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Energie- und Ressourceneffizienz

Erneuerbare Energie gewinnen Strom aus Sonne, Wind und Wasserstoff

UNO-Generalsekretär Ban Ki moon hat das Ziel ausgegeben, den Anteil erneuerbarer Energien bis 2030 weltweit auf 32 Prozent zu verdoppeln. Mit dem Jahrhundertprojekt Energiewende hat sich Deutschland besonders ehrgeizige Ziele zum Ausbau Erneuerbarer Energien gesetzt.

Derzeit stoßen jedoch alternative Energielösungen wie Solarstrom, Wind- oder Bioenergie noch an wirtschaftliche und technische Grenzen. Die Chemie arbeitet daher an Lösungen, die eine effizientere Herstellung und Speicherung von Strom und dessen Transport ermöglichen.

Windenergie: Ausbau der Kapazitäten
Mit einem von der Bundesregierung angestrebten Anteil von rund 50 Prozent soll die Windenergie in Deutschland eine entscheidende Rolle bei der Stromerzeugung 2050 spielen und das Rückgrat der Energiewende werden. Das erfordert einen massiven Ausbau der Windkraftkapazitäten. Windräder, die in der See stehen, sogenannte Offshore-Anlagen, sind dabei von besonderer Bedeutung. Solche Anlagen stellen die Hersteller vor enorme technische Herausforderungen. Zum einen müssen sie im Vergleich zu Landanlagen deutlich größer sein, um die erheblichen Zusatzkosten für Errichtung und Netzanbindung auszugleichen und einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Zum anderen stellen Offshore-Anlagen höhere Anforderungen an die Wetterfestigkeit, da sie UV-Strahlen der Sonne, Regen und Wind ausgesetzt sind. All dies erfordert neue Materialien, die aus der Chemie kommen. So arbeitet die chemische Industrie beispielsweise an Beschichtungen auf Polyurethanbasis, die Oberflächen besonders witterungsresistent machen.

Solarenergie: Wirkungsgrad steigern
Bei der technischen Entwicklung und Verbreitung von Solaranlagen ist Deutschland eines der führenden Länder. Die chemische Industrie arbeitet daran, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu steigern und die Herstellungskosten zu senken. Beides ist durch Solarzellen auf Basis von kristallinem Silicium erreichbar, aus denen die meisten Solarmodule bestehen. Auch bei der zweiten Generation der Solarmodule, den Dünnschichtsolarzellen, wird Chemie benötigt. Derzeit forscht die chemische Industrie an der dritten Generation: organischer Photovoltaik auf Basis von halbleitenden Polymeren. Da sich die Solarzellen der zweiten und dritten Generation auf Folien aufdrucken lassen, sind neue Anwendungen möglich - zum Beispiel auf Hauswänden, um Hausstrom herzustellen, oder auf Schulranzen und Sportkleidung, um digitale Geräte wie Mobiltelefone mit Strom zu versorgen.

Brennstoffzelle: Energiegewinnung mit hohem Wirkungsgrad
Wasserstoff gilt als ein Energiespeicher der Zukunft: In Wasserstoff-Brennstoffzellen kann die im Wasserstoff gespeicherte chemische Energie mit sehr hohem Wirkungsgrad direkt in Elektrizität und warmes Wasser umgesetzt werden. Als Nebenprodukt bleibt nur Wasserdampf übrig. Da Brennstoffzellen in verschiedenen Größen und Ausführungen hergestellt werden können, sind ihre Anwendungsgebiete vielfältig: Sie können als Kraftwerk im Keller ein ganzes Haus oder als Blockheizkraftwerk ein ganzes Wohnviertel mit Strom versorgen. Sie sind sowohl in Mobiltelefonen denkbar als auch beim Antrieb von Elektroautos. Derzeit forschen die Ingenieure der chemischen Industrie an Komponenten wie Elektroden oder Membranen, um eine zuverlässige Funktionsweise, eine lange Lebensdauer und einen wirtschaftlichen Preis zu erreichen. Voraussetzung für eine wirklich CO2-arme Brennstoffzelle ist jedoch, dass der Wasserstoff nicht aus fossilen Energieträgern gewonnen, sondern aus regenerativem Strom etwa aus Sonnenenergie hergestellt wird.

Mit Chemieprodukten Energie sparen
Darüber hinaus stellt die chemische Industrie zahlreiche Produkte her, die vor allem in ihrer Nutzungsphase Energie sparen: Über ihren Lebenszyklus hinweg sparen sie insgesamt mehr als doppelt so viele Treibhausgasemissionen ein wie bei ihrer Produktion, Anwendung und Entsorgung entstehen. Zu diesen Produkten zählen beispielsweise Dämmmaterialien für Häuser oder Werkstoffe für effiziente Lichtquellen wie LEDs.

NACHGEFRAGT: CHEMIE³ IM DIALOG

„ANFORDERUNGEN SIND UNGLEICH KOMPLEXER“

Prof. Dr. Rainer Grießhammer

Mitglied der Geschäftsführung Öko-Institut e. V.

„Ressourceneffizienz ist eine immanente Strategie der Chemiker. Schon als Student achtet man im Labor auf hohe Ausbeuten. Aber die Anforderungen sind ungleich komplexer geworden. Erstens muss die Chemieindustrie mit dafür sorgen, Lösungen für Konflikt-Rohstoffe zu finden – und das können Palmöl aus dem gerodeten Regenwald oder Metalle aus dem Kongo sein. Zweitens muss sie ihre Kunden dabei unterstützen, Ressourcen bei Produktion und Nutzung einzusparen. Drittens muss die Chemieindustrie im Rahmen einer zukunftsgerichteten Rohstoff-Strategie neue Verfahren für Abfallwirtschaft und Recycling entwickeln. Schlussendlich muss sie integrative Lösungen finden. Hier gilt es nach wie vor, die Belastung von Mensch und Umwelt durch problematische Chemikalien zu reduzieren, und für die Substances of Very High Concern (REACH § 59) schnellstmöglich Substitute zu finden.“

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@chemiehoch3

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