Die Flutkatastrophe in Deutschland, die extreme Hitze und die Waldbrände in Teilen Südeuropas und nicht zuletzt der jüngste Bericht des Weltklimarates machen einmal mehr deutlich, dass wir unseren CO2-Ausstoß schnell und drastisch reduzieren müssen.
Dafür wird viel Strom aus erneuerbaren Quellen benötigt, auch für die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser. Auf diesen grünen Wasserstoff setzen viele Sparten der Wirtschaft bei ihrem klimafreundlichen Umbau. Damit kann sogar CO2, das sich nicht vermeiden lässt, in Methanol als Treibstoff und Grundstoff der chemischen Industrie umgewandelt werden – im Fachjargon Carbon Capture and Use, kurz CCU genannt. Wir sprachen mit Robert Schlögl, Direktor am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr und Am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin darüber, wo der Wasserstoff für die bevorstehende Transformation herkommen kann und wie sinnvoll CCU-Techniken sind.
Herr Prof. Schlögl, wir können nicht einmal den derzeitigen Strombedarf mit Windkraft und Fotovoltaik decken. Wo sollen all die erneuerbare Energie und der grüne Wasserstoff für den klimafreundlichen Umbau der Wirtschaft herkommen?
Foto: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft
Robert Schlögl: Einen Großteil des erneuerbaren Stroms und des Wasserstoffs werden wir nicht in Deutschland erzeugen, sondern in Ländern, in denen es mehr Wind und Sonne gibt. Da könnte dann eventuell das Wasser knapp sein, sodass man mit Meerwasserentsalzung arbeiten müsste – was einen kleinen Teil der Energie kostet. Und mit Meerwasser Elektrolyse zu betreiben ist technisch schwierig. Aber in Deutschland und Europa können wir die Wasserstoffmengen, die wir benötigen, nicht produzieren.
Fossile Brennstoffe durch Wasserstoff zu ersetzen, würde viele Produkte teurer machen. Wie lässt sich verhindern, dass Unternehmen, die ihre Produktion klimafreundlich umstellen, nicht mehr konkurrenzfähig sind?
Robert Schlögl: Wenn wir das nur in Deutschland machen, ist das natürlich ein Problem. Aber keiner auf der Welt kann die Berichte des Weltklimarats und die offensichtlichen Zeichen des Klimawandels ignorieren. Deshalb brauchen wir einen Welthandel für erneuerbare Energien, so wie es ihn heute für fossile Rohstoffe gibt. Dann würde sich der Energiepreis marktwirtschaftlich regeln und alle würden den gleichen Preis zahlen.
Wie würde man den Welthandel mit Strom aus erneuerbaren Quellen und grünem Wasserstoff logistisch organisieren? Würde man Stromleitungen aus den Ländern mit viel Wind und Sonne legen oder eher chemische Energieträger für den Transport nutzen?
Robert Schlögl: Für viele Anwendungen sind chemische Energieträger sinnvoller, weil die Energie darin gespeichert ist und bei Bedarf genutzt werden kann. Außerdem können wir dabei schon auf vorhandener Infrastruktur aufbauen. Wasserstoff könnte man in Europa durch das bestehende Pipelinenetz transportieren. Für den Transport außerhalb Europas könnten wir etwa aus Wasserstoff und CO2 Methanol erzeugen, das man im Tanker über die Weltmeere schippern kann.
Wie wir eine leistungsfähige Wasserstoff-Infrastruktur aufbauen können, ist Thema eines Projekts namens TransHyde, das vom Bundesforschungsministerium mit 139 Millionen Euro gefördert wird und an dem meine Gruppe beteiligt ist. Neben Methanol spielen darin flüssige organische Wasserstoffträger, die wir LOHC nennen, eine wesentliche Rolle. Wie wir die Aufspaltung hinbekommen, untersuchen wir im Rahmen dieses Projekts. Wichtig ist dabei, dass wir für den Wasserstoff eine Zertifizierung einführen, damit die Wirtschaft die Politik nicht übers Ohr haut: Es kann ja jeder behaupten, dass der Wasserstoff grün oder blau ist und in Wirklichkeit ist er kohlrabenschwarz.
Blauer Wasserstoff wird aus Erdgas gewonnen, das CO2, das dabei entsteht, wird dann aber beispielsweise in den Erdgaslagerstätten gespeichert. Wie lassen sich grüner und blauer von schwarzem, also konventionell aus Erdgas gewonnenem Wasserstoff unterscheiden?
Robert Schlögl: Wasserstoff aus Erdgas enthält noch langkettige Kohlenwasserstoffe, daran kann man das gut erkennen.
Sie erforschen im Projekt Carbon2Chem unter anderem mit der thyssenkrupp AG, wie sich CO2 aus Stahlwerken, aber auch aus der Zementproduktion oder Müllverbrennungsanlagen mit Wasserstoff etwa in Methanol umwandeln lässt. Wird Wasserstoff billig genug sein, sodass die Kosten dafür vertretbar sind?
Robert Schlögl: Wasserstoff wird künftig günstiger werden. Bei der Effizienz ist in den vergangenen Jahren schon viel passiert. Ein wichtiger Faktor sind jetzt noch die Kosten der Elektrolyseure. Die sind derzeit dreimal so teuer wie sie sein müssten, um mit Kohlekraft konkurrieren zu können. Die werden derzeit aber auch in Manufakturtechnik und nicht mit zeitgemäßer Fertigungstechnik hergestellt. Da ist es ein wichtiger Schritt, dass General Electric jetzt eine Fertigungsstraße für Elektrolyseure baut.
Trotzdem dürften viele Produkte teurer werden, wenn sie mithilfe erneuerbarer Ressourcen statt fossiler Rohstoffe gewonnen werden. Werden wir uns solche Produkte dann noch leisten können?
Robert Schlögl: Energie macht drei Prozent der Weltwirtschaft aus. Die Belastung dürfte also nicht allzu groß ausfallen. Und wenn Energie teurer wird, ist es natürlich auch sinnvoll zu fragen, ob ich eine bestimmte Anwendung noch brauche.
Bei den Carbon Capure and Use-Techniken sind nicht nur die Kosten entscheidend. Wenn das CO2 aus der Stahlproduktion in Treibstoff oder andere chemische Produkte verwandelt wird, gelangt es über kurz oder lang immer noch in die Atmosphäre. Reicht das, wenn wir bis 2045 klimaneutral wirtschaften wollen, wie es die Bundesregierung vorgegeben hat?
Robert Schlögl: Immerhin haben wir den CO2-Ausstoß dann halbiert. Und für Flugzeuge werden wir synthetische Kraftstoffe, also zum Beispiel Methanol, brauchen. Das CO2, das daraus entsteht, halte ich fast für vernachlässigbar. Denn ich glaube auch nicht, dass wir vollkommen klimaneutral wirtschaften können. Dafür bräuchten wir kompensatorische Maßnahmen. Wir müssen also entweder Bäume pflanzen – das verschiebt das Problem nur in die Zukunft, wenn alle Flächen aufgeforstet sind und alle Wälder soweit gewachsen sind, dass sie ein Gleichgewicht von nachwachsenden absterbenden Bäumen erreichen. Oder sie filtern das CO2 mit Direct Air Capture aus der Luft. 400 ppm, also 400 Millionstel Teile aus Wasserdampf zu entfernen, ist aber eine mutige Aufgabe.
Bei der Umstellung auf eine klimaverträgliche Wirtschaft ist nicht nur die Industrie gefragt. Wo sehen Sie darüber hinaus die größten Hebel?
Robert Schlögl: Sehr viel CO2 entsteht in Kohlekraftwerken, im Verkehr und auch in der intensiven Landwirtschaft. Es würde aber vor allem viel bringen, wenn wir Geräte und Gebäude bauen würden, die man nicht ständig wegwerfen beziehungsweise abreißen müsste. Gerade in Häusern steckt viel CO2. Das betrifft auch uns als Forschungsorganisation. Wir sollten nur noch klimaneutral bauen. Da gibt es aber bislang auch zuwendungsrechtliche Hindernisse. Und wir sollten so bauen, dass etwa Labore vielfältig nutzbar sind und nicht jedes Mal neu gebaut werden, wenn sich die Forschungsrichtung ändert.
Als Wissenschaftsorganisation kann die Max-Planck-Gesellschaft auch mit ihrer Forschung zur Bewältigung des Klimawandels beitragen. Wo sehen sie da die wichtigsten Aufgaben?
Robert Schlögl: Es gibt an sehr vielen Stellen noch Forschungsbedarf. In meinem eigenen Gebiet halte ich es für möglich, 50 Prozent der Verluste in der Chemieproduktion rauszuholen, wenn wir katalytische Prozesse verbessern. In der Materialwissenschaft müssen wir eine Alternative für Zement finden. Generell müssen wir Nachhaltigkeit beim Einsatz und Design von Materialien viel stärker berücksichtigen. Warum soll ich ein Blech nehmen, wenn auch eine Folie geht? Und beim stofflichen Recycling von Metallen und Kunststoffen ist noch unendlich viel möglich. Wie sich Materialien wiederverwenden lassen, muss man bei der Entwicklung von Materialien deshalb gleich mitdenken. Viel Forschungsbedarf gibt es auch noch bei der Systemanalyse der Energieversorgung.
Worum geht es dabei?
Robert Schlögl: Um Modelle, mit denen sich analysieren lässt, wo man am besten Kraftwerke baut, wo man Strom und Energieträger hinbringt, also etwa wo neue Pipelines verlaufen sollten. Das Energiesystem ist ähnlich wie das Klima sehr dynamisch, und es gibt viele Wechselwirkungen.
Der wichtigste Faktor beim Wandel hin zu einer klimafreundlichen Gesellschaft ist wahrscheinlich der Mensch. Wir müssen unser Verhalten ändern. Kann Wissenschaft Erkenntnisse bringen, wie sich solch eine Verhaltensänderung bewirken lässt?
Robert Schlögl: Energie wird natürlich von Menschen für Menschen gemacht, und der Mensch greift massiv in die Kreisläufe des Lebens ein. Deshalb muss der Mensch an den Transformationsprozessen partizipieren. Modelle könnten uns auch hier helfen, das System von Klima, Energie und Gesellschaft besser zu verstehen. Dafür müssen wir nicht nur verschiedene Wissenschaften wie die Naturwissenschaften und die Sozialwissenschaften, die bislang beliebig weit auseinander liegen, zusammenbringen. Das ist unendlich komplex und aufwendig. Wenn wir das angehen, müssen wir uns auch von dem gängigen Ansatz in der Grundlagenforschung verabschieden, dass Modelle möglichst einfach sein sollen. Solche Modelle haben mit den Realbedingungen dann wenig zu tun. Deshalb müssen wir die ganze Komplexität von solchen Systemen berücksichtigen, wenn wir zu praktisch nutzbaren Ergebnissen kommen wollen. Das wäre auch eine große Aufgabe für die Max-Planck-Gesellschaft.
Das Interview führte Peter Hergersberg
