believe. We had that in the past and we had an interesting discussion on that on Saturday. I don’t know if somebody wants to repeat the point here. And discuss it with you, what kind of danger. Astrid Gräslund: I think even explain what it is. Chairman: Okay, so there is a way to pressurise with chemicals or water the holes, the drilling holes and then get in a more efficient way and more of natural gas and also oil out of the wells. This is called fracking, fracturing. And this has been done... Richard Schrock: Isn’t it banned? I thought it was banned in some countries, even now, France, I don’t know about Germany. Chairman: It is done in many countries. Richard Schrock: People do not like others going underground and you know doing things that they don’t understand. And at their own homes. Gerhard Ertl: We should not forget that this has serious influence on the environment, just the consumption of water. There was a joke in Germany: "Let us do fracking and then we become independent from the oil import from Russia.“ And then the answer was , "But then we don’t have any water. Then let us import the water from Russia." Chairman: Good, I saw one more question here, was that right? Can you come to the front, otherwise you don’t get the microphone. Question: I wanted to get back at the very beginning of the panel discussion and Mr. Ertl. He mentioned that it’s not only about conversion, it’s also about saving energy. Maybe the panel could comment on that. Because that is something we can do right away and not in the future. Chairman: This is a broad field. Professor Ertl. Gerhard Ertl: I think everybody will agree that energy will be not as cheap as it is at the moment, in the future. So energy will become more expensive. And this automatically forces you to save energy. It’s against the economy which has a regulation power in this. Of course there are many different ways to save power: to reduce the heating of your buildings, to reduce the air conditioning, to build smaller cars - there are many, many possibilities. As long as energy is so cheap there is no pressure on you to do it. So make it more expensive. At such a meeting a couple of years ago I proposed to increase the price of gasoline to €3 and there was a large outcry. We are nearly as far now, jaja. Chairman: Do you want to comment on that? Robert Grubb: It’s just that a good chunk of the energy goes into housing and buildings and stuff. So that’s a very easy place to do saving. So that’s a place that I think has been ignored. Because part of the problem is in an individual house, because of very large capital cost you have immediately. And so you weigh that against paying a few extra bucks a month over a long period of time. So there’s probably going to have to be some legislative things that sort of force these issues. Richard Schrock: I think a lot of ... at MIT we have, every place has buildings that were built some time ago. And they’re all single pane windows and there are a lot of them. And it costs an enormous amount of money to run the university just in terms of heating. But it also costs an enormous amount of money to replace all those windows with more energy efficient windows – and that all takes energy. So I don’t know what the economists have decided as to how worthwhile this is and how that all plays out. But retrofitting buildings and houses and so on to become really energy efficient is very expensive in itself, very wasteful in energy or uses energy in many ways. But if that’s the way to go then that’s what we’ll have to do. Chairman: On the other hand in the last 20/30 years in particular in Germany there have been enormous efforts to bring down the gas mileage ... or to bring it up. And I remember when I bought my first car, a VW or something like that, it was taking 10/12, it was a small engine, 10/12 litres for 100 kilometres. Now the same car would probably take 3 or 4, and with diesel and all the technology. It also cost money but there are systems that work. And a lot has been done. Also insulating houses, windows, all that, everywhere. Robert Grubb: I point out, I’ve sat on a number of panels where people are talking about saving energy. And I look around and we’re all sitting around in wool suits. You know it’s really bad that we chose northern European clothing as sort of the standard around the world. We should be dressing so we don’t have to. So you get the air conditioner cranked way up so you can wear a suit. Chairman: That’s right. Okay good, please microphone, you, we have a few more minutes. Question: Hi. I have a question about the earlier part of the discussion. It was mentioned that nuclear energy is falling out of favour with the public. And certainly there have been plenty of examples in the last few years of the potential consequences, the negative consequences of when there is failure with nuclear power. Do you think that this negative reputation is deserved or is perhaps the risk worth any potential benefits? Or do the negatives outweigh the positives for nuclear energy? Chairman: Good question, not easy to answer. Richard Schrock: Are we on the record here or... Richard Schrock: We may read about this tomorrow in the newspapers. Anybody want to take a shot at that one? Robert Grubb: The perception has changed. I was on some committees where there were lots of discussions about nuclear power and everything was going along. And countries were talking about doing it which one wouldn’t suspect would do it. And then Japan happened and all those discussions ended, so. Astrid Gräslund: I could comment again about the situation in Sweden because we have had it over quite a long time. which is not from those more or less renewable or non-fossil sources. And in the meantime of course the public opinion has swayed back and forth and mostly one way. But for instance we had for a certain number of years a law forbidding further development or even planning new power plants by nuclear power. That has been removed. So now you can actually both plan and, well construct if you like. But of course nobody is yet buying. But I at least can see that in the small rather we’ll say pragmatic country of Sweden. This is not going to be a big problem in the future. This is my guess. I mean we will keep our nuclear power. We will probably renovate it when the time comes. We may not increase it a lot maybe but who knows. Depending on the needs. And certainly there is no movement that we should somehow turn things down prematurely right now. That is a non-issue. Other Swedes here could correct me if I am wrong. Maybe I don’t hear what young people talk about. But this is certainly the overall idea I get. Chairman: What is your opinion? Question: I’m certainly not qualified to express mine here. Chairman: But that is an opinion. There was one more last question. I think. You, please. Question: Professor Grubbs mentioned earlier that he’s associated to a company producing I think batteries. And I wonder at what stage during the development of a new technology it makes sense to use subsidies from the state to make the new technology available to a broader audience or to make it viable in the sense of economic way? Or whether we should wait for technology to mature first and then bring it to the market? Chairman: Germany is a very good example for that. Question: I think that Germany is a good example in heavily subsidising. Chairman: There is this renewable energy law in Germany and that was causing the massive shift to renewable energy, photovoltaics and wind in particular. It was heavily subsidised and had some outbursts as professor Michel already explained. The tax payer in the end is paying for it. If they are willing to do so it's fine because I believe that there are new ideas, new developments - hopefully in the right direction - and employment in this field. So I think it’s a good idea to do that in the right way. But the government has to decide and the decision has to be made in a clever way. Batteries - I don’t know, I don’t know the situation how that is. You ask to subsidise the development of batteries. Question: Not exactly only batteries, it was just a general question. Chairman: General. Question: But we could just as well take the same money that we use for subsidies and invest it directly into research or more target oriented development. Chairman: That’s right. That’s another possibility. Richard Schrock: It would be nice to have politicians who knew something about science. I don’t know... Chairman: It’s not so bad in Germany. Richard Schrock: At least in the US there isn’t a large percentage that know much about science and what should or should not be supported with subsidies and so on. I don’t know who they listen to but they don’t seem to themselves have much knowledge in science. Maybe that’s going to be in the papers too, I don’t know. Chairman: Our chancellor is a physicist, that helps. Okay good, thank you very much. I think we should slowly come to the end. I thank everybody on the panel. I will maybe shortly wrap up what we have heard here. And what we have done. I think biofuels, we agree more or less on that, are problematic. Although for example in Germany we have 5 or 10% ethanol in our gasoline. We have biodiesel and this is going on. Maybe it will be stopped, I don’t know. There is also renewable energy law and that is the same source for that development. But it is seen as a problematic thing also by politicians now I think worldwide. Maybe with an exception of Brazil and others who pursue that still. That we have to go more electric in a way that is certainly right. In particular because we have no solution to replace fossil fuels that we are using for driving our cars, flying our planes and all that. There is no good solution for that. So the move to electricity that can be produced in a renewable way is certainly the right decision in the moment. And I hope there will be development in the battery sector, in the car sector and so on. We have to save energy, that is very clear. I mentioned that there is also a good development in several countries. Some points are under discussion. We were just buying a house and we heard that it would be better to not insulate it for various reasons of climate and so on. So we have to think about that. And the third point we discussed quite a bit was nuclear power. And we had a split opinion in a way. I think some people say we have to use what we have and we have to continue. And we have to also invest in the technology and teaching people so that we don’t lose the knowledge in this field. And the people who know about the technology and can help, in case we have to go back to it in the future. And clearly the storage problem, long time storage of the waste, is not solved yet. And it’s not completely safe. Fukushima was a good example, it’s not completely safe. Okay. Another point? And the last and most important point and for all of you, we don’t have as I mentioned a solution to make solar fuels. So we need the input of chemistry to develop a catalytic, better catalysts and devices. For example for light induced water splitting to make hydrogen or to directly make carbon-containing compounds like in photosynthesis for that by some way. Either looking at what photosynthesis and what nature is teaching us or to go completely different new ways that smart chemists like you have to come up with in the near future, I hope. So I think that is closing the panel now and I thank everybody on the stage for a great one and a half hours. Thank you for coming and thank you for listening.

Gesprächsleiter: Meine Damen und Herren, junge Forscher: Willkommen zum Podiumsgespräch über die Heute Morgen hatten wir eine sehr gute und schöne Einführung in dieses Thema von Steven Chu, die fast sämtliche Aspekte berücksichtigte. Außerdem hatten wir in früheren Jahren auf diesem Podium zahlreiche Diskussionen mit Nobelpreisträgern. Diese Nobelpreisträger beschäftigten sich mit der Energieversorgung, mit dem Mangel an fossilen Brennstoffen sowie den Konsequenzen der Verbrennung fossiler Brennstoffe für das Klima, für das Leben auf der Erde und das menschliche Leben im Allgemeinen. Diesmal wird der Schwerpunkt etwas anders liegen. Wir möchten darüber diskutieren, was die Chemie zur Lösung dieses Problems beitragen könnte. Es ist klar, dass die höchste Energiedichte in chemischen Bindungen erreicht wird. Die beste Art der Speicherung von Energie, und dies geschieht beispielsweise in der Photosynthese, sind chemische Bindungen. Was wir beispielsweise zum Antrieb für unsere Autos oder zum Betreiben unserer Flugzeuge verwenden, sind Diesel, Benzin und Kerosin. Und es steht ebenfalls fest, dass Brennstoffe benötigt werden; zum Beispiel – wie ich sagte – um Flugzeuge fliegen zu können. Das lässt sich mit Sonnenkollektoren nicht erreichen. Elektrizität steht bereits aus erneuerbaren Ressourcen zur Verfügung: aus photovoltaischen Quellen, aus Wind- und aus Wasserenergie. Elektrizität muss jedoch auch in irgendeiner Form gespeichert werden. Wir können Batterien verwenden, mechanische Geräte. Die beste Art der Speicherung von Energie – wenn wir sie nicht sofort benötigen – bestünde jedoch darin, sie in chemischen Bindungen zu speichern. Ein Ersatz für flüssige fossile Brennstoffe liegt noch in weiter Ferne. Die Verwendung der Sonnenenergie, wie Walter Kohn sagt ... Er nimmt an dieser Podiumsdiskussion leider nicht teil, da es ihm nicht gut geht. Walter Kohn hat also einen Film mit dem Titel The Power of the Sun produziert. Und ich bin davon überzeugt, dass die Verwendung der Sonnenenergie unerlässlich ist. Weiterhin benötigen wir nichtgiftige, chemische Grundstoffe. Ein Beispiel wäre zum Beispiel Wasser, das im Überfluss vorhanden und billig ist, etwa für so etwas wie künstliche Photosynthese. Dies wäre also die lichtinduzierte Spaltung von Wasser, um Wasserstoff herzustellen oder um die Photosynthese auf ähnliche Weise für die Reduktion von CO2 zu verwenden. Dies macht einen großen chemischen Aufwand erforderlich, da alle diese Prozesse sehr schwer durchzuführen sind und zum Beispiel die Entwicklung kostengünstiger, nichttoxischer und hocheffizienter Katalysatoren erfordern, bevor entsprechende Geräte irgendwie praktisch nutzbar werden können. Dies ist eine der großen Herausforderungen für die Chemie in diesem Jahrhundert. Daher möchten wir dieses Thema heute in dieser Podiumsdiskussion diskutieren. Und nun möchte ich diese Diskussion beginnen, indem ich das Wort unseren Diskussionsteilnehmern erteile. Einer nach dem anderen sollte seine Meinung zur chemischen Speicherung und Umwandlung von Energie darlegen. Ich denke, wir könnten mit Gerhard Ertl anfangen. Bitte. Gerhard Ertl: Vielen Dank. Wie Sie gesagt haben: Es ist im Wesentlichen nicht das Problem der Energieumwandlung. Das Sonnenlicht enthält genug Energie, weniger als ein Prozent des Sonnenlichts würden benötigt werden, um den Bedarf der gesamten Weltbevölkerung zu decken. Die Energie muss jedoch gespeichert und transportiert werden. Und Elektrizität kann natürlich verwendet werden, um Wasser elektrolytisch aufzuspalten. Oder sie kann auch verwendet werden, die elektrische Energie umzuwandeln, zum Beispiel die chemische Energie in Batterien. Es gibt noch viele, viele Probleme, die gelöst werden müssen. So erwägt man zum Beispiel Brennstoffzellen als die künftige Energiequelle von Autos. Doch Brennstoffzellen sind noch nicht so weit entwickelt, dass man sie routinemäßig in Autos verwenden könnte. Und Batterien sind natürlich sehr schwer, und außerdem ist ihre Lebensdauer nicht sehr lang. Dies sind also die anderen Herausforderungen. Außerdem kann man Wasserstoff in andere chemische Verbindungen, wie zum Beispiel organische Moleküle, umwandeln. Auch hierfür wird eine Katalyse benötigt. Katalyse wird daher die Schlüsseltechnologie für die künftige Lösung dieser Probleme sein. Gesprächsleiter: Vielen Dank. Professor Grubbs. Robert Grubbs. Wie bereits gesagt wurde, ist das große Problem also die Speicherung von Energie. Und es ist ein sehr...., besonders Batterien sind ein sehr interessantes chemisches Problem. Bei Batterien haben wir es mit dem gesamten Problem der Elektroden, der Chemie, der grundlegenden Chemie zu tun, um die es hierbei geht. Und dann ist da noch die Frage der Elektrolyte und der Separatoren. Daher gibt es eine riesige Menge von Fragen einer guten Materialforschung, die mit Batterien in Zusammenhang steht. Und es ist noch ein sehr weiter Weg, bis wir Autos herstellen können, die man an eine Energiequelle anschließen und dann größere Entfernungen damit zurücklegen kann etc. Ich denke also, dass dies ein Bereich ist, in dem viele Chemiker arbeiten müssen. Es gibt sehr viele Leute in diesem Bereich, aber er hält einige wirklich interessante Probleme bereit. Ich arbeite für ein Unternehmen, das versucht, eine neue Chemie für Batterien zu entwickeln, und dies stellt uns vor große Herausforderungen, macht aber auch sehr, sehr viel Spaß. Ich denke, das wird eines der wichtigsten Dinge sein, wenn man einmal verstanden hat, wie man Energie umwandelt: Wie man sie speichert. Wie speichert man Energie über Nacht? Wie bringt man sie in ein Auto und fährt damit usw. Das, denke ich, ist eine der Hauptfragen, die sich uns stellen wird. Gesprächsleiter: Vielen Dank. Richard. Richard Schrock: Danke. Nun, ich sage meiner Frau manchmal, dass alles Chemie ist. Und ich glaube nicht, dass alles Chemie im Sinne von Energieumwandlung und Nachhaltigkeit und Ähnlichem ist. Doch mit Sicherheit, wie wir soeben gehört haben, ist sehr viel Chemie. Und selbstverständlich ist es natürlich. Außerdem ist es wahr. Photosystem 2, Wasseraufspaltung. Ok, das ist gute anorganische Chemie, und ich bin anorganischer Chemiker. Und viel davon hat mit Metallen zu tun, Übergangsmetallen. Diese Themen werden bei uns bleiben und uns nicht wieder verlassen. Egal, ob es heterogen oder homogen ist, Katalyse mit Übergangsmetallen: Das ermöglicht bereits fantastische Dinge. Und man wird sich darauf stützen, um noch fantastischere Dinge zu tun. Es gibt hier ein sehr großes Betätigungsfeld: ob es Batterien sind, Wasseraufspaltung, was immer es ist. Und außerdem [geht es hier um] Interdisziplinarität, und zwar sehr stark, wie sie bereits gehört haben, mit Sicherheit. Materialforscher und Chemiker und Elektrochemiker und organische Chemiker: Jeder hat hier eine Möglichkeit zusammenzuarbeiten, um diese großen, großen Probleme wirklich zu lösen. Ich war erstaunt, einige der Dinge zu hören, die man heutzutage diskutiert. Man meldete sich vom Energieministerium bei mir – vielleicht ist jemand vom Energieministerium unter den Zuhörern, ich glaube irgendwo ist jemand von dort. Und eine ihrer Ideen befasst sich natürlich mit der Speicherung von Wasserstoff. Nun, das ist kein Problem, mit dem sich noch niemand beschäftigt hätte. Sie haben sich mit verschiedenen Methoden der Speicherung von Wasserstoff beschäftigt, da es als Gas so schwer zu speichern und in Automobilen zu verwenden ist. Eine der Methoden, die Sie für seine Speicherung in Erwägung gezogen haben oder ziehen, glauben Sie es oder nicht, ist die Herstellung von Ammoniak. Und um Wasserstoff aus Ammoniak zu erhalten, kehrt man diesen Vorgang einfach um. Alle katalytischen Prozesse sind reversibel. Und all diese Dinge, besonders die Herstellung von Ammoniak, für die ich mich interessiere, stellen eine große Herausforderung dar. Diese Dinge liegen also 20, 25, wer weiß wie viel Jahre in der Zukunft. Und natürlich werden sich nicht alle Forschungen auszahlen. Viele von ihnen werden niemals von Erfolg gekrönt sein. Doch wenn eine, wenn 10 % oder selbst 5 % von Ihnen von Erfolg gekrönt sind, so kann dies für uns alle sehr, sehr wichtig sein. Und ich erwarte das, doch leider werde ich nicht mehr da sein, es zu erleben. Gesprächsleiter: Danke sehr. Hartmut. Hartmut Michel: Mein Ratschlag würde lauten: Man sollte versuchen, so lange wie möglich bei elektrischer Energie zu bleiben. Natürlich geben uns photovoltaische Zellen, solarthermische Kraftwerke und Windmühlen elektrische Energie. Das Grundproblem ist daher, wie diese Energie gespeichert werden kann. Für mich ist die Sache sehr klar: Unser wichtigstes Ziel muss es sein, Batterien zu bekommen, die 10.000 mal neu aufgeladen werden können. Und welche von ihnen haben eine höhere Energiedichte als diejenigen, die wir heute verwenden? Und wie bereits von Steve Chu dargelegt wurde: Wenn man die Energiedichte um einen Faktor von vier erhöht – und diese Batterien stehen bereits zur Verfügung, man kann solche bekommen – dann kann man Autos herstellen, die ohne Zufuhr neuer Energie dieselben Entfernungen zurücklegen können wie gegenwärtige Autos mit Benzinmotoren. Dies wäre also tatsächlich ein Endziel. Natürlich muss man Energie auch in anderen Fällen speichern. Man kann Elektrizität, denke ich, wenn das Batterieproblem gelöst ist, auch im eigenen Haus speichern. Ich war auf einer Reise nach Bangalore, zum indischen Wissenschaftsinstitut, höchst beeindruckt. In Bangalore kommt es fünfmal am Tag zu Stromausfällen. Man hatte dort zwei Räume voller Autobatterien. Man lud sie auf. In einem Zimmer wurden die Batterien aufgeladen, und die Batterien des anderen Zimmers wurden für den Zusatzgenerator verwendet. Sie konnten also nur einen Zusatzgenerator verwenden, der von Autobatterien gespeist wurde. Wenn wir also Energie speichern müssten, könnten wir das Ganze über das ganze Haus verteilt haben. Jedes Haus könnte im Keller einen Raum haben, in dem man Batterien vorrätig hat und für diesen Zweck bereithält. Ohne diese Möglichkeit müssen wir natürlich die Produktion energiereicher chemischer Verbindungen verfolgen. Und wir leben in einer oxidierten Welt, so dass wir Energie gewinnen müssen, indem wir etwas reduzieren. Und die schwierige Sache ist: Wenn man genug Elektrizität hat, elektrolysiert man Wasser, stellt man Wasserstoff her. Wasserstoff verwendet man, um Kohlendioxid aus einem nahegelegenen Kraftwerk in Methan oder Methanol zu verwandeln. Sie können es durch chemische Synthese auch bis zu Kerosin umwandeln und es dann zum Betreiben von Flugzeugen, von Jet-Motoren verwenden. So wird dies geschehen müssen. Dies sind demnach die Veränderungen, die stattfinden müssen. Wir müssen diese Prozesse wichtiger machen. Und wie Professor Ertl sagte, sind Katalysatoren der Schlüssel für chemische Umwandlungen, und ich stimme dem vollkommen zu. Gesprächsleiter: Danke sehr. Vielleicht gibt es hier sofort eine Frage meinerseits. Zwei von Ihnen haben gesagt, dass Batterien, die Entwicklung von Batterien sehr wichtig ist. Stellt das Laden der Batterien kein Problem dar? Wenn man mobil sein möchte, fährt man immer längere Entfernungen. Selbst Steven Chu sagte heute Morgen, dass 300 Meilen kein Problem sind. Doch das Aufladen – wie wenn wir zu einer Tankstelle fahren, das Benzin einfüllen, und dann weiterreisen – es würde bestimmt einige Zeit kosten. Und wenn man es sehr schnell durchführt, wird die Batterie wahrscheinlich eine geringere Lebensdauer haben. Dies ist also eines der Probleme. Oder ist das Problem gelöst? Ich weiß es nicht. Gerhard Ertl: Ich denke, wir sollten uns nicht auf eine einzige Energiequelle konzentrieren. Es wird eine Mischung sein, eine Mischung verschiedener Quellen. Und der erste Schritt, denke ich, wäre das Einsparen von Energie. Dass man Energie sparen könnte, indem man die Industrie auffordert, kleinere Autos zu bauen, und indem man eine Höchstgeschwindigkeit auf den Autobahnen einführt, die es hier in Deutschland nicht gibt. So ließe sich sehr viel Energie sparen. Dies sind im Wesentlichen politische Entscheidungen, die notwendig sind. Und die Wissenschaft kann helfen, diese Probleme zu lösen. Doch als Erstes benötigen wir Vorschriften der Politik, die unseren Energieverbrauch einschränken. Gesprächsleiter: Und natürlich auch öffentliche Verkehrsmittel. In Deutschland sind wir noch nicht einmal in der Lage, die Höchstgeschwindigkeit auf den Autobahnen zu reduzieren, den Leuten zu sagen, dass wahrscheinlich nicht mehr jeder ein Auto fahren sollte. Das wäre sehr schwierig, das sehe ich auch. Im Prinzip ist es der Deutschen liebstes Spielzeug, und vielleicht vieler anderer, vieler anderer Völker der Welt. Sie wollten etwas zum Problem der Batterien sagen? Robert Grubbs: Ja, zur Geschwindigkeit des Aufladen. Es gibt da alle möglichen verrückten Pläne, an denen Leute arbeiten. Ich glaube, dass Tesla in Kalifornien Batterieaustauschprogramme einrichtet. Man fährt also einfach zur Tankstelle und wechselt die Batterien aus. Es gibt viele Ideen, die sich wahrscheinlich letztlich nicht als effektiv erweisen werden. Ich denke also nach wie vor, dass es hauptsächlich ein Materialproblem ist, wie schnell man aufladen kann, wie man mit der Hitze fertig wird, wie man all die anderen Probleme handhabt. Es ist ein äußerst interessantes technisches Problem. Man macht Fortschritte, doch wir haben noch einen weiten Weg vor uns. Gesprächsleiter: Es gibt da eine Frage... vielleicht kann ich... muss ich sie direkt finden. Wir haben nicht sehr viele, aber einige Fragen. Sie betraf das Problem der Batterien. Es ging um Lithium, lassen Sie mich versuchen, sie zu finden: „Wie können wir mit dem möglichen Mangel an Elementen, die für die Herstellung von Batterien benötigt werden, wie zum Beispiel von Lithium oder möglicherweise anderer seltener Elemente, fertig werden? Gibt es da nicht auch das Problem, dass Bergbau die Natur zerstört?“ Ein Beispiel ist der beeindruckende Salzsee in Bolivien, den man gegenwärtig verwendet, um Lithium dort herauszubekommen. Ich denke, dies ist ein allgemeines Problem, das wir meines Erachtens an vielen Orten haben werden. Verfügen wir über genug Lithium, um alle diese Batterien herzustellen? Robert Grubbs: Wahrscheinlich nicht. Doch es gibt jetzt viele andere Arten von Chemie, mit denen sich Leute befassen. Ich denke daher, dass Lithium eines der Elemente ist, die man hierfür verwenden wird. Doch Chemiker beschäftigen sich mit vielen anderen Elementen, die Lithium ersetzen werden. Das werden, denke ich, die Batterien der nächsten Generation sein. Gerhard Ertl: Vor etwa zehn Jahren propagierte die Autoindustrie sehr stark die Verwendung von Brennstoffzellen, und Mercedes behauptete, dass innerhalb von fünf Jahren alle Autos von Mercedes mit Brennstoffzellen betrieben werden würden. Vor fünf Jahren traf ich jedoch einen Vertreter von Volvo, und er sagte mir, dass die Zukunft Lithiumionen-Batterien gehören werde: Es gibt also Moden, die kommen und gehen. Wir können nicht wissen, was letztendlich die Lösung dieses Problem sein wird. Gesprächsleiter: Hartmut. Hartmut Michel: Ja, ich möchte sagen, dass es nach meiner Information keinen Mangel an Lithium gibt. Es gibt keinen Mangel an Lithium. Richard Schrock: Ich bin kein Geologe, aber ich wusste nicht, dass uns das Lithium ausgeht. Und mit Sicherheit gibt es Alternativen. Natürlich bekommt man bei Natrium mehr für das gleiche Geld, das wäre also besser. Es gibt einige Probleme im Zusammenhang mit Natrium, wie bei allen Alternativen, selbst bei Lithium. Uns gehen die Elemente aus, das ist wahr. Ich habe gehört, dass wir nur.... Ich weiß nicht, wie die Schätzungen lauten, aber bei Phosphor besteht tatsächlich die Gefahr, dass es uns ausgeht. Hartmut Michel: Das stimmt. Richard Schrock: Ich glaube nicht, dass dies für Batterien relevant ist, aber ich bin mir nicht sicher. Aber ja, ok, uns gehen nicht die Elemente aus, sondern die Elemente in konzentrierter Form. Wenn man also die Elemente verdünnt, dann muss man sehr viel Energie aufwenden, um sie in konzentrierter Form zurückzugewinnen. Dies ist also ein Problem: weder geschaffen, noch zerstört. Doch gewiss werden sie weniger konzentriert. Das ist also auf lange Sicht ein Problem, aber ich denke, dass es wahrscheinlich, wissen Sie, unbekannte Ressourcen gibt, es wäre teurer, dasjenige, was wir brauchen, aus unbekannten Ressourcen zu ziehen, doch unbekannte Ressourcen sind Ressourcen, die noch nicht bedacht wurden. Was ich meine ist, wie sonst auch: Nehmen wir Elemente aus den am meisten verfügbaren und billigsten Ressourcen. Wenn die aufgebraucht sind, wenn es nichts mehr davon gibt, gehen wir weiter zur nächsten meistverfügbaren Ressource. Gewiss: Wenn man all das Lithium, und Natrium, und Kalium im Meerwasser zusammenrechnet, dann ergibt das eine sehr große Menge. Ich denke also nicht, dass wir schon bald keine Elemente mehr haben werden. Gesprächsleiter: Gut. Ich denke, wir sollten etwas länger beim Thema Elektrizität bleiben. Ich habe hier eine andere Frage, und ich werde sie ein wenig umformulieren. um den Strom zu verteilen und zu speichern.“ Ich meine, es ist so gut wie unmöglich, sie auf der Stelle zu verwenden. Wir müssen sie speichern. Entweder in Batterien – das haben wir diskutiert – oder in chemischen Bindungen oder indem wir Wasser auf eine bestimmte Höhe pumpen oder mithilfe anderer Vorrichtungen. In Deutschland ist dies zum Beispiel ein sehr großes Problem. Wir haben also Windenergie an der Nordsee, an der Ostsee. Jedoch nicht genug Stromleitungen, um den Rest des Landes zu versorgen. Und eine ähnliche Situation besteht auch bei der photovoltaischen Energiegewinnung. Dies ist also ein großes Problem. Ich glaube, es besteht für den Rest der Welt in gleicher Weise. Möchten Sie irgendwelche Bemerkungen dazu machen, wie man dieses Problem lösen könnte? Es ist wiederum politisch und auch persönlich: Man möchte nicht, dass ein Stromkabel durch den eigenen Garten verläuft. Gerhard Ertl: Es gibt natürlich eine erhitzte Debatte über das Verlegen neuer Stromkabel. Dies ist in der Tat eine politische Frage. Die Wissenschaft kann darauf keine Antwort geben. Einige Stromleitungen muss man bauen. Und wenn man über Elektrizität verfügt, dann besteht natürlich die bequemste Methode sie in chemische Bindungen umzuwandeln darin, Wasserstoff herzustellen, und den Wasserstoff dann dazu zu verwenden, ihn in andere chemische Verbindungen zu transformieren. Hierfür sind Technologien vorhanden. Hierfür ausreichende Prozesse sind seit Jahrzehnten bestens bekannt. Es besteht also nur die Frage, was man tun will, und wie man es erreicht. Doch im Prinzip ist es möglich. Gesprächsleiter: Professor Ertl, Sie haben erwähnt, dass es eine Umwandlung unter Verwendung von CO2 geben könnte. Und ich habe hier eine Reihe von Fragen dazu. Vielleicht könnte ich eine von Jakob Kennedy vom Caltech vorlesen: Glauben Sie, dass sie notwendig sein wird? Ist es eine notwendige Brücke zwischen fossilen und alternativen Brennstoffen? Reicht die Speicherung aus, zum Beispiel als ein Karbonatmineral, oder ist die Umwandlung in Mehrwertprodukte erforderlich, um es ökonomisch tragbar zu machen?“ Das geht auch in einige andere Richtungen, doch ich glaube, das Hauptthema ist die Reduktion von CO2. Gerhard Ertl: Es ist eine Möglichkeit, die Versorgung mit erneuerbarer Energie zu betonen. Man verbrennt zuerst etwas, das erzeugt CO2, und dann stellt man CO2 wieder her und verwandelt es wieder zurück. Es ist immer eine Frage des Gleichgewichts zwischen Input und Output. Im Prinzip ist es also machbar. Und es gibt mehrere Versuche, diese Arbeiten nach diesen Prinzipien durchzuführen. Gesprächsleiter: Gibt es noch eine Rolle für die CO2-Reduktion, für die Umwandlung auf der katalytischen Seite? Wie weit ist man hiermit vorangekommen? Wissen Sie, Sie erwähnten... aber dies ist ein umfangreicher, sehr schmutziger Prozess. Richard Schrock: Es gibt garantiert etwas zu tun, denn ich meine, wissen Sie, CO2 und Wasser kommen am Ende dabei heraus. Thermodynamisch gesehen liegen sie ganz weit hier unten. Und natürlich reden die Leute beiläufig über die Umwandlung von CO2, doch auch darin muss man Energie investieren. Man kann nicht, kein Prozess – ich sollte nicht sagen, dass es keine Prozesse gibt. Ich denke, man lehnt sich zurück und schaut sich einige der Dinge an, die vorgeschlagen wurden. Es mag einige geben, die exothermisch sind, doch fast alle sind endothermisch. Das bedeutet also, dass man Energie darin investieren muss. Und d.h., es ist ein Nullsummenspiel. Letztlich, denke ich, muss man, um über die katalytische Umwandlung von CO2 oder die Speicherung von CO2 zu reden, sich die Zahlen anschauen, was die Mengen von CO2 betrifft, die der Mensch hiervon produziert, und die Berechnungen durchführen. Und dann stellt man fest, dass es für den Menschen fast keine Möglichkeit gibt – und dies hat wiederum mit Energieaufwand zu tun –, solche Mengen von CO2 in irgend einem Element oder einer anderen Verbindung wie etwa Karbonaten zu speichern, um sie loszuwerden. Es ist nur so.... Ich bin sehr pessimistisch. Darüber hinaus bin ich kein Experte, doch die Zahlen über die wir sprechen, wenn man CO2 reduzieren will, sind absolut enorm. Das Haber-Bosch-Verfahren verwendet Wasserstoff. Und es verwendet Wasserstoff aus Methan und Wasser, um CO2 zu erhalten und Wasserstoff. Es produziert also, das Haber-Bosch-Verfahren, neben allem anderen sonst, eine riesige Menge von CO2. Und man verwendet natürlich auch Stickstoff, und ich habe die Zahlen vergessen. Nun ja, wie verbrauchen genug Stickstoff, um jährlich 10^8 Tonnen Ammoniak oder so zu produzieren. Die verfügbare Menge Stickstoff beträgt jedoch etwa 10^15 Tonnen. Das hat natürlich nichts mit unserer Speicherung von Energie usw. zu tun. Ich versuche bloß, es ist nur, dass ich Sie mit den Zahlen zu beeindrucken versuche. Die Menge von CO2, die man bereitstellen oder mit der man etwas tun muss, um sie zu reduzieren, angesichts der Tatsache, dass es ständig in riesigen Mengen hergestellt wird. Und es gibt jede Menge davon. Eine extrem große Menge. Gesprächsleiter: CO2 betreffend gibt es noch ein paar andere Fragen. Vielleicht haben Sie sie bereits beantwortet, doch versuchen Sie die erste Frage zu beantworten. Die riesigen Mengen, die wir von Fabriken sehen, sind sicherlich sehr schwer umzuwandeln. Richard Schrock: Wenn man sich ansieht, wie viele Flugzeuge herumfliegen, und die Zahl der Automobile hinzuaddiert, die umherfahren, und die Zahl der Verfahren im Maßstab von Haber-Bosch, die CO2 produzieren, und das Verbrennen von Methan in Ölfeldern und all das. Es ist sehr... es ist unglaublich, welche Menge produziert wird. Und man redet so leicht darüber, nun ja, nicht so beiläufig, aber 400 Teile pro Millionen klingt nicht nach viel. Doch verteilt über die gesamte Erde ergibt sich eine riesige Menge CO2, die wir ihr hinzufügen. Hartmut Michel: Und natürlich vergessen wir normalerweise, dass eine Hauptquelle von CO2 die Zementproduktion ist, und auch die Stahlproduktion, das ist enorm. Gesprächsleiter: Das stimmt. Ich hatte vor kurzem eine Diskussion mit Leuten von Thyssen-Krupp in Duisburg, und sie erzählten uns, welche Menge von CO2 sie speichern. Sie haben in Duisburg einen sehr großen Speichertank, in den sie 300.000 Kubikmeter Gas einleiten können. Und sie sagten, dass sie mit der vorhandenen Stahlproduktion 150 dieser Tanks am Tag füllen können. Noch der interessante Punkt ist: dies ist hoch angereichert. Wenn es also eine Methode der Umwandlung gäbe – selbstverständlich benötigen wir einen guten Katalysator –, Wasserstoff aus nichtfossilen Brennstoffen, um das in Methan oder in Methanol umzuwandeln, oder in ein anderes wertvolles Produkt, so wäre das hervorragend. Also, Robert Schlögl, unser Institut wird wahrscheinlich daran arbeiten. Was jedoch den Erfolg betrifft, so hängt dieser wiederum von der Katalyse ab. Richard Schrock: Die optimistischste Sache wäre, tatsächlich einen katalytischen Prozess zu finden, der als letztliche Energiequelle Sonnenenergie verwendet, ob er Wasserstoff oder was immer sonst produziert. Und einen Katalysator, um CO2 zu kombinieren, um herzustellen, was immer wir herstellen wollen. Zusammen mit Wasser wäre das ein gutes Produkt. Wir wissen, dass das sicher ist. Das wird sehr, sehr schwer sein. Und es wird... bezüglich der Energie ist dies mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit eine endothermische katalytische Reaktion. Auf die eine oder andere Art muss man Energie aufwenden, um CO2 zu verwenden. Es tut mir leid, dass ich so pessimistisch klinge. Aber es ist ein großes, großes Problem. Gesprächsleiter: Es gab da eine Frage, diese steht damit in Zusammenhang. Das CO2-Problem haben wir wahrscheinlich jetzt abgeschlossen. Die Chemie hat noch viel zu tun, um einen Prozess zu entwickeln, der CO2 in etwas Nützliches umwandeln kann, dass wir in einem Energiezyklus verwenden können. Hier ist eine Frage: „Warum Batterien entwickeln statt einer möglichen Methanol-Wirtschaft?“ Es gab da vor einigen Jahren das Buch von Ola, das einige Vorschläge gemacht hat. Zwischenzeitlich hat es erneut eine Diskussion gegeben, Probleme mit Methanol. Was ist Ihre Meinung dazu? Das steht mit dieser Frage irgendwie in Zusammenhang. Hartmut Michel: Es ist eine ganz klare Sache, dass man am besten elektrisch bleibt, wenn man sich auf elektrische Energie stützt. Die Sache ist, dass man natürlich immer Energie verliert, wenn man die chemische Umwandlung durchführt. Und letztendlich ist der Hauptpunkt der, dass ein Verbrennungsmotor, für den man Methanol oder Kerosin oder was auch sonst verwendet, sehr ineffizient ist. Letztlich werden nur 20 % der Energie des Brennstoffs zum Betreiben des Autos verwendet, um die Räder anzutreiben. Und wenn man bei der elektrischen Energie bleibt, sind es 80 % der Energie in der Batterie, die zur Bewegung des Autos verwendet werden. Und das ist ein klares Argument dafür, bei elektrischer Energie zu bleiben. Die Effizienz der elektrolytischen Aufspaltung von Wasser beträgt nicht 100 %. Und bei all diesen Prozessen verliert man am Ende Energie. Bei der elektrischen Energie zu bleiben, ist das Beste. Und nach meiner Meinung wäre die Herstellung von Elektrizität, die Versorgung mit Elektrizität das Beste, wenn wir über supraleitende Kabel verfügten, die zu photovoltaischen Feldern, Gebieten in Arizona, Mexico, in der Sahara, in China und Australien eine Verbindung herstellten. Weil irgendwo immer die Sonne scheint. Und wenn wir supraleitende Kabel besäßen, die die Felder verbinden und den Kunden die Elektrizität liefern würden, dann müssten wir keine Elektrizität speichern. Wir könnten einfach des Nachts hier die Energie verbrauchen, die gleichzeitig in Australien produziert wird. Die Herstellung supraleitender Kabel wäre das Beste, was Sie tun können. Gerhard Ertl: Dies ist erneut eine Frage der Kosten. Gerhard Ertl: Das sollten Sie nicht vergessen. Gesprächsleiter: Das ist richtig. Gerhard Ertl: Ein solches Stromnetz aufzubauen, wäre sehr teuer, und seine Wartung wäre sogar noch teurer. Ich bin daher, was diese Lösung betrifft, nicht sehr optimistisch. Gesprächsleiter: Astrid. Astrid Gräslund: Also ich bin eher ein Außenseiter in diesen Dingen, da ich in diesen Fachgebieten keine Expertin bin. Doch ich möchte zumindest eine Frage aufwerfen, und zwar folgende: Kann man sich eine Welt mit fossilen Brennstoffen vorstellen, und wie würde sie aussehen? Ist das eine Science-Fiction-Welt, oder ist es etwas, das in nicht allzu ferner Zukunft Wirklichkeit sein könnte? Das wären vielleicht fossile Öle, vielleicht für Rohmaterialien für bestimmte Produktionen, aber nicht einfach zur Verbrennung. Besteht diese Möglichkeit, oder ist es lediglich ... Gerhard Ertl: Die Methanol-Technologie wurde soeben erwähnt. Man kann Methanol in einem katalytischen Prozess aus CO2 und Wasserstoff gewinnen, und Methanol dann als Energiequelle in einer Brennstoffzelle verwenden. Die Methanol-Brennstoffzelle ist also eine klare Option. Auch hier bestehen ernsthafte Probleme mit Bezug auf eine mögliche Vergiftung. Man benötigt sehr, sehr saubere Materialien, ansonsten sind Elektroden und Katalysatoren vergiftet. Also diese Probleme, solange sie ungelöst sind, verhindern, dass dies eine Lösung für unsere längerfristigen Probleme ist. Astrid Gräslund: Ich vermute, da dies sehr viel Geld kosten würde, dass es unseren Lebensstil beträchtlich verändern würde. Wir können nicht zu leben, wie wir es jetzt tun. Es ist daher vielleicht schwer vorauszusehen, und für den Rest der Welt, noch schwieriger. Gesprächsleiter: Es gibt ein generelles Problem. Ich denke, in vielen Elektrolysegeräten, Brennstoffzellen, befinden sich teure Materialien, wertvolle Metalle. Viele der Katalysatoren, die auch für die Spaltung von Wasser erfolgreich eingesetzt werden können, enthalten Ruthenium, Iridium, Rhodium, Platin: Metalle, die sehr teuer sind. Und uns steht nicht genug davon zur Verfügung. Das scheint also ein Problem zu sein, und ich glaube, dass dies ein Punkt ist, an dem sich die Chemie etwas einfallen lassen muss. Sie haben das in ihrem Vortrag mehrfach erwähnt, selbst den erfolglosen Versuch, Katalysatoren aus Ruthenium durch Eisen oder etwas anderes zu ersetzen. Robert Grubbs: Aber in den USA wird gegenwärtig ein umfangreiches Programm durchgeführt. Es wird von Harry Gray bei uns durchgeführt. Er versucht, nicht seltene Metalle als Quelle für die Aufspaltung von Wasserstoff zu finden. Und sie machen einige Fortschritte. Und Dan Nocera, der am MIT arbeitet, macht Fortschritte bei der Verwendung nicht-edler Metalle für die Herstellung von Sauerstoff als Teil des Spaltungsprozesses. Und so denke ich, dass dies Dinge sind, an denen Leute zurzeit sehr intensiv forschen. Und ich bin, was diesen Bereich betrifft, ziemlich optimistisch. Gesprächsleiter: Sehr gut. Also ich denke, diesen Themenblock, Elektrizität und ein paar andere Aspekte, haben wir nun mehr oder weniger abgedeckt. Ich denke, es gibt da einen guten Weg, und Hartmut ist davon überzeugt, dass wir weiter in Richtung Elektrizität gehen sollten, und dies ist sicher richtig. Gegenwärtig sind mir die Zahlen nicht bekannt, vielleicht 25 oder 30 % unseres Energiebedarfs ist ein Bedarf an elektrischer Energie, der Rest sind Brennstoffe für Heizzwecke, das Betreiben von Pkws. Und dies muss ersetzt werden. Zurzeit sehe ich keinen guten und direkten Weg, zum Beispiel eine erneuerbare Brennstoffflüssigkeit herzustellen, oder einen gasförmigen Brennstoff, den wir verwenden können. Sicherlich können wir ein Auto mit Elektrizität betreiben, das ist kein Problem. Aber ein Flugzeug mit Elektrizität zu fliegen, mit Hilfe von Sonnenkollektoren, wird schwierig sein. Oder auch diese großen Schiffe, die wir zu Transportzwecken verwenden, das ist ebenfalls nicht so leicht. Daher besteht ein Bedarf, eine Lösung dafür zu finden. Richard Schrock: Nur zwei Dinge: Wenn Sie schnell und überall Energie verfügbar haben wollen, in Schiffen, vielleicht nicht in Flugzeugen. Ich weiß, dass dies in Deutschland nicht populär ist, aber es gibt etwas namens Kernenergie. Kernenergie ist verfügbar und sie funktioniert: Man erhält hier in kurzer Zeit mit geringem Einsatz ein sehr großes Resultat. Das ist wahrscheinlich nicht sehr bekannt. Doch in allen diesen Fällen müssen wir letztlich in irgendeiner Form Energie aufwenden. Und heute geht man hier natürlich so vor, dass man sich dabei auf den großen Ball am Himmel stützt. Was ich sagen will: Tatsächlich stützen wir uns zu 98,5 % auf nukleare Energie, da die Sonne alles liefert, mit Ausnahme dessen, was man aus Radioaktivität gewinnt, durch den natürlichen Zerfall in der Erde. Wir müssen also auf irgendeine Weise schließlich Sonnenenergie verwenden, denke ich, da sie sich auf keine Weise umgehen lässt, es sei denn, durch Nuklearenergie, zumindest kurzfristig. Aber letztendlich wird es die Sonne noch eine ganze Weile geben, und das ist der Grund dafür, warum wir alle hier sind und überleben. Darauf müssen wir uns also bei unseren Plänen für die Zukunft stützen. Gesprächsleiter: Sie haben sicher recht, doch wissen Sie, in Deutschland hat man nach Fukushima eine Entscheidung getroffen, auch in anderen Ländern. Und außerdem glaube ich, dass es sehr schwer ist, gegen den Willen der Mehrheit der Bevölkerung eines Landes etwas zu tun. Das ist eine politische Frage. Doch es wäre sicher sinnvoll. Richard Schrock: Nun, ich habe gehört einige Leute haben etwas gegen Windmühlen, weil sie hässlich sind. Richard Schrock: Sie machen ein Geräusch – Wuuf, Wuuf, Wuuf – die Leute wollen daher nicht in ihrer Nähe wohnen. Gesprächsleiter: Astrid. Astrid Gräslund: Spaß beiseite. Ich würde sagen, dass man hier natürlich auch zeitliche Maßstäbe in Erwägung ziehen muss. Was man also heute in Deutschland entscheidet, bezüglich Windmühlen und Kernkraft usw., das geschieht jetzt, und nicht vor 40 Jahren. Wie sah die Situation damals aus, als wir das Global Warming hatten, das vielleicht sehr deutlich wurde: Ich meine, wir mussten wirklich etwas tun. Gesprächsleiter: Das stimmt. Astrid Gräslund: Dann wird es eine völlig andere Situation geben, denke ich, auch für die politischen Entscheidungsträger. Daher denke ich, dass wir in der gegenwärtigen Situation einfach weiter kämpfen müssen. Und selbstverständlich sollten wir, wie sie hier angegeben haben, unsere Forschung betreiben, damit wir die Methodologie, Technologien verfügbar haben. Ich denke jedoch nicht, dass sie noch von irgendeinem Politiker erwarten sollten, dass er uns, dass er sie zu Technologien im großen Maßstab macht. Gesprächsleiter: Astrid, Sie haben vollkommen Recht. Doch Sie wissen, dass ich kein Freund der Kernenergie bin. Ich möchte jedoch auch etwas zu den jungen Leuten hier sagen. Ich meine, wenn ich Sie frage, wer für und wer gegen Kernenergie ist, so denke ich, dass eine Minderheit Kernenergie befürwortet. Doch andererseits denke ich, dass es wichtig ist, das Wissen zu pflegen und die Technologie weiterzuentwickeln, um sichere Kernkraftwerke bauen zu können. Und niemand in Deutschland, fast niemand den ich kenne, und insbesondere kein junger Mensch, geht mehr in dieses Arbeitsfeld, um in diesem Bereich zu arbeiten. Innerhalb einer Generation wird dieses Wissen verloren sein. Das ist eine Gefahr. Wir hatten den Fall von Tschernobyl und von anderen Kernkraftwerken knapp außerhalb unserer Grenzen, die ein Problem hatten. Und wir bekommen diese Probleme mit. Das lässt sich nicht verhindern, es ist ein globales Problem. Und wir müssen in diese Richtung denken und auch für dieses Problem eine Lösung finden, glaube ich. Gerhard Ertl: Was sie erwähnten, betrifft existierende Kernkraftwerke. Gesprächsleiter: Auch neue. Gerhard Ertl: Aber ich denke, was noch ein größeres Problem ist, ist die Entsorgung des Abfalls, des nuklearen Abfalls. Und bis jetzt wurde dieses Problem nicht gelöst. Wissen Sie, in Deutschland haben wir eine heftige Diskussion über den Ort, an dem wir den nuklearen Abfall endlagern könnten. In mancher Hinsicht ist dies natürlich auch ein Problem für die Chemie. Gesprächsleiter: Genau. Gerhard Ertl: Doch häufig wird es einfach unter den Teppich gekehrt. Gesprächsleiter: Dies ist eines der Hauptprobleme. Es ist auch der Grund, warum ich wirklich ... Wir müssen dieses Problem irgendwie lösen. Und es gibt bislang keine gute Lösung. Robert Grubbs: Also, in den USA hat man viele Lösungen vorgeschlagen. Wir haben sehr viel offenes Land und menschenleere Gegenden, aber die angrenzenden Leute wollen natürlich nicht, dass man den Abfall in ihrem Hinterhof endlagert. Es gibt also immer, immer dieses Problem. Andererseits, denke ich, dass Sie eine wirklich wichtige Frage aufgeworfen haben. Ich war in einem anderen Ausschuss, einem Beraterstab, der Nuklearenergie betrachtete. Und Experten auf diesem Gebiet zu finden, ist bis heute wirklich sehr schwer, weil in den letzten Jahren niemand mehr in dieses Arbeitsfeld gegangen ist. Und wie sie gesagt haben: Wenn wir zur Verwendung von Kernenergie gezwungen sind, wenn sie verwendet werden muss, wie beleben wir dieses Arbeitsfeld dann erneut? Gesprächsleiter: Das stimmt. Ok, es gab keine Frage zur Kernkraft. Wenden wir uns jedoch einigen anderen Fragen zu. Diese betrifft die Verwendung der Biologie. Da gab es eine Frage: Was können wir von der Biologie für diesen Prozess lernen. Das ist ziemlich klar. Jeder von uns, denke ich, wird zustimmen, dass man von der Biologie lernen kann. Und vielleicht muss die Chemie andere Lösungen finden, kann sie nicht dieselben Systeme verwenden. Doch vielleicht können wir das biologische System verwenden. Und es gibt diesbezüglich viele Fragen. Und vielleicht können Sie versuchen, einige von ihnen zu beantworten. Eine betraf die Photosynthese. in dem wir die Sonnenenergie „ernten“ und in Brennstoffen speichern? Von welchen zu erwartenden Zahlen gehen wir aus? Was lässt sich aus dieser Methode erhoffen?“ Und es gibt noch eine Reihe anderer Fragen, die damit in Zusammenhang stehen. Zum Beispiel: Kann Zuckerrohr eine effektive Quelle für biologische Brennstoffe sein, d. h.: in Brasilien? Sind biologische Brennstoffe ökonomisch und umweltfreundlich?“ Und so weiter. Hartmut. Er hat bereits eine Stellungnahme dazu gemacht, doch das war am Samstag, und sie waren nicht da. Er wird sie also wiederholen. Hartmut Michel: Ok. Der Gesamtprozess der Photosynthese hat eine ziemlich geringe Effizienz. Beginnen wir mit dem Anfang: Nur etwa 47 % des Sonnenlichts werden, was die Energie betrifft, von den Pflanzen absorbiert. Und dann haben wir, ... denn, wissen Sie, in den Lichtquanten befindet sich wesentlich mehr Energie. Natürlich sind die blauen Lichtquanten energiereicher als die roten. Und nur etwa 40 % der Energie in den Lichtquanten wird dann in der Primärreaktionen gespeichert. Und die Energieverluste setzen sich fort. Man braucht etwa 9,4 Photonen, um zwei Moleküle gebundenen Wasserstoff zu produzieren, der dann verwendet werden könnte, der dann verwendet werden könnte, um CO2 herzustellen. Die Fixierung von CO2 in den Pflanzen ist ein weiteres Problem, da das Enzym nicht genau genug zwischen Sauerstoff (O2) und Kohlendioxyd (CO2) unterscheiden kann. Und in jedem dritten Zyklus baut es statt ein CO2 ein O2 in den Zucker ein, in den C5-Zucker. Und dies führt zu einem Energieverlust von 30 bis 40 %. Ein weiterer Punkt betrifft die Tatsache, dass die Photosynthese für geringe Lichtintensitäten optimiert ist. Also selbst hier in Deutschland, wenn man volle Sonneneinstrahlung hat, werden 80 % des Sonnenlichts nicht genutzt. Der Elektronenfluss durch die Reaktionszentren setzt dem eine Grenze. Und die Reaktionszentren werden beschädigt. Die Natur hat diese Beschädigung teilweise behoben, indem sie die zentrale Untereinheit des Photosystems zwei-, dreimal in der Stunde austauscht. Sie wird wahrscheinlich mit der Untereinheit photooxidiert und muss ersetzt werden. Und den Pflanzen gelingt es, dies zu tun. Aber ich glaube nicht, dass wir bei einer technologischen Lösung dazu in der Lage wären. Wenn wir alle diese begrenzenden Faktoren zusammennehmen, sieht man die theoretische obere Grenze für die Photosynthese bei 5 %. Wenn man jedoch tatsächlich die Biomasse misst, die man produziert, die man unter optimalen Bedingungen mit verschiedenen Pflanzen erhält, dann beträgt dieser Wert etwa 1 %. Dann geht man weiter zur Produktion von biologischen Brennstoffen. Man muss zum Beispiel in Traktorbrennstoffe investieren. Man muss das Zeug sammeln, man muss Energie aufwenden, um Düngemittel zu produzieren. Und dann muss man mehr als 50 % der Energie, die zur Produktion der biologischen Brennstoffe erforderlich ist, aus fossilen Brennstoffen nehmen. Das ist also ein weiterer Gesichtspunkt. Und wenn Sie deutsches Bio-Diesel betrachten, dann enthält es weniger als 0,1 % der Sonnenenergie. Der Gesamtprozess ist also äußerst ineffizient. Und wenn man weitere Berechnungen anstellt, um herauszufinden, welche Flächen man benötigt, um den deutschen Verbrauch von Autobenzin und Autodiesel zu ersetzen, so stellt sich heraus, dass das gesamte deutsche Agrarland gerade einmal dazu ausreichen würde, Das ist also gar nichts. Andererseits verwenden wir in Deutschland bereits 20 % der Grasfläche für den Anbau von Mais, um den Rohstoff für die Biogasproduktion bereitzustellen. Und infolge davon stiegen die Lebensmittelpreise an, das Einkommen der Bauern nahm aber zu. Und die Lobby der Bauern ist eine starke Lobby, die sich für die Produktion biologischer Kraftstoffe einsetzt, weil sie tatsächlich große Profite daraus ziehen. Daran kann kein Zweifel bestehen. Und gegen die Lobby der Bauern hat man es schwer. Sie haben Unterstützung von Politikern, um dagegen zu argumentieren. Was mich am stärksten gegen biologische Brennstoffe einnimmt, ist die Palmölproduktion in den Tropen. Dies führt zur Rodung des Regenwaldes, um Plantagen für Ölpalmen anzupflanzen. Vielleicht haben Sie etwas über die Rauchschwaden in Singapur gelesen, die auf die illegale Rodung und Verbrennung des Regenwalds auf der Insel Sumatra zurückzuführen sind. Und dies muss natürlich unterbunden werden. Und ich denke, es gibt keine politische Lösung hierfür. Wir sollten ganz einfach Palmöl nicht als Quelle für Diesel verwenden. Und wir sollten diese Art von biologischen Brennstoffen weder nach Europa noch in die USA importieren. Gesprächsleiter: Gut. Vielen Dank. Also die Situation in Brasilien. Ich denke, dass die Verwendung von Zuckerrohr, dass die Berechnung, habe ich gehört, zumindest ein paar Prozent der Sonnenenergie speichert. Hartmut Michel: Nein, es sind 0,2 %. Es ist sehr einfach zu berechnen. Doch der Vorteil von Brasilien ist, dass das Zuckerrohr, das man verwendet, ... sie pressen die Rohre, um diese Energie zu verbrennen und für die Destillation des Fermentationsprodukts zu verwenden, um den Alkohol zu gewinnen. Aus diesem Grund sind der Energieaufwand und die Bioäthanol-Produktion in Brasilien sehr gering. Und das Ganze ist ökonomisch machbar. Gesprächsleiter: Ich denke in Amerika gibt es eine ähnliche Situation mit Mais. Richard Schrock: Eine ähnliche Situation mit Mais. Ich denke, nach einigen Schätzungen ist es tatsächlich so, dass man mehr Energie investieren muss, als man herausbekommt. Wenn man alles mitzählt: den Dünger, die Herstellung des Düngers und das Anpflanzen von Mais, seine Verarbeitung, seine Fermentierung, und all das zu destillieren, wissen Sie, um den Äthanol herauszubekommen usw. Und ihn dann in reiner Form zu gewinnen. Letztendlich kostet das mehr, als man herausbekommt. Das ist also definitiv nicht, was wir wollen. Und ich weiß nicht, Bob, ob du diese Zahlen gehört hast, aber es gibt nicht mehr viel Begeisterung für Mais, zumindest in den USA. Gesprächsleiter: Das ändert die Situation, was gut ist. Robert Grubbs: Die andere Sache, die im Laufe der letzten paar Jahre passiert ist: Vor ein paar Jahren gab es eine ganze Bewegung grüner Technologie und entsprechende Risikokapitalgeber. Und also wurde eine große Zahl von Unternehmen gegründet, die Enzyme und verschiedene modifizierte Enzyme für die Herstellung von Butanol verwenden würden und die Herstellung verschiedener Arten von Brennstoffen. Diese Unternehmen gingen dann an die Börse. Ihre Börsenwerte waren riesig. Jetzt sind ihre Börsenwerte sehr gering. Denn es gibt die ganze Frage der Größenordnung: Wie bestimmt man die Größe biologischer Prozesse in großem Umfang? Wie verhindert man Verunreinigungen etc., etc. Richard Schrock: Ich denke, die Erde hat das Größenproblem recht gut gelöst: Sie bedeckt ihre Oberfläche mit grünen Pflanzen. Doch der Mensch hat ein Problem damit. Das ist gewiss ein Problem, ein großes Problem, das Problem der Größenordnung. Gerhard Ertl: Also, eine Effizienz von nur 0,5 % wäre im Prinzip kein Problem. Von der Sonne steht uns genug Energie zur Verfügung. Sondern die Probleme entstehen hauptsächlich durch den Einfluss auf die Umwelt, und durch den Wettbewerb zwischen der Produktion von Lebensmitteln und von Energie, von Brennstoffen. Es ist eine sehr, sehr schwierige Frage. Und deshalb denke ich, dass die einzige Möglichkeit, die vernünftig ist, in der Verwendung von Abfallprodukten besteht, von Abfallprodukten biologische Produkte, um daraus Brennstoff zu erzeugen. Aber nicht darin etwas anzupflanzen, Pflanzen anzubauen, um sie in Brennstoffe zu verwandeln. Doch mit Abfallprodukten kann man das machen. Gesprächsleiter: Ja, ein Nebenprodukt. Man wird damit nicht das ganze Problem lösen, aber vielleicht einen kleinen Teil, sicher. Und das wird auch besonders in Bayern getan, glaube ich, wenn ich mich recht erinnere. Richard Schrock: Letztlich ist es eine Frage von... Es gibt tatsächlich nicht die eine Lösung. Es gibt viele Lösungen und viele der vielen Lösungen sind schwierige Lösungen. Aber ich wünschte mir, wir hätten eine Zaubersonne, die wir alle irgendwie auf der Erde nutzen können. Aber die haben wir nicht. Ich nehme an, dass die Kernfusion nach wie vor erforscht wird, aber man hört immer, dass sie fast am Ziel sind. Ich denke [jedoch] nicht, dass sie je angekommen sind. Aber das ist ein Wunschtraum, eine Sonne auf der Erde zu haben, leider. Gesprächsleiter: Astrid. Astrid Gräslund: Ich möchte lediglich eine Sache dazu sagen, und zwar Folgendes: vor ein paar Jahren reiste ich in Norddeutschland. Und was mir wirklich auffiel, war die Tatsache, dass fast jedes Haus Sonnenkollektoren auf dem Dach hatte. Nirgendwo sonst auf der Welt habe ich das gesehen. Offensichtlich stand eine Art politischer Motivation dahinter. Gesprächsleiter: Ja, oder es war stark gefördert. Astrid Gräslund: Also, es war stark gefördert. Doch ich meine, offensichtlich braucht es nicht mehr als das. Und dann konnten sich die Leute es leisten. Wahrscheinlich könnten es sich Staaten leisten. Ich weiß nicht, ob sie es weiterhin tun, aber der Bedarf ist möglicherweise geringer. Richard Schrock: Ich weiß nicht, vielleicht haben Sie die Zahlen, oder Sie haben die Zahlen. Wenn Sonnenkollektoren zur Verfügung stünden, wenn sie vom Himmel fielen, das wäre eine Sache. Doch wir müssen Silikon herstellen, müssen die Sonnenkollektoren produzieren. Und ich weiß nicht, ab welchem Punkt der Aufwand und die Energie sich die Waage halten usw. Ab welchem Punkt des Energiespiels mit Sonnenkollektoren schreiben wir schwarze Zahlen? Hartmut Michel: Tatsächlich verhält sich die Sache in Deutschland so, das Sonnenenergie nicht durch die Regierung finanziell unterstützt wird, sondern es ist so, dass das örtliche Elektrizitätswerk einem die Energie abkaufen muss, die man mithilfe von photovoltaischen Zellen produziert. Gegenwärtig, glaube ich, ist es so, dass bei neuinstallierten photovoltaischen Zellen die Kilowattstunde mit knapp unter 0,30 € bezahlt wird. Und das ist natürlich ein wirklich hoher Betrag. Und wenn man diese photovoltaischen Zellen auf seinem Dach installiert, hat man jedes Jahr für die nächsten 20 Jahre einen garantierten Profit von 8 %. Und selbst Versicherungsagenturen machen hierbei mit. Dies hat zu anderen Problemen geführt, denn jetzt hat sich, um diese Energie von diesen Investoren bezahlen zu können, der Preis für die Kilowattstunde für den normalen Kunden, selbst für die Putzfrau, um sechs Cent erhöht. Und dies hat zur Folge, dass auch die Produktionskosten der deutschen Industrie in die Höhe gehen. Viele Industrien denken jetzt darüber nach, ihre Produktion in Deutschland herunterzufahren und sie stattdessen in den USA durchzuführen, weil Energie in den USA sehr günstig ist, hauptsächlich wegen des Gas-Frackings. Dies hat also wirtschaftliche Konsequenzen, und man muss klarerweise darüber nachdenken, wenn man das tut. Auch innerhalb von Deutschland gibt es Konsequenzen. Die meisten der photovoltaischen Zellen in Deutschland sind in Bayern installiert, wenn man sich umschaut, nicht in Niedersachsen. Die Sache ist, dass innerhalb Deutschlands Bayern jährlich einen Überschuss von 2 Milliarden Euro produziert. Die Leute in Bayern erhalten also 2 Milliarden Euro von den Leuten in Nordrhein-Westfalen. Im Ruhrgebiet gibt es nur wenige Installationen von photovoltaischen Zellen. Also bezahlen die Leute im Ruhrgebiet denjenigen in Bayern Geld für die Verwendung dieser Elektrizität. Dies sind natürlich interne Konsequenzen, über die man nicht nachgedacht hat, als diese Gesetze eingeführt wurden. Außerdem muss man sagen, denke ich, dass die Gewinnschwelle, dass die reale Rentabilitätsgrenze in Italien mit Sicherheit bei etwa 0,13 € pro Kilowattstunde liegt. Und dies ist bereits in Reichweite. Dieses oder nächstes Jahr werden wir diesen Wert erreichen. Es wird also im Mittelmeerraum wirtschaftlich tragbar sein, in Spanien, Italien und Griechenland, Elektrizität unter Verwendung photovoltaischen Zellen zu produzieren. Und dann können wir natürlich diese Elektrizität auch von dort importieren, nicht durch supraleitende Kabel, sondern durch diese Hochspannungsgleichstromkabel, die auch heute Morgen von Steve Chu in seinem Vortrag erwähnt wurden. Robert Grubbs: Ja, das ist eine Möglichkeit. Gesprächsleiter: Ich habe noch eine biologische Frage. Es ist ziemlich klar, dass Wasserstoff für Haber Bosch ein ziemlich zentrales Element ist, vielleicht auch für die Betreibung von PKWs und für andere Prozesse. Wir müssen es also auf irgendeine Weise herstellen. Hier also war eine Frage: „Welches ist die beste Methode zur Herstellung von Wasserstoff?“ Und im Zusammenhang mit der biologischen Vorgehensweise gibt es auch Bemühungen, Algen zu verwenden oder Cyano-Bakterien, um Wasserstoff direkt herzustellen. Vielleicht können Sie auch dazu etwas sagen. Und was sind Ihre Überlegungen zur Gewinnung von Wasserstoff? Ich denke, eine Methode ist klarerweise die Elektrolyse von Wasser. Wenn wir das im großen Maßstab durchführen wollen, müssen wir auch einen neuen Katalysator für die Elektrolyse entwickeln, für die Elektrolysegeräte usw. Doch das ist wahrscheinlich innerhalb unserer Reichweite. Aber gibt es auch eine direkte Methode, wie zum Beispiel Sonnenlicht, und die Verwendung der Wasseraufspaltung in Pflanzen? Richard Schrock: Hat jemand eine Antwort auf diese biologische Frage? Ich weiß nicht, Algen? Hartmut Michel: Ich denke noch immer, dass der Gewinn sehr, sehr gering wäre, und man hätte weiterhin das Problem der Beschädigung des Systems. Und außerdem ist es biologisch, und Lebewesen sterben. Und damit ist es nicht so stabil, wie es chemische Mittel sind. Und wirtschaftlich sehe ich keine Zukunft für biologisch gewonnenen Wasserstoff. Gerhard Ertl: Ich bin der Meinung, dass die Elektrolyse mit Sicherheit die Lösung dieses Problems sein wird. Und man muss dafür bezahlen, denn es gibt eine Überspannung in der Zelle, die Energie kostet. Das Hauptproblem besteht also darin, die richtigen Elektroden zu finden, die die Überspannung reduzieren. Und es ist in der Hauptsache die Sauerstoffelektrode, die dieses Problem verursacht, nicht die Wasserstoffelektrode. Sobald wir daher eine Lösung dafür haben, wird es also auch sehr viel effizienter, Wasser durch Elektrolyse zu spalten. Gesprächsleiter: Es gab da eine interessante Frage, die Beschichtung von Elektroden für die Aufspaltung von Wasser in beide Richtungen. In Elektrolysegeräten, auch in Brennstoffzellen, besteht ein Problem, das direkt mit dem in Zusammenhang steht, was sie sagen. Es gibt also noch immer einigen Bedarf an chemischer Arbeit. Die Frage hier war, ob die Nanotechnologie einen Beitrag liefern kann, Kohlenstoff-Nanoröhren, derartige Dinge. Ich meine, man versucht das, Elektroden zu Beschichten, um die Überspannung zu reduzieren. Gerhard Ertl: Die Katalyse war seit ihrer Erfindung einen Nanotechnologie, lange bevor dies .... Gesprächsleiter: Sicher, ich zitiere nur. Gerhard Ertl: Also, durch die Erfindung eines neuen Namens werden die Probleme nicht gelöst. Gesprächsleiter: Sehr gut. Wir kommen mit den Fragen gut voran. Also was ist nun die beste Methode zur Gewinnung von Wasserstoff? Einige weitere Ideen, außer der Elektrolyse? Ich meine, gibt es nicht so etwas wie... Richard Schrock: Man muss es gewinnen über, man muss eine solare Quelle für die Wasserspaltung haben. Ich denke, es gibt keine andere Möglichkeit. Man nimmt Energie von der Sonne und produziert etwas, das man zum Verbrennen verwenden kann, um Wasser zu erhalten. Ich meine, ich könnte hier vielleicht klingen wie Dan Nocera. Richard Schrock: Doch Sie wissen, dass das auf eine Weise gut ist. Ich meine, die Leute reden über Wasserstoff dies und Wasserstoff das. Aber man kann nicht einfach los ziehen und ihn kaufen, es sei denn in einem kleinen Behälter. Was ich sagen will: Wir benötigen riesige, riesige Mengen. Und die einzige Möglichkeit, die zu bekommen, besteht in einer Gewinnung aus Wasser, die meisten Chemiker wissen, dass man etwas tun muss, um H2 aus Wasser zu bekommen. Gesprächsleiter: Das denke ich auch. Ich meine, alle Lösungen, die wir diskutiert haben, sind nur Teillösungen in einem ziemlich kleinen Maßstab. Mit Ausnahme des Elektrizitätsproblems, das nun ziemlich ok aussieht. Es gibt Lösungen, doch für die Produktion von direkten solaren Brennstoffen gibt es bislang noch keine gute Lösung. Und gegenwärtig sehe ich auch keine gute Lösung für den Ersatz fossiler Brennstoffe. Und sie gehen uns aus. Ich meine, noch gibt es – Sie erwähnten das Fracking – noch gibt es Ressourcen. Doch denken wir 100 oder 200 Jahre weiter. Wir brauchen eine Lösung für den Ersatz fossiler Brennstoffe, weil sie durch das Fahren unserer Autos, das Fliegen unserer Flugzeuge, die Beheizung unserer Zimmer, unserer Häuser und all das von uns letztendlich aufgebraucht werden wird. Und die einzige Möglichkeit scheint im Moment die zu sein, Wasser zu verwenden, das nicht giftig ist, in Mengen vorhanden und billig. Und Sonnenlicht. Also ich sehe nichts anderes. Ich denke also, dass alle von Ihnen darüber nachdenken und sich in dieses Arbeitsgebiet begeben und eine Lösung finden müssen. Es wird sehr schwierig sein, dies zu tun wie die Pflanzen draußen. Der Katalysator ist fürchterlich kompliziert. Professor Michel hat erwähnt, dass die Lebensdauer des wichtigen Enzyms, das die Aufspaltung des Wassers vornimmt, lediglich 20 oder 30 Minuten beträgt. So etwas auf chemischem Wege herzustellen, ist äußerst schwierig. Noch kann die Chemie das nicht. Ich meine Jean-Marie Lehn in seinem Vortrag, der steckte ein wenig in seiner adaptiven Chemie: Selbstreparatur, Selbstreplikation, alle diese Probleme; aber wir sind noch sehr weit davon entfernt. Und aus diesem Grunde bin ich auch der Meinung, dass es noch Raum für die Chemie gibt, für neue Chemie, für gute Chemie, um etwas in diese Richtung zu tun. Richard Schrock: Zum Glück sind eine Menge dieser Probleme der anorganischen Chemie. Ich bin also in gewisser Weise darüber erfreut, dies zu hören. Und alle Sie anorganische Chemiker: nehmen Sie sich der Sache an. Weil wir für viele dieser Probleme, über die wir sprechen, Übergangsmetallchemie benötigen werden: für das Beschichtung von Elektroden, um dies und das zu tun, Wasser aufzuspalten usw. Die Probleme werden nicht weggehen, und wir müssen uns, wie Bob erwähnt hat, mehr in Richtung auf Metalle zubewegen, die auf der Erde in großen Mengen vorhanden sind. Weil bei einigen Metallen sich in größerem Maßstab nichts machen lassen wird, in den Größenordnungen, die wir erreichen müssen. Das wird nicht passieren. Gesprächsleiter: Ja. Ok. Gerhard Ertl: Ich möchte nur eine Bemerkung über Vorhersagen machen. Als ich Student war, kam die Kernfusion gerade erst ins Gespräch. Und man sagte voraus, dass man in 50 Jahren Reaktoren für Kernfusion haben würde. Das ist nun 60 Jahre her, und wir warten noch immer auf Lösungen dafür. Nun sagt man, dass wir in 50 Jahren in der Lage sein werden, einen Reaktor zu bauen. Und dasselbe gilt für fossile Brennstoffe. Als ich Student war, gab es eine Vorhersage des Club of Rome, die feststellte, dass es in 20 Jahren keine Ressourcen mehr geben würde. Auch dies ist nun 50 Jahre her. Wir haben immer noch Ressourcen. Und Optimisten behaupten natürlich, dass wir neue Ressourcen finden werden. Doch dies ist keine Lösung des Problems. Man hat darin Recht, dass in einigen Jahrzehnten oder Jahrhunderten alle diese Ressourcen aufgebraucht sein werden. Wir werden also gezwungen sein, alternative Lösungen dafür zu finden. Es gibt keinen anderen Weg. Gesprächsleiter: Astrid. Astrid Gräslund: Wenn ich dazu etwas sagen darf. Ich denke Sie haben ganz Recht, dass Lösungen kommen müssen. Und natürlich ist es ganz einfach die Notwendigkeit, die sie erzwingen wird. Im Moment sehen wir sie nicht. Zumindest persönlich halte ich jedoch nicht den Mangel an fossilen Brennstoffen für ein ernstes Problem, sondern das, was wir tun, während wir sie verbrennen, und das dies zu schlechte Folgen für alles um uns herum hat. Vielleicht nicht für mich, aber für meine Urenkel oder ihre Enkel. Das ist meines Erachtens der schwierige Aspekt. Aber es wird natürlich..., nur die Zukunft kann zeigen, wie schlimm dies sein wird. Wir werden es nicht erleben. Gesprächsleiter: Ja, danke sehr. Es gab noch einige weitere Fragen allgemeiner Art. Ich denke, wir sollten darauf nicht eingehen. Es handelt sich dabei mehr um Politik und Forschungsgelder und all das. Es ist sicherlich sehr wichtig, das zu tun. Ich denke, dass im Prinzip.... Gibt es eine dringende Frage von Ihnen? Wir sind ganz Ohr. Irgendeine Stellungnahme von ... ja, ok. Frage: Zur Frage der Prognosen. Glauben Sie wirklich, dass wir in 1000 Jahren zurückschauen und dies als eine wirklich seltsame, kurzlebige Phase in der Geschichte ansehen werden?... Wo,... ich meine, in 1000 Jahren werden wir aus solaren Quellen erneuerbare Energien in solch riesigen Mengen zur Verfügung haben, dass die gegenwärtige Zeit rückblickend als sehr, sehr merkwürdig erscheinen wird. Ich meine, wir werden riesige Probleme mit der Klimakrise bekommen, doch sie wird ab einem bestimmten Punkt reversibel sein. Was meinen Sie? Richard Schrock: Wie groß, glauben Sie, wird die Weltbevölkerung in 1000 Jahren sein? Frage: Sie wird sich wahrscheinlich stabilisieren. Richard Schrock: Die Natur wird leider viele dieser Überbevölkerungprobleme schließlich lösen. Es tut mir leid das zu sagen, doch es ist unausweichlich (Lachen). Hartmut Michel: Vielleicht wissen wir in 100 Jahren, wann das Problem endlich gelöst sein wird. Richard Schrock: Es wird innerhalb von hundert Jahren gelöst. Gerhard Ertl: Wenn Sie 100 Jahre zurückblicken, sah die Welt vollkommen anders aus. Niemand würde im Jahr 1930 vorhergesagt haben, wie die Welt in 100 Jahren aussehen würde. Es ist daher so gut wie unmöglich, irgendeine Vorhersage darüber zu machen, was in den nächsten 100 Jahren passieren wird. Keine Chance. Hartmut Michel: Lassen Sie mich außerdem hinzufügen, dass Sie heute Morgen in Steven Chus Vortrag diesen Eiszeitenzyklus gesehen haben. Und es besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass wir in nicht allzu ferner Zukunft eine weitere Eiszeit erleben werden. Also müssen wir auch damit fertig werden. Und dann, wenn wir dieselben Eiszeiten haben, wird Berlin natürlich unter einer Eisdecke liegen. Und wir werden dann nicht hier sitzen, weil über uns eine mehrere 100 Meter dicke Eisschicht liegen wird. Richard Schrock: Und wie lange wird das dauern, 100 Jahre? Hartmut Michel: Und das wird die nächsten 80 oder 90.000 Jahre dauern. Richard Schrock: 80 oder 90.000 Jahre?! Hartmut Michel: Ja. Richard Schrock: Ok, Problem gelöst. Machen wir also eine Party. Astrid Gräslund: Als jemand aus Schweden kann ich Ihnen sagen, dass wir vor relativ kurzer Zeit dort eine Eiszeit hatten, und erst vor ungefähr 10.000 Jahren begann sie wirklich, sich zurückzuziehen. Und nun können wir sehen, und uns darauf freuen, dass wir uns zurzeit wahrscheinlich in der Mitte zwischen zwei Eiszeiten befinden. Wir werden also ein paar 1000 Jahre haben. Und dann kommt das Eis zurück; was immer sonst passiert. Ich denke, wir könnten vielleicht Einfluss darauf nehmen, indem wir sehr viel heizen, doch ich glaube, dass es letztlich nichts helfen würde. Also gewiss, diese sehr langen Zeiträume sind etwas völlig anderes. Und wie wir heute Morgen gesehen haben, sind die Eiszeiten gekommen und wieder verschwunden. Und es ist der zeitliche Rahmen, in den wir wirklich keinerlei Einsicht haben. Dennoch würde ich sagen, dass uns dies nicht davon abhalten sollte.... Ich meine, wir sollten hier und jetzt Probleme lösen, das ist unsere Aufgabe. Und vielleicht für unsere Enkel. Aber wir wissen nicht ... Gesprächsleiter: Es ist also eine große Chance für die Wissenschaft und die Menschheit im Allgemeinen, Lösungen für diese Probleme zu finden. Ich meine: die fossilen Brennstoffe, die über Millionen von Jahren durch Photosynthese entstanden sind, aufzubrauchen. Wir haben sie innerhalb von 100 oder 200 Jahren verbraucht, und vielleicht hätten wir das nicht tun sollen, aber es war eine tolle Zeit. Richard Schrock: Wenn diese Eiszeit wirklich kommt, und es einige Menschen gibt, die sie überleben, kann man sich fragen, was für Menschen das sein werden, die da am anderen Ende herauskommen. Ich weiß nicht: Man sieht keine Dinosaurier herumlaufen. Es gibt Vögel, also... Robert Grubbs: Doch in der Zwischenzeit müssen viele Probleme gelöst werden. Und die gute Eigenschaft dieser Probleme ist, dass viele von ihnen chemische Probleme sind, jedoch viele von ihnen erfordern eine Menge guter, neuer Grundlagenforschung, die noch zu entwickeln ist. Und im Prozess der Durchführung, werden wir sehr viel Spaß haben. Gesprächsleiter: Gut. Frage: Hi, mein Name ist Nil von der Chualongkom Universität in Thailand. Es ist mir eine große Freude, hier zu sein und Sie alle zu treffen. Haben Sie vielen Dank für Ihre Zeit. Also meine Frage bezieht sich auf elektrische Fahrzeuge. Um also einen Fortschritt auf diesem Gebiet zu machen: Glauben Sie, dass es möglich ist, dass dies ein anderes Problem der Produktion von Elektrizität verursacht. Ähnlich, wie wenn man Elektrizität produziert. Wäre es möglich, dass man – wenn man Elektrizität in großen Mengen produzieren muss – sich auf Kohle stützen muss? Oder man würde andere Zerstörungen, man könnte andere Probleme für die Umwelt verursachen. Gesprächsleiter: Das ist schwer zu verstehen. Ich habe es nicht verstanden. Könnten Sie den Hauptpunkt wiederholen? Frage: Sicher. Also die Frage, die ich habe, lautet: Wenn man Elektrofahrzeuge produzieren wollte, könnte man dabei sehr viel Elektrizität verwenden wollen. Und um das tun zu können: Wäre es möglich, dass man dadurch ein weiteres Problem erzeugt? Es könnte zum Beispiel sein, dass man mehr Kohlekraftwerke braucht, und das könnte ein anderes Umweltproblem verursachen. Gesprächsleiter: Ich denke, wir versuchen das zu vermeiden. Wir versuchen die Verwendung von Kohle zu vermeiden. Ich denke das ist sicher ein Problem. Um auf Elektrizität umsteigen zu können, werden wir mit Sicherheit zunächst mehr Elektrizität verwenden müssen. Und wir sollten beispielsweise dazu keine Kohle verbrennen oder Kraftwerke einsetzen und kein CO2 einfangen, wenn wir das tun wollten. Sie sollte aus nachhaltigen Ressourcen stammen. Das wäre meines Erachtens die richtige Vorgehensweise. Hartmut Michel: Ich bin ziemlich davon überzeugt, dass Kohle die Hauptquelle für die Produktion von Kerosin für die Flugzeuge in der Zukunft sein wird, bedauerlicherweise. Robert Grubbs: In der Washington Post stand ein interessanter Artikel von Zachariah, der den Vorschlag machte, dass das Beste, was man zur Kontrolle der CO2-Emissionen tun könne, dieses wäre: dass die USA den Chinesen erklärt, wie man Fracking korrekt durchführt, damit sie ihre Kohlekraftwerke gegen Naturgas eintauschen. Und dadurch würde die CO2-Emissionen um mehrere 10 % sinken, um bis zu 30 bis 40 %. Das ist eine interessant extreme Ansicht, jedoch eine interessante, wie ich finde. Gesprächsleiter: Es gibt mit Sicherheit einige, es wird Fragen bezüglich des Fracking geben, glaube ich. Wir hatten das in der Vergangenheit, und wir hatten am Samstag eine interessante Diskussion darüber. Ich weiß nicht, ob jemand das hier wiederholen möchte, und mit Ihnen diskutieren möchte, welche Art der Gefahr besteht. Astrid Gräslund: Erklären Sie doch, was es ist, denke ich. Gesprächsleiter: Ok, also es gibt eine Methode mithilfe von Chemikalien oder Wasser die Löcher, die Bohrlöcher, unter Druck zu setzen und dann auf effizientere Weise mehr Naturgas oder Öl aus dem Bohrloch zu bekommen. Dies wird als Fracking bezeichnet, als „Zerbrechen“. Und dies hat man getan.... Richard Schrock: Ist es nicht verboten? Ich dachte, dass sei in einigen Ländern verboten, selbst heute, in Frankreich. Wie es sich in Deutschland verhält, weiß ich nicht. Gesprächsleiter: Es wird in vielen Ländern durchgeführt. Richard Schrock: Den Leuten gefällt es nicht, wenn unterirdisch Dinge getan werden, die sie nicht verstehen. Und in der Nähe ihrer eigenen Häuser. Gerhard Ertl: Wir sollten nicht vergessen, dass dies tiefgreifende Auswirkungen auf die Umwelt hat, allein schon der Wasserverbrauch. In Deutschland gab es einen Witz: „Lasst uns Fracking einführen, dann werden wir von den Ölimporten aus Russland unabhängig.“ Und die Antwort war: „Aber dann haben wir kein Wasser. Lasst uns dann das Wasser aus Russland importieren.“ Gesprächsleiter: Gut, ich habe hier eine weitere Frage gesehen, war das richtig? Können Sie nach vorne kommen? Ansonsten können Sie das Mikrofon nicht bekommen. Frage: Ich wollte auf den Beginn der Podiumsdiskussion zurückkommen und auf Herrn Ertl. Er erwähnte, dass es nicht nur um die Umwandlung, sondern auch um das Einsparen von Energie geht. Vielleicht könnten die anderen Teilnehmer der Diskussion das kommentieren, denn dies ist etwas, was wir sofort tun können und nicht erst in der Zukunft. Gesprächsleiter: Das ist ein weites Feld. Professor Ertl. Gerhard Ertl: Ich denke, jeder wird zustimmen, dass Energie in Zukunft nicht so billig sein wird wie im Moment. Die Energie wird also teurer werden. Und das zwingt uns automatisch, Energie zu sparen. Dies nicht zu tun, wäre gegen die Wirtschaftlichkeit, die eine regulierende Kraft auf uns ausgeübt. Natürlich gibt es viele verschiedene Methoden, Energie zu sparen: die Beheizung unserer Gebäude zu verringern, weniger Klimaanlagen zu verwenden, kleinerer Autos zu bauen – es gibt viele, viele Möglichkeiten. Solange die Energie so billig ist, besteht kein Druck, dies zu tun. Machen wir sie also teuer. Auf solch einem Treffen machte ich vor ein paar Jahren den Vorschlag, den Benzinpreis auf drei Euro zu erhöhen, und es gab einen großen Aufschrei. Wir sind nun fast soweit, ja ja. Gesprächsleiter: Möchten Sie das kommentieren? Robert Grubbs: Es ist einfach so, dass ein großer Teil der Energie in Häuser und Gebäude und dergleichen investiert wird. Es ist sehr leicht, dort Einsparungen zu machen. Ich denke, dies ist ein Bereich, der ignoriert worden ist. Denn ein Teil des Problems besteht in dem einzelnen Haus, aufgrund des sehr hohen Kapitalaufwands, der dadurch sofort entsteht. Und daher wägt man das gegen leicht erhöhte monatliche Kosten über einen längeren Zeitraum ab. Es wird also wahrscheinlich einige gesetzliche Regelungen geben müssen, die diese Dinge erzwingen. Richard Schrock: Ich denke sehr häufig an.... Am MIT haben wir... Jeder Campus hat Gebäude, die vor langer Zeit gebaut wurden. Und sie sind alle einfach verglast, und es gibt sehr viele davon. Und es kostet eine ungeheure Menge Geld, eine Universität zu unterhalten, allein schon, was die Heizkosten betrifft. Es kostet jedoch ebenfalls eine große Menge Geld, alle Fenster durch energiesparende Fenster zu ersetzen – und das alles kostet auch Energie. Ich weiß also nicht, was die Ökonomen entschieden haben, ob sich dies lohnt, und wie das alles am Ende zusammenhängt. Doch der nachträgliche Einbau von energiesparenden Fenstern in Gebäude und Häuser usw., um wirklich Energie effizient zu werden, ist selbst sehr kostspielig, verschwendet viel Energie und benötigt Energie auf vielfältige Weise. Doch wenn das der richtige Weg ist, dann müssen wir ihn gehen. Gesprächsleiter: Andererseits gibt es besonders in Deutschland in den letzten 20 oder 30 Jahren enorme Anstrengungen, den Benzinverbrauch in PKWs zu verringern bzw. die Entfernung pro Liter zu erhöhen. Ich erinnere mich, als ich mein erstes Auto kaufte, ein VW oder so etwas, waren es 10-12 Liter, es war ein kleiner Motor, 10-12 Liter pro 100 km. Dasselbe Auto würde heute wahrscheinlich nur 3 oder 4 Liter benötigen, mit Diesel und all dieser Technologie. Die kostet auch Geld, aber es gibt Systeme, die funktionieren. Und es ist in diesem Punkt viel geschehen. Auch bei der Isolierung von Häusern, Fenstern, und all dem, überall. Robert Grubbs: Ich erwähnte, dass ich in einer Reihe von Ausschüssen gesessen habe, in denen die Leute über das Sparen von Energie diskutiert haben. Und ich schaute mich um und ich sah, dass alle in Kleidungsstücken aus Wolle umhersaßen. Wissen Sie, es ist wirklich schlecht, dass wir die nordeuropäische Bekleidung als eine Art Standard auf der ganzen Welt verwenden. Wir sollten uns so anziehen, dass wir das nicht müssen. Man schaltet die Klimaanlage hoch, damit man ein Anzug anziehen kann. Gesprächsleiter: Das ist richtig. Ok, gut. Bitte das Mikrofon. Sie. Wir haben noch ein paar Minuten. Frage: Hi. Ich habe eine Frage zum früheren Teil der Diskussion. Es wurde erwähnt, dass die Kernenergie in der Öffentlichkeit zunehmend unbeliebter wird. Und gewiss hat es in den letzten paar Jahren viele Beispiele für die negativen Konsequenzen gegeben, die sich ergeben, wenn Kernkraftwerke versagen. Denken Sie, dass dieser negative Ruf verdient ist, oder sind die potenziellen Vorteile das Risiko wert? Oder überwiegend in Fragen der Kernenergie die negativen die positiven Aspekte? Gesprächsleiter: Eine gute Frage, nicht leicht zu beantworten. Richard Schrock: Schneidet man mit, was wir hier sagen, oder .... Richard Schrock: Vielleicht lesen wir darüber morgen in der Zeitung. Möchte jemand dazu etwas sagen? Robert Grubbs: Die Wahrnehmung hat sich geändert. Ich war in einigen Komitees, in denen sehr viel diskutiert wurde über Kernenergie, und alles ging seinen Weg. Und es gab Länder, die darüber sprachen sie einzuführen, von denen man dies nicht erwartet hätte. Und dann kam es zu dem Unfall in Japan, und alle diese Diskussionen endeten. Astrid Gräslund: Ich könnte etwas über die Situation in Schweden sagen, da wir die Diskussion über eine lange Zeit geführt haben. der nicht aus diesen mehr oder weniger erneuerbaren oder nicht-fossilen Quellen stammt. Und in der Zwischenzeit ist die öffentliche Meinung hin und her gependelt, und hauptsächlich in eine Richtung. Aber wir hatten zum Beispiel für eine bestimmte Anzahl von Jahren ein Gesetz, dass die weitere Entwicklung oder auch nur Planung neuer Nuklearkraftwerke verboten hat. Das Gesetz wurde aufgeschoben. Jetzt kann man also tatsächlich Kernkraftwerke planen und, wenn man will, bauen. Doch natürlich kauft sie noch niemand. Doch ich kann zumindest sehen, dass dies in dem kleinen, eher – sagen wir pragmatischen – Land Schweden in Zukunft kein großes Problem sein wird. Das ist meine Vermutung. Ich denke, wir werden unsere Kernkraft behalten. Wie werden sie wahrscheinlich renovieren, wenn die Zeit dazu gekommen ist. Wie werden sie vielleicht nicht sonderlich erhöhen, aber wer weiß. Es hängt vom Bedarf ab. Und mit Sicherheit gibt es keine Bewegung, dass wir die Dinge jetzt irgendwie verfrüht abdrehen sollten. Das ist kein wirkliches Problem. Andere Schweden hier könnten mich korrigieren, falls ich mich da irre. Vielleicht höre ich nicht, worüber die jungen Leute reden. Doch zumindest ist dies der Gesamteindruck, den ich bekomme. Gesprächsleiter: Was ist Ihre Meinung? Frage: Ich bin mit Sicherheit nicht qualifiziert, meine Meinung hier auszudrücken. Gesprächsleiter: Aber das ist eine Meinung. Applaus.) Da war noch eine weitere, letzte Frage, glaube ich. Sie, bitte. Frage: Professor Grubbs erwähnte vorhin, dass er mit einem Unternehmen assoziiert ist, das, glaube ich, Batterien herstellt. Und ich frage mich, in welchem Stadium der Entwicklung einer neuen Technologie es sinnvoll ist, staatliche Subventionen zu verwenden, um die Technologie einer breiteren Öffentlichkeit verfügbar zu machen oder um sie in ökonomischer Hinsicht tragbar zu machen. Oder ob wir zunächst warten sollten, bis die Technologie ausgereift ist, und sie dann erst auf den Markt bringen? Gesprächsleiter: Deutschland ist ein sehr gutes Beispiel dafür. Frage: Ich glaube, dass Deutschland ein gutes Beispiel für starke Förderung ist. Gesprächsleiter: Es gibt in Deutschland dieses Gesetz über erneuerbare Energie, und es bewirkte den massiven Umschwung in Richtung auf erneuerbare Energie, insbesondere auf photovoltaische und Windenergie. Sie wurde stark subventioniert und hatte einige sprunghafte Anstiege, wie Professor Michel bereits erklärte. Letztlich zahlt der Steuerzahler dafür. Wenn Sie dazu bereit sind, ist das ok, denn ich glaube, dass es neue Ideen, neue Entwicklungen gibt – hoffentlich in die richtige Richtung – und Arbeitsplätze in diesem Bereich. Ich denke, also es ist eine gute Idee, das auf die richtige Weise zu tun. Doch die Regierung muss die Entscheidung treffen, und die Entscheidung muss auf intelligente Weise getroffen werden. Batterien – ich weiß nicht, ich kenne die Situation nicht, wie es sich damit verhält. Sie verlangen, dass die Entwicklung von Batterien finanziell unterstützt wird. Frage: Nicht exakt nur Batterien. Das war nur eine allgemeine Frage. Gesprächsleiter: Allgemein. Frage: Aber wir könnten genauso gut dasselbe Geld nehmen, das wir für Subventionen verwenden, und es direkt in die Forschung oder für eine stärker zielgerichtete Entwicklung ausgeben. Gesprächsleiter: Das stimmt. Das ist eine andere Möglichkeit. Richard Schrock: Es wäre sehr gut, Politiker zu haben, die etwas von Wissenschaft verstehen. Ich weiß nicht… Gesprächsleiter: Es ist nicht so schlecht in Deutschland. Richard Schrock: Zumindest in den USA gibt es keinen großen Prozentsatz, der etwas von Wissenschaft versteht, und davon, was subventioniert werden sollte oder nicht, usw. Ich weiß nicht, wem die zuhören, aber sie scheinen selbst nicht viel Kenntnisse über Wissenschaften zu haben. Vielleicht wird auch das in der Zeitung stehen, ich weiß nicht. Gesprächsleiter: Unsere Kanzlerin ist Physikerin, das hilft. Ok, gut. Vielen Dank. Ich glaube, wir sollten langsam ans Ende kommen. Ich danke allen Teilnehmern auf dem Podium. Ich werde vielleicht kurz zusammenfassen, was wir hier gehört haben. Und was wir getan haben. Ich denke, dass biologische Brennstoffe, darüber sind wir uns mehr oder weniger einig, problematisch sind, obwohl wir zum Beispiel in Deutschland 5 oder 10 % Methanol in unserem Benzin haben. Wir haben Bio-Diesel und dieser Trend geht weiter. Vielleicht wird er gestoppt, ich weiß es nicht. Es gibt auch ein Gesetz über erneuerbare Energie, und das ist dieselbe Quelle für diese Entwicklung. Es wird jedoch jetzt von Politikern, ich glaube weltweit, als eine problematische Sache wahrgenommen. Vielleicht mit Ausnahme von Brasilien und anderen Ländern, die nach wie vor diesen Wege beschreiten. Dass wir irgendwie uns mehr in Richtung Elektrizität bewegen müssen, ist sicherlich richtig. Besonders deshalb, weil wir keine Antwort auf die Frage nach dem Ersatz fossiler Brennstoffe haben, die wir zum Fahren unserer Autos, Fliegen unserer Flugzeuge usw. verwenden. Es gibt keine gute Lösung dafür. Also ist die Bewegung in Richtung Elektrizität, die auf erneuerbare Weise produziert werden kann im Moment mit Sicherheit die richtige Entscheidung. Und ich hoffe, dass es auf dem Gebiet der Batterien Entwicklungen geben wird, auf dem Automobilsektor usw. Wir müssen Energie sparen, das ist sehr deutlich. Ich erwähnte, dass es in mehreren Ländern auch eine gute Entwicklung gibt. Einige Punkte werden diskutiert. Wir kauften gerade ein Haus und wir hörten, dass es besser wäre, es nicht zu isolieren, aus mehreren mit dem Klima zusammenhängenden Gründen, usw. Wir müssen also darüber nachdenken. Und der dritte Punkt, den wir recht ausführlich diskutiert haben, war die Kernenergie. Und wir hatten in gewisser Weise geteilte Meinungen. Ich glaube, einige Leute sagen, wir müssen verwenden, was wir haben, und wir müssen weitermachen. Und wir müssen auch in die Technologie investieren und Leute darin ausbilden, damit wird das Wissen auf diesem Gebiet nicht verlieren. Und die Leute, die diese Technologie kennen, können helfen, für den Fall, dass wir in Zukunft darauf zurückkommen müssen. Und klarerweise ist das Lagerungsproblem, die längerfristige Lagerung der Abfallmaterialien, ein noch ungelöstes Problem. Fukushima war ein gutes Beispiel. Diese Energieform ist nicht völlig sicher. Ok. Ein weiterer Punkt? Und der letzte und wichtigste Punkt für Sie alle: Wir haben, wie ich sagte, keine Lösung zur Produktion von Brennstoffen aus Sonnenenergie. Wir benötigen den Input der Chemie zur Entwicklung einer katalytischen, ... besserer Katalysatoren und Geräte. Zum Beispiel für die lichtinduzierte Wasseraufspaltung zur Produktion von Wasserstoff oder zur direkten Herstellung von kohlenstoffenthaltenden Komponenten wie in der Photosynthese, auf irgend eine Weise. Entweder, indem wir schauen, was die Photosynthese und was die Natur uns lehren, oder indem wir völlig neue Wege gehen, die clevere Chemiker wie Sie in naher Zukunft finden müssen, hoffe ich. Also, ich denke, dass dies das Podiumsgespräch jetzt beendet und danke allen auf dem Podium für sehr gute anderthalb Stunden. Vielen Dank für das Kommen und vielen Dank für das Zuhören. Applaus. Ende.

Panel Discussion (2013)

"Chemical Energy Conversion and Storage" (with Nobel Laureates Ertl, Grubbs, Kohn, Michel, Schrock)

Panel Discussion (2013)

"Chemical Energy Conversion and Storage" (with Nobel Laureates Ertl, Grubbs, Kohn, Michel, Schrock)

Abstract

Our world is at present mostly running on fossil fuels – oil, coal and natural gas – using energy harnessed from the sun and stored by photosynthetic organisms many million years ago. The rapid exploitation of these valuable resources over the last 2 centuries, which are not renewable on a human time scale, has led to inevitable shortages - and the economic, social and political consequences are already being felt today. Furthermore the burning of carbon-rich fuels has increased CO2 concentrations in the atmosphere that are related to climate changes with many adverse effects for our planet and human society. Human population and economic growth, particularly in fast-developing countries, will lead to further increases in energy demand.
It is therefore one of the great challenges of mankind to identify and develop alternative sustainable energy sources. The extensive use of nuclear energy has no support in our society and many countries have therefore decided to discontinue this technology. The prospected nuclear fusion reactors are still in the early development stage. Alternative physical energy conversion techniques, for example based on hydrodynamic power, wind-propelled generators and photovoltaic devices, are increasingly used to generate electricity, but suitable techniques to directly obtain large quantities of fuels in a renewable way, e.g. to replace gasoline and diesel, are still lacking. Here the exploitation of solar energy has enormous potential. The problem is developing technologies that allow this energy source to be efficiently captured and converted not only to heat or electricity but stored in form of chemical fuels.
Chemical bonds are the best way to store energy – by far superior to batteries and mechanical devices. The efficient production of a clean storable “solar fuel” would therefore represent a very important breakthrough in the chemical sciences. Such a fuel must be made from abundant, inexpensive, non-toxic materials such as water, which could be split by light into molecular oxygen and hydrogen (“artificial photosynthesis”). Molecular hydrogen is considered the ideal primary fuel of the future, since its combustion yields only water as waste product. Furthermore it can be converted to many other important energy-rich materials (e.g. with CO2 to methane, methanol, hydrocarbons) for further storage and transport. These compounds also have uses in other industrial sectors.
Enormous scientific, technological and economical efforts are needed to initiate the “Energiewende” (energy transition) – away from the dominance of fossil energy carriers. Future energy systems will be based substantially on renewable solar primary energy but cannot be operated without a suite of technologies of chemical energy conversion dealing with storage and interconversion of energy carriers. The central discipline in this endeavor is catalysis. In this respect much can be learned from Nature which has developed many metallo-enzymes for the conversion of small molecules with low overpotentials, high turnover numbers, long lifetimes and build-in protection and repair mechanisms.
This topic – and in particular the place of chemistry in this endeavor – will be discussed in the panel discussion with several Nobel Laureates.

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