Germany's Energiewende

Energiewende contra Kernenergie

Die Energiewende wird -keine Frage- international wahrgenommen und kontrovers diskutiert. Die Deutsche Welle als Anstalt des öffentlichen Rechts erklärt diese unter der Überschrift "What exactly is Germany's 'Energiewende'?". Auch im englischsprachigen Wikipedia gibt es bereits einen Eintrag dazu, hier allerdings unter der Überschrift "Energy transition". Mark Lynas berichtet unter der Überschrift "Germany’s ‘Energiewende’ – the story so far" und konstatiert Folgendes: "Bei der Energiewende geht es nicht wirklich um das Klima. Es geht darum, die Atomkraft loszuwerden. Das ist die Obsession der Grünen in Deutschland seit ihrer Entstehung aus der Anti-Atombewegung der 1970er Jahre. Deutschland ist die einzige westeuropäische Nation, die immer noch fest entschlossen ist zusätzliche große Kohlekraftwerke zu bauen (10 GW nach einigen Berichten). Das ist eine große politisches Niederlage für die europäische Umweltschutzbewegung."

Ein Artikel in "The Economist" vom 28.07.12 kommentiert folgendermaßen:

"Der Rest der Welt beobachtet Deutschland mit Verwunderung, Verdruss und erwartungsvoller Schadenfreude. Anstatt Europas Energieversorgung zu stabilisieren, quält Deutschland seine Nachbarn mit dem Abladen unvorhersehbarer Energiestöße aus Wind- und Solarenergie. Für viele ist die Energiewende ein wahnsinniges Spiel mit der industriellen Leistungskraft des Landes. Aber falls die Energiewende gelingt, wird Deutschland eine weitere Spitzentechnologie entwickelt haben, sagen die Initiatoren. "Von den Industrienationen hat nur Deutschland hat die Fähigkeit und den Willen diese atemberaubende Transformation der Energieinfrastruktur zu bewältigen", sagt Mark Lewis, ein Analyst der Deutschen Bank."

Umfangreiche Informationen zu dem gesamten Vorhaben findet man auf der Webseite energytransition.de. Die Seite wurde von der Heinrich Böll Stiftung eingerichtet.

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Aus dem Reich Kernenergie gibt es auch noch einige interessante Links nachzutragen:

Vom Lexikon der Kernenergie exisitert inzwischen eine aktualisierte PDF-Version.Wer sachliche und inhaltlich korrekte Informationen sucht, ist hier an der richtigen Adresse. Umfangreiche Informationen über Spaltprodukte findet man bei Wikipedia. Wir erinnern uns: 2011 machten wir uns Sorgen über die Spaltprodukte, die aus Fukushima in die Umwelt gelangten.
In dem Zusammenhang hier gleich noch die ausführliche Zusammenfassung der Probleme bei Fukushima I auf physikBlog

Solarzellen-Tuning mit Spinat

Der Seemann Popeye erlangt durch den Genuß von Spinat ungenheure Kräfte. Was bei Popeye hilft, kann auch bei Solarzellen nützlich sein. In einer Publikation in Advanced Materials teilen Gabriel LeBlanc et al. mit, wie sie durch Kombination von p-dotierten Solarzellen mit dem Photosystem I zu leistungsfähigeren Solarzellen gelangen wollen. Das Photosystem I sorgt in grünen Pflanzen für die effektive Aufnahme von Lichtenergie (Quantenausbeute von nahezu 100%!). Das benötigte Photosystem I wurde aus handelsüblichem Babyspinat gewonnen. Durch die Kombination des anorganischen Materials Silicium mit dem Biomaterial schaffen die Autoren eine Biohybrid-Solarzelle (Link: G. LeBlanc, G. Chen, E. A. Gizzie, G. K. Jennings, D. E. Cliffel - "Enhanced Photocurrents of Photosystem I Films on p-Doped Silicon", Advanced Materials, 2012, DOI: 10.1002/adma.201202794).

 Popeye-Zeichnung von Segar

In diesem Zusammenhang sind auch folgende Übersichtsartikel zu Bionanokompositen und zur Integration von photoschaltbaren Proteinen, photosynthetischen Reaktionszentren und Halbleiter-Biomolekül-Hybridmaterialien von Interesse. Diese beiden Artikel umreissen möglicherweise einen neuen Trend in der Materialforschung der nächsten Jahre.

• F. Wang, X. Liu, I. Willner: Integration of Photoswitchable Proteins, Photosynthetic Reaction Centers and Semiconductor/Biomolecule Hybrids with Electrode Supports for Optobioelectronic Applications, Advanced Materials, 2012, DOI: 10.1002/adma.201201772
• M. Darder, P. Aranda, E. Ruiz-Hitzky: Bionanocomposites: A New Concept of Ecological, Bioinspired, and Functional Hybrid Materials, Advanced Materials, 2012, DOI: 10.1002/adma.200602328

Es gibt allerdings einige Bedenken und Einwände gegen diese Art von Hybridmaterialien: Wie langzeitstabil ist das Biomaterial im Dauereinsatz? Was passiert wenn die Sonne so richtig auf die Solarzelle brennt und diese sich immer weiter erwärmt? Hier gibt es also sicher noch viel zu tun, bis tatsächlich kommerziell verwertbare Solarzellen entstehen.

ultra-pure silicon from biogenic sources for crystalline solar cells

Hochreines Silicium aus nachwachsenden Rohstoffen

In einer Pressemitteilung teilt die Firma Mayaterials mit, dass sie die Produktion von ultrareinem Silicium aus biogenen Quellen aufgenommen hat. Das Silicium soll eine Reinheit von 99.9999% besitzen und einen extrem geringem Gehalt an Schwermetallen aufweisen. Das neuartige Herstellungsverfahren soll weniger Chemikalien und Energie benötigen als der traditionelle Siemensprozess. Bei dem neuartigen Verfahren werden landwirtschaftliche Abfälle in hohreines Silicium für photovolatische und elektronische Anwendungen umgewandelt. Die Produktionskosten sollen deutlich niedriger sein als bei der konventionellen Siliciumproduktion. [Den Text der Pressemitteilung findet man hier.]

[Etwas ausführlichere Informationen gibt es bei chubbybrain.com:]

"Das energieeffiziente und umweltfreundliche Verfahren zur Herstellung von Solarsilicium geht von Reisschalen und anderen  Getreidebestandteilen aus. Diese enthalten einen verhältnismäßig großen Anteil an Siliciumdioxid, den die Pflanzen aus dem Boden aufgenommen haben. Das Silicumdioxid kann in hochreiner Form aus der Asche der Reisschalen gewonnen und zur Produktion von Spezialchemikalien verwendet werden. Auf diese Weise kann auch Solarsilicium aus diesen Rohstoffen gewonnen werden.

Der große Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass das hochreine Silicium direkt aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten gewonnen werden kann. Dabei werden energieintensive Verfahren wie beim Siemensprozess vermieden. Das neue Verfahren verwendet ein häufig vorkommendes Abfallprodukt der landwirtschaftlichen Produktion, um aus einem nachwachsenden Rohstoff in einem energieefizienten Verfahren ein wertvolles Produkt zu niedrigen Kosten unter minimaler Beeinflussung der Umwelt herzustellen." [Das ist der Werbetext von chubbybrain, deshalb kommen hier gleich alle Schlagworte auf einmal... Weiter geht es wie folgt:] "Die gegenwärtige Produktion von kristallinen Solarzellen ist durch das Angebot an polykristallinem Silicium begrenzt. Der innovative Prozess von Mayaterials wird es den Photvoltaikherstellern ermöglichen, die Produktion bei voller Kapazität laufen zu lassen. Es wird keine Engpässe beim Angebot an Rohmaterial mehr geben und Solarenergie wird zu niedrigeren Kosten pro kWh als gegenwärtig zu erhalten sein. Außerdem ist der vorgschlagene Prozess umweltfreundlicher, da er deutlich weniger Energie verbraucht und weniger giftige Chemikalien benötigt als die existierenden Verfahren."

Das Forschungsprojekt wird auf einer Webseite des U.S. Department of Energy, Abteilung Energy Efficiency & Renewable Energy in einer Präsentation vorgestellt:

Beim Klicken auf das Bild wird die Präsentation in einem neuen Fenster geöffnet.

Die Rechte an dem Verfahren sind mit dem Patent "LOW COST ROUTES TO HIGH PURITY SILICON AND DERIVATIVES THEREOF" gesichert. Dieses ist z.B. auf folgenden Webseiten abrufbar:

• WIPO (WO2010017364)
• Sumobrain (WO/2010/017364 )
• European Patent Register (EP2321221)
• Free Patents Online (EP2321221)

An dieser Stelle in Kurzform eine Variante des neuartigen Verfahrens aus dem Patent:

• Reisschalen mit einer Dichte von 0.2 g/cm³ werden in 10%iger Salzsäure eine halbe bis eine Stunde gekocht
• Anschließend waschen mit Reinstwasser
• Erhitzen auf 900 °C in Argon mit 1% Chlorwasserstoff. Dabei entsteht ein C:SiO₂-Verhältnis von ca. 4:1
• Oxidation bei 950 °C in 5% CO₂. Das C:SiO₂ Verhältnis beträgt danach ca. 2:1
• Mischen bzw. Vermahlen mit Zucker
• Kompaktieren, Pelletieren
• Erhitzen in Argon, dabei entsteht das hochreine Silicium

Der Todesstoß für Biokraftstoffe in Deutschland?

Hartmut Michel vom Max Planck Institut für Biophysik in Frankfurt am Main diskutiert im Editorial der Angewandten Chemie über den Sinn oder Unsinn der Produktion von Biokraftstoffen. Er kommt dabei zu interessanten Schlußfolgerungen. Zunächst betrachtet er die Energieeffizienz der Photosynthese. Diese ist durchaus nichtg so hoch, wie man vielleicht glaubt. So werden zum Beispiel UV-, IR-Strahlung und das grüne Licht von den Pflanzen nicht genutzt. Damit bleibt ein großer Teil des Sonnenlichtes ungenutzt. Nach Elektronentransfer, Hell- und Dunkelreaktion werden etwa 12% der Energie des Sonnenlichtes in Form von NADPH gespeichert. Weitere inherente Probleme der Photosynthese betreffen die Schädigung der Proteinunterheinheiten des photosynthestischen Apparates durch hohe Lichtinitensitäten und Unzulänglichkeiten bei der Unterscheidung zwischen Sauerstoff und Kohlendixoid. 3,5 Milliarden Jahre Evolution haben nicht ausgereicht, diese Probleme zu bewältigen, so dass die Effizienz der photosynthetischen Lichtenergieumwandlung letztendlich bei ca. 4,5% liegt.  Bei schnell wachsenden Hölzern wie z.B. Pappeln liegt die Effiezienz etwa bei 1%.  Nun könnte man fragen ob Professor Michel übehaupt weiss, wovon er da redet. Ich denke schon, schließlich erhielt er 1988 zusammen mit Johann Deisenhofer und Robert Huber den Nobelpreis für Chemie für die Aufklärung der Molekülstruktur des Reaktionszentrums der Photosynthese im Purpurbakterium Rhodopseudomonas viridis.

Im Weiteren rechnet der Autor vor, wieviel von der Energie des Sonnenlichtes letztendlich im Biokraftsotff gespeichert wird: "Für deutschen Biodiesel, der aus Rapssamen hergestellt wird, sind das weniger als 0.1%, für Bioethanol weniger als 0.2% und für Biogas etwa 0.3%." Davon muss man noch einmal mehr als die Hälfte abziehen, für die Energie die für die Herstellung der Biomasse benötigt wird (Ernte, Verarbeitung, Dünger, Pestizide...).

Der Artikel enthält einige interessante Schlußfolgerungen:

"Die Produktion von Biokraftstoffen stellt eine extrem ineffiziente Nutzung der verfügbaren landwirtschaftlichen Fläche dar."

"Wir sollten auf den Anbau von Pflanzen für die Herstellung von Biokraftstoffen verzichten."

 "Die Verbesserung der Photosynthese, ein für die Sicherstellung einer ausreichenden
Lebensmittelproduktion höchst erstrebenswertes Ziel, kann an der Überlegenheit der Kombination Photovoltaikzelle/elektrische Batterie/Elektromotor nichts ändern."

Abbildung:  Photosynthetisches Reaktionszentrum aus Rhodopseudomonas viridis (Abbildung erzeugt mit der Protein Data Bank).
Literatur: "Crystallographic refinement at 2.3 A resolution and refined model of the photosynthetic reaction centre from Rhodopseudomonas viridis." J. Deisenhofer, O.  Epp, I. Sinning, H. Michel,  J.Mol.Biol. 246 (1995) 429-457
PubMed: 7877166  
DOI: 10.1006/jmbi.1994.0097  


Weitere Links:

• kurzer Artikel bei ChemistryViews
• Beitrag bei  The Curious Wavefunction

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Als Kommentar zur Unwirtschaftlichkeit von Biokraftstoffen siehe auch diesen Bericht bei Telepolis: "Synthetischer Biokraftstoff vorerst am Ende". Die Firma Choren in Freiberg wollte aus Holzabfällen Dieselkraftstoff erzeugen. Ein entsprechendes Verfahren auf Basis von Holzvergasung und Synthesegas war bereits entwickelt worden. Allerdings war der erzeugte Krsftstoff zu teuer.

Übrigens sind die Technologien, die diesem Verfahren zu Grunde liegen, bereits lange bekannt. Die Hydrierung von Kohle wurde 1913 von Bergius entwickelt und die Fischer-Tropsch-Synthese ca. 1925.