*36C3 Vorspannmusik*
Herald: Herzlich willkommen zu unserem nächsten Talk "Energiespeicher von heute
für die Energie von morgen" mit Sebastian Pischel. Ich mache es kurz. Erneuerbare
Energien, sind der heiße Scheiß. Aber was genau gibt es da zu erforschen? Was geht
schon und was geht noch nicht? Das wird uns jetzt Sebastian Pischel erzählen, der
übrigens vor zehn Jahren auf seinem allerersten Kongress war, schon immer
gerne Sachen auseinandergenommen hat und irgendwann nicht mehr aufhören wollte,
noch tiefer rein zu gucken, was im Innersten der Geräte ist, und deswegen
besonders viel über Batterien herausfinden wollte. Wir alle benutzen ständig
Batterien. Aber Sebastian wollte rausfinden, was Batterien im Innersten
zusammenhält und was da heute noch damit gemacht werden kann. Und deswegen
wünsche ich euch jetzt ganz viel Spaß mit Sebastian. Vielen Dank.
Einen großen Applaus.
*Applaus*
Sebastian Pischel: Ja, herzlich willkommen, es ist sehr voll. Hätte
ich nicht erwartet. Okay. Ja, Energiespeicher von heute. Mir ist durch
meine Twitter Timeline gerollt immer wieder Artikel und Meinungen über: Was ist
jetzt besser: Das batteriebetriebene Automobil, das Brennstoffzellen betriebene
Automobil, eines von beidem? Und danach habe ich mir das angesehen und dachte mir,
da erzählen eine Menge Leute sehr halbgares Zeug, und es werden einzelne
Aspekte herausgegriffen, die eine bestimmte Technologie besonders gut
aussehen lassen, aber eigentlich beide gar nicht so richtig miteinander vergleichbar
sind. Als Bild schlage ich vor, wenn man einen Pinguin in die Wüste setzt, dann
sieht er da nicht sonderlich gut aus. Wenn man ein Kamel damit vergleicht, ist das
Kamel deutlich schneller. Wenn man jetzt beide zusammen ins Meer packt, sieht der
Pinguin plötzlich ziemlich viel besser aus. Und da das alles ein bisschen genauer
hinzugucken ist, dachte ich mir vielleicht erzähle ich darüber ein bisschen was. Und
zwar, weil ich eigentlich einen ganz guten Überblick über die ganze Geschichte habe.
Ich habe Chemie studiert, ganz klassisch auf Diplom, habe angefangen mit
organischer Chemie, Biochemie und habe dann im Verlauf des Studiums festgestellt:
Na ja, da ist die Laborpraxis nicht ganz so mein Ding und bin dann erst auf
Brennstoffzellen und Wasserstoff Technologie aufmerksam geworden. Dann
hatte ich einen studentische Hilfskraft- Job am Fraunhofer-Institut für
Zuverlässigkeit und Micro-Integration, wo es tatsächlich darum ging, Lithium-Ionen-
Batterien auf kleiner Skala zu bauen und die potenziell sogar in eine Platine zu
integrieren. Also quasi das, was man heute für ein paar Euro aus China sich liefern
kann, eine kleine Vertiefung rein gefräst, Batterie eingebaut, Deckel drauf und man
hat eine eingebaute Batterie, nicht mehr so wie üblich rangelötet. Und meinen
Abschluss habe ich gemacht am Helmholtz- Zentrum Berlin.
Da in der Mitte, mitten in der Stadt, ist die Technische Universität und das
Helmholtz-Zentrum hat zwei Standorte einmal unten, rechts Adlershof und unten
links in Wannsee. Da stehen jeweils zwei Großgeräte. Einmal der BER
Forschungsreaktor, beziehungsweise er steht da noch, aber er wurde jetzt
kürzlich abgeschaltet. Nach drei Jahren Vorlauf und guter Vorbereitung ist jetzt
vor kurzem der Abschluss gefeiert worden. Der Reaktor wird jetzt in den nächsten
Jahren langsam heruntergefahren. An dem Standort habe ich meine Forschung
betrieben, und an der anderen Stelle steht das BESSY-II Synchrotron, wo dann eine
Menge Material-Untersuchungen gemacht werden und auch eine Menge zu
Solarenergie, hauptsächlich die bekannte Silizium-Solarzellen oder auch Perowskit-
Solarzellen geforscht werden und die Materialeigenschaften und Struktur
untersucht wird. Zuerst, wenn es um einen Energiespeicher geht, braucht man zwei
Dinge: Material und Platz dafür. Energiedichte bildet sozusagen ab: einmal
auf der Hochachse die spezifische Energie Wattstunden pro Kilogramm, ist also auf
die Masse bezogen. Da ist dann klar, man sieht eine Blei-Batterie. Die normalen
Batterien sind relativ schwer. Unten sind jetzt zum Beispiel Kondensatoren. Kennt
man auch von kleiner Skala, was man so auf Platinen lötet. Die sind leicht und auf
der Achse quer ist die Leistung pro Kilogramm aufgetragen.
Das heißt, wie schnell kriege ich die Energie da raus? Das heißt, Metal
oxide capacitors, oder auch die sogenannten Super Caps sind so ein
Schlüsselwort, die auch teilweise in dem Kontext Elektromobilität zum Tragen
kommen. Die sind sehr schnell entladbar. Allerdings sind das keine chemischen,
sondern eigentlich mehr physikalische Energiespeicher. Was mich jetzt besonders
interessiert und was mein Fachgebiet eher ist, sind Batterien und da oben
tatsächlich chemische Energieträger, also das, was wir kennen das Benzin oder auch
Wasserstoff. Und dann schauen wir uns mal ein Diagramm an, etwas aus der Nähe. Hier
ist mir die Achsenbeschriftung flöten gegangen, sehe ich gerade. Hier ist die
Beschriftung ein bisschen anders. Hier geht es jetzt um den Energieinhalt auf's
Volumen bezogen und Energieinhalt auf's Gewicht bezogen. Auf's Volumen ist die
Achse quer, oder?
*Lachen*
Ja! Wichtig: habe ich im Studium gelernt ganz toll hier zu zeigen. Man muss seine
Achsen beschriften, sonst passiert so was. *Applaus*
Die Hochachse ist die volumetrische, aufs Volumen bezogene Achse. Das sieht man
daran unten, Methan und Wasserstoff sind gasförmig. Das heißt, man kriegt in einem
großen Volumen nur relativ wenig Energie gespeichert. Das sieht dann anders aus,
wenn man diese Linie mal nach oben geht, sieht man da Erdgas 200 bar. Das ist, was
wir als LPG Gas von der Tankstelle her kennen, zum Beispiel. Oder dann eben
entsprechend darüber: Wasserstoff flüssig, Wasserstoff hoch komprimiert, kryogener
Wasserstoff und dann ganz oben die üblichen Treibstoffe Ethanol, Benzin,
Diesel. Oben sind sogar ein paar Metalle aufgeführt. Graphit ist auch quasi nur
Kohlenstoff. Aluminium kann man auch verbrennen, potenziell. Wer hat mal einen
Feuerlöscher in der Hand gehabt, wo ABC draufsteht? Mal Hand heben!
Ja, so ziemlich jeder. Wer hat einen in der Hand gehabt, wo Klasse D draufsteht?
Ja, ungefähr so 10, 15 Hände. Die Feuerlöscher der Klasse D sind spezifisch
für Metallbrände, weil Metalle tatsächlich so heiß und relativ schwer zu löschen
sind, dass man dafür spezielles Löschmaterial braucht. Das spiegelt sich
hier auch wieder, dass die eben in der Energiedichte ziemlich weit oben stehen.
Wir sehen hier, ich zeig es vielleicht mal. Geht das mit der Maus? Nee, wird
leider nicht gezeigt. Schade. Unten links in der Ecke sieht man dann Blei-Säure-
Akku. Das ist die bekannte Autobatterie. Ist ziemlich weit unten, weil sie ist für
die Energie, die sie speichert, ziemlich schwer.
Darüber kommen dann die anderen Batterien: NiMH ist was man heutzutage üblich in
Fernbedienungen oder z.B. das Mystery- Hack-Badge reinsteckt. Alkali-Mangan sind
die bekannten, nicht aufladbaren Einwegzellen. Und über den Lithium-Ionen
Akku möchte ich ein bisschen mehr reden, weil auch dieses Jahr, wie auch schon im
Text angekündigt, der Nobelpreis dafür vergeben wurde, für die Entwicklung dieser
Technologie. Und auch hier nochmal die Frage: Wer von euch hat ein Gerät, was mit
einem Lithium-Ionen Akku betrieben wird? *Lachen*
Zwei Geräte? Drei? Fünf? Zwanzig? Langsam werden die Hände weniger. Alle haben sie.
Klar. Die Technik ist absolut verbreitet. Was heißt Lithium-Ionen überhaupt? Lithium
ist ein Alkalimetall, das dritte Element überhaupt, also Ordnungszahl 3, da oben.
Es hat drei Elektronen um den Kern herum, und wenn man von dem Atom ein Elektron
abzieht, spricht man von einem Ion. Das heißt, dass ein positiv geladener
Lithiumkern, und der transportiert im Endeffekt die Ladung in dieser Art
Batterie oder Akku. Das sind die drei Herren, die diesen
Nobelpreis bekommen haben dieses Jahr der Herr John B. Goodenough.
*Lachen*
Es wird gerätselt, ob sich seine Eltern auch dabei mit einem Augenzwinkern gedacht haben, als
sie dieses B hinzugefügt haben. Der Herr Stanley Whittingham und Akira Yoshino.
Das Nobelpreiskomitee hat ganz schöne öffentlich verfügbare Dokumentationen
bereitgestellt, an deren Beispiel ich jetzt mal grob erklären möchte, was da
innen drin passiert. Das ist erst einmal die erste Iterationen, wo noch an der
Anode tatsächlich ein Block Lithium Metall verwendet wird. Wer hatte Chemie in der
Schule? Leistungskurs? Oh, da wird es dünn. Eigentlich hatten alle, wer hat denn
mal ein Stückchen Natrium in Wasser geschmissen?
Ah! Weit mehr als die Hälfte, das spritzt und brennt und explodiert. Das Zeug ist
halt, also sämtliche Alkalimetalle sind hoch reaktiv mit Wasser. Das heißt, es ist
schon ein gewisses Problem da, einen ganzen Block in so eine Batterie
einzubauen. Das ist auch der Grund, weswegen man diese Batterien nicht öffnen
sollte. Weil die Luftfeuchtigkeit schon die reinkommt, reicht, um mit dem Metall,
was da drinnen gespeichert ist, zu reagieren. Und ja, dann wird es warm und
bunt. So, zurück zu der Batterie selber. Das heißt, wir haben an der Anode das
Lithiummetall gibt sein Elektron ab oder wird durch das elektrische Feld beim
Aufladen dazu gezwungen, überredet. Wenn die Batterie aufgeladen ist, fließt das
Elektron durch den Verbraucher auf die andere Seite zurück und wird in dieser
Iteration in einem Material Titan-Disulfid eingelagert. Titan ist auch ein Metall,
relativ bekannt eigentlich. Weiße Wandfarbe kennt auch jeder. Titandioxid ist
ein total bekanntes und verbreitetes Pigment. Hier ist es halt das Schwefel-
Analogon, das Disulfid. An der Batterie, die hat funktioniert. Man sieht hier zwei
Volt Zellspannung ist schon mal deutlich mehr als eine normale Batterie, die 1,5
Volt. Das Problem dabei war: Das Ding zersetzt sich einfach chemisch mit der
Zeit. Nächste Iteration: Kobaltoxid. Das war jetzt stabil und diese Batterie war
halt nicht nach zwei, dreimal Aufladen und Entladen dann einfach kaputt.
Außerdem war die Zellspannung noch ein bisschen größer. Auf der Anodenseite ist
es erst einmal bei dem Lithiummetall geblieben, bei dem Block, und am Schluss
kam dann die Innovation. Okay, wenn ich diesen Metallblock loswerden möchte, wie
kann ich da, wie komme ich da außen rum? Und da hat Yoshino rausgefunden: Hey, wir
nehmen Grafit, also quasi das, woraus man Bleistiftminen auch macht. Graphit hat so
eine Wabenstruktur. So Karnickeldraht sozusagen, und das sind Schichten, die
parallel übereinander aufgeschichtet sind, und dazwischen ist Platz, und dazwischen
passt Lithium als Ion gut dazwischen. Tatsächlich, da Ordnungszahl drei, ist es
wirklich fast das kleinste Atom, was man sich denken kann. Dementsprechend braucht
es auch nicht viel Platz. Und das kann man eben in Graphit oder Petrol-Koks quasi -
also nicht das zum Schnüffeln, sondern das zum Verbrennen - kann man das einlagern
und hat plötzlich nicht mehr diesen hoch reaktiven Metallblock oder Metallschicht,
sondern hat etwas besser Handhabbares. Und das in Kombination hat sich dann dazu
entwickelt, was wir heutzutage in allen unseren Geräten drinne haben. Was nicht so
mein Fachgebiet ist, aber was natürlich auch diskutiert werden muss, ist, woher
kriegt man diese Materialien eigentlich? Kobaltoxid insbesondere ist viel im
Gespräch, weil die Hauptquelle aus den so genannten Coltanvorkommen hauptsächlich in
Zentralafrika kommen. Coltan ist eine Zusammensetzung aus Columbit und Tantalit.
Das sind zwei Minerale, die eng verheiratet miteinander in den
Lagerstätten abgebaut werden und die hauptsächlich in Zentralafrika vorkommen.
Columbit ist eine Quelle für das Element Niob und Tantalit, wie der Name schon sagt
Tantal. Und die bringen aber in Vergesellschaftung auch immer Kobalt mit
zusammen. Irgendetwas hat sich die Natur dabei gedacht. Auf jeden Fall sind die
irgendwie immer an der gleichen Stelle rauszuholen. Und an nicht vielen Stellen sonst.
Dann ist die Diskussion, wo kriegen wir das Ganze Lithium her? Das kommt dann
zu großen Teilen aus Südamerika und aus China. Ähnliches Problem der Grafitanode.
Um besonders hochwertige Zellen zu bekommen, braucht man eine bestimmte
Qualität von Graphit. Haupthersteller: China. Das heißt, da ist dann die Frage,
möchte man mit den Chinesen denn jetzt unbedingt einen Wirtschaftskrieg anfangen?
wenn die sagen können, dann kriegt ihr halt keine Batteriematerialien mehr und
dann habt ihr halt auch keine Batterien mehr, weil, die halten ja auch nicht ewig.
Mehr dazu kann man sich bei Methodisch Inkorrekt nachhören. Ich höre ziemlich
viel Podcasts. Das kann man sich vielleicht vorstellen, und möglicherweise
hat der ein oder andere den Hintergrund zu dem.
Ich kann hochgradig empfehlen, wenn man auch mal ein bisschen sich für
Wissenschaft interessiert: hört da mal rein. Hochgradig interessant, macht viel
Spaß zu hören, auch einfach nur vom Unterhaltungswert her, und man kann eine
Menge lernen. Was auch noch zu einer Batterie dazugehört, ist der Elektrolyt,
also die Flüssigkeit zwischen den beiden Elektroden. Denn man muss diese Lithium-
Ionen auch noch irgendwo drinnen aufheben. Man kann das Metall nicht einfach von
einer Elektrode zur Nächsten wandern lassen. Das muss irgendwie geschehen.
Dafür gibt es diesen Elektrolyten. Und diese speziellen - Carbonate heißen Sie
mit Trivialnamen - Kohlensäureester haben die Eigenschaft, dass Sie sehr polar sind
und aprotisch heißt, sie sind nicht chemisch gesehen sauer. Weil es gibt
Lösungsmittel, die Ihre Wasserstoffatome - hier sind ein Paar eingezeichnet, gibt
noch ein paar mehr - die ihre H- Atome abgeben und dann so ähnlich wirken wie Wasser. Wir
hatten vorhin schon gesagt: Alkalimetalle in Wasser - Schlechte Idee! Alkalimetall
in einem protischen Lösungsmittel - auch nicht so gut. Das heißt, es gibt eine
bestimmte Anforderung an das Lösungsmittel und diese Klasse von
Lösungsmitteln erfüllt die ganz gut und lässt sich gut herstellen. Ist leider auch
hygroskopisch, ist wasseranziehend, das heißt: muss gut abgekapselt werden. Das
ist auch der Grund, weswegen auf Batterien immer darauf steht "Nicht öffnen, nicht
auseinander nehmen", weil die werden einfach feucht. Und im besten Fall
verlieren die Batterien bloß ihre Kapazität, weil das Material, was die
Energie transportiert, kaputtgeht, wegreagiert. Im schlimmsten Fall wird es
dann warm, und man kriegt buntes Feuer. Zum Beispiel auch so: Wer von euch hat so
eine Batterie mal auseinandergenommen, zumindestens was da noch an kleinen
Platinchen außen dranhängt? Gar nicht so viele, so 20 vielleicht. Ich
habe schon eine Menge Laptop-Akkus, Handy- Akkus, alles Mögliche auseinander gebaut.
Da hängt immer so eine kleine Platine davor, eine Schutzelektronik, die dafür
sorgt, dass die Batterie nicht zu tief entladen wird und nicht zu sehr überladen
wird. Wenn man nämlich zu viel Energie reingesteckt in diese Batterien, dann
bilden sich solche Metallstifte, Säulen, Wiskers, sind Schnurrhaare quasi. Das sind
eben dünne, lange Strukturen aus Metall, die dann bei zu hohen Spannungen wachsen.
Das in der Mitte ist der Separator, der die beiden Teile der Batterie voneinander
trennt. Die pieken einfach durch und machen einen Kurzschluss. Und dann hat man
ein Problem, wie z.B. das hier. Hat einer von euch so ein Gerät gehabt und damit
Ärger gehabt? Das ist ein Samsung Galaxy Note 7. Ich sehe eine Hand. Vielleicht
ist noch eine zweite dabei. Ich glaube, das war vor anderthalb, zwei Jahren, da
gab es große Presse, dass diese Geräte angefangen haben, aus heiterem Himmel
Feuer zu fangen, teilweise in der Tasche des Eigentümers. Eher blöd. Was sich
hierbei herausgestellt hat, ist, da oben sieht man ein Röntgen-Querschnitt. Diese
dünnen Linien sind die Elektrodenschichten, und dieses etwas
dickere ist der Separator, und es hat sich herausgestellt: Bei der Dimensionierung
und Herstellung dieser Batterien wurde dieser Separator ein kleines bisschen zu
klein gewählt, und dann ist durch ein paar Stöße irgendwie an der Ecke passiert, dass
sich so eine Elektrodenfolie so ein bisschen verbogen hat. Dann haben die
Kontakt gekriegt. Dann hat sich damit die Batterie intern kurzgeschlossen, entladen,
ist wärmer geworden, hat sich aufgebläht, hat Feuer gefangen, und das Ergebnis sieht
man dann daneben: nicht so gut. Das ist halt eben auch etwas, was man bei
sämtlichen Energiespeichern nicht loswird. Man muss irgendwie sicher bekommen, und
man muss sie handhaben können. Nicht nur der Platzbedarf und das Gewicht spielt 'ne
Rolle. Deswegen sind Lithium-Ionen-Batterien ja
auch so verbreitet, weil sie einfach deutlich leichter sind als die Nickel-
Cadmium/Nickel-Metalhydrit-Batterien zum Beispiel und leistungsfähiger.
Was aktuell noch geforscht wird, sind zum
Beispiel neue Elektroden-Materialien, um eben dieses Problem mit dem Kobalt
loszuwerden. Kobalt-Oxid funktioniert sehr gut. Es gibt Bestrebungen, das hat man,
glaube ich, auch durch Pressemitteilungen von Tesla oder sowas und anderen Firmen,
die grad an Entwicklungen forschen, gehört das Nickel ersetzt wird. Kobalt und Nickel
sind sich einigermaßen ähnlich, stehen nebeneinander im Periodensystem und man
kann Nickel ersetzen und den Kobalt-Anteil reduzieren. Nickel hat auch Probleme, weiß
vielleicht der eine oder andere, der dagegen allergisch ist. Nickel verursacht
Kontakt-Allergien; also auch nicht so problemlos. Man muss eben gucken, welches
Problem kann man handhaben und welches muss man, welches muss man einfach
eingehen? Ganz interessant, man kann dieses Kobalt-Oxid durch Silizium
ersetzen. Man kann tatsächlich wie auch Mikrochips aus dünnen Silizium-Wafern
gefertigt werden; Man kann dieses Material nehmen, auf 'ne bestimmte Art und Weise
aufbereiten und als Elektrode für so'ne Batterie benutzen. Und tatsächlich ist es
auch eine Gitterstruktur, wo auch diese Lithium-Ionen gut reinpassen in die
Zwischenräume. Tatsächlich ist die Kapazität noch einige Male größer als mit
dem Kobalt-Oxid. Das Problem ist, dass funktioniert zwei, dreimal... weil
dadurch, dass das Silizium das Lithium als Fremdmetall aufnimmt, quillt das Ganze auf
- wird größer - also wirklich physikalisch größer, wird... beim Entladen schrumpft es
wieder, und dann bilden sich Risse, und nach wenigen Lade/Entladezyklen hat man
dann keine schöne, glatte Elektrode mehr, sondern dann hat man Krümel. Und dann ist
die Batterie kaputt. Das ist einer der... eins der Felder, an denen aktuell
geforscht wird. Wie kriegt man, also kriegt man Silizium tatsächlich in den
Griff, dass man' als Elektroden-Material benutzen kann? Und auch da wird geforscht,
um zum Beispiel das Problem loszuwerden, dass man überhaupt darüber diskutieren
muss: >>Ja, Kobalt, Afrika, politische
Probleme<<, wir haben nicht genug Material für das alles. Elektrolyte, das gleiche...
Metallionen, is 'ne ganz witzige Anekdote. Der Herr Goodenough hat in den 80ern,
als die Grundlagenforschung für seine Entwicklung stattgefunden hat, auch schon
über Natrium als Energie... also als Metall, was dann diesen Hin-und... diesen
Transfer, dieses Hin-und-her-Pendeln zwischen den Elektroden übernimmt... Davon
ist heute nicht wirklich was bekannt, jedenfalls nicht in der öffentlichen
Presse. Geforscht wird daran trotzdem. Also es gibt zum Beispiel Natrium-Sulfid-
Batterien, die funktionieren sehr gut. Allerdings brauchen die Temperaturen um
200 Grad, bis sie vernünftig funktionieren. Bei Raumtemperatur gehen
die nicht. Das ist praktisch für so etwas wie Blockheizkraftwerke oder Lkws oder
irgendwie große, große Dinge, die heiß werden und heiß bleiben können. Aber für
den Alltagsgebrauch, selbst für ein Auto... Kann man nicht anwenden. Aber
möglicherweise findet man damit 'was, was man so ähnlich wie so 'ne Lithium-Ionen-
Batterie bauen kann. Und Natrium haben wir wirklich reichlich. Man geht an
irgendeinen Ozean, hat Natriumchlorid, Salz, in rauen Mengen kann das problemlos
daraus schöpfen, hat Natriumionen ohne Ende. Dann haben wir zum Beispiel auch das
Problem mit dem Lithium aus Südamerika und politisch fragwürdige Quellen nicht mehr,
oder Abhängigkeit von China. Dann noch ein bisschen zu Wasserstoff, da
steck' ich nicht so sehr drin, deswegen etwas grober. Das ist ein Zustandsdiagramm
von Wasserstoff. Wasserstoff ist speziell...
Wer kennt aus Camping zum Beispiel diese Gasbrenner, die man mit so Kartuschen,
oder diesen großen Propangas-Flaschen betreibt? Ja, 80, 90 Prozent bestimmt. Wer
hat schon mal aus Versehen das Ventil aufgemacht und den Schlauch abgeschraubt?
Ja, 'n paar. Oder anderes Beispiel: Wer hat schon mal ein Feuerzeug nachgefüllt?
Ah, fast alle. Wenn man das nicht richtig macht, dann zischt es und es wird ziemlich
kalt. Das heißt in der Chemie Joule- Thompson-Effekt. Also dass, wenn man
ein verflüssigtes komprimiertes Gas plötzlich entspannt wird, das heißt,
es steht in dem Behälter unter Druck, man macht das Ventil auf,
es entweicht an die Atmosphäre, der Druck ist plötzlich nur noch
Atmosphärendruck, und dann wird es kalt. Das ist bei den meisten Gasen so. Bei
Wasserstoff nicht, der wird heiß. Und das ist blöd, wenn man jetzt ein Leck in einem
Wasserstofftank hat. Das sind zum Beispiel Vorsichtsmaßnahmen, da müssen sich... also
in der Raumfahrt, wo Raketen mit Wasserstoff betrieben werden, das ist zum
Beispiel etwas, worauf man sehr gut aufpassen muss. Dann sind hier in diesem
Diagramm noch drei Bereiche ausgezeichnet: Nummer 1 ganz links da, auf dieser
orangefarbenen Linie ist Liquid-Storage, Flüssig-Wasserstoff. Und da sieht man vor
allen Dingen, wenn man die Temperatur- Achse sich oben anguckt: Wir sind bei -260
Grad, da ist nicht mehr viel Platz bis zum absoluten Nullpunkt. Heißt auch kryogener
Wasserstoff. Weil der Wasserstoff nicht flüssig zu kriegen ist oberhalb der
Temperatur, die von dieser orangenen Linie eingefaßt wird. Wenn man, wenn man den
Wasserstoff wärmer macht, steht ja immer noch unter Druck und ist immer noch hoch
komprimiert und relativ dicht. Aber da ist ja nicht mehr unbedingt flüssig. Und wenn
man das Ganze dann zu höheren Temperaturen geht und dann im Bereich 2 auf der rechten
Seite kommt, dann sieht man, diese Linien zeigen an, was unter welchem Druck bei
welcher Temperatur steht, und hat dann 500 bar.
Normalerweise sind so eine Druckgasflasche, wo man Schweiss- Gas oder sowas her
kriegt. Üblicherweise im Handel sind meistens 200, maximal 300 bar. Dadurch,
dass dieses Diagramm bis 1000 hochgeht, das zeigt schon, Wasserstoff braucht ein
bisschen Überzeugungsarbeit, um sich verdichten zu lassen. Und dann oben noch
der Bereich 3. Ist der trans- kritische Bereich. Der kritische Punkt heißt der Bereich,
über dem der Zustand zwischen flüssig und gasförmig zu einem, zu einem nicht mehr
auseinander haltbaren Gemisch wird. Das heißt, es ist nicht wirklich flüssiger
Wasserstoff, ist nicht wirklich gasförmig, irgendwas dazwischen. Aber auch dafür
braucht man sehr tiefe Temperaturen. Und das ist z.B. eines der Argumente, was
gegen Wasserstoff-Betankung spricht. Da das Material soweit runter zu kühlen und
zu verflüssigen braucht eine Menge Energie, ihn kühl zu
halten braucht Infrastruktur und Isolierbehälter. Wenn sowas angepiekst
wird und entweicht, ist... kann ein Problem werden, weil zum Beispiel durch
den Thompson-Effekt, der beim Wasserstoff für Erhitzung sorgt: Gefahrenpotenzial.
Und das heißt auch, wenn man sich überlegt: Wo kann Wasserstoff gut
funktionieren? Meiner Ansicht nach vor allen Dingen in Anwendungen, wo man viel
auf einmal braucht, an bekannten Orten, wo man Zeit hat zum Betanken. Also das
Argument: Ja, ich brauch an der Tankstelle fünf Minuten, um meinen Diesel voll zu
tanken. Aber mit Wasserstoff, das dauert zehn, zwanzig Minuten, und danach muss ich
dann erst mal die Tankstelle wieder erholen und runter kühlen. Das kann man
machen, aber für den Personenverkehr eigentlich total sinnlos. Also ich würde
sagen, es ist klar, dass das auf großer Skala nicht zu machen ist. Aus
Gefahrenaspekten, aus Handling, wie auch immer. Aber man kann sich denken, dass man
Busse, Schiffe, vielleicht sogar Flugzeuge mit Wasserstoff betanken kann, weil die
fliegen oder bewegen sich von wenigen bekannten Punkten. Und man muss eben nicht
überall Tankstellen verstreuen, sondern man hat bestimmte Positionen, wo man denn
den Treibstoff vorhalten kann und da auch dann entsprechend sicher handhaben kann.
Und Individualverkehr damit auszustatten kann man machen, wird auch gemacht. Ob das
auf großer Skala eine gute Idee ist, weiß ich nicht. Aber deswegen zu sagen
Wasserstoff ist sinnlos, ist zu teuer, braucht zu viel Energie, ist nicht
handhabbar, ist gefährlich finde ich auch keine richtige Aussage. Man muss eben
hingucken: Was sind die Randbedingungen? Was kann man vernünftig handhaben und dann
sagen: Okay, ich wähle den Speicher, den Speicher, einen anderen Speicher.
Bei Batterien anders rum. Da muss man eben immer das Material mit sich herumtragen.
Man hat die Batterie, die Elektronen, Cobaltoxid, das Graphit, das ist immer da.
Das muss man immer mit sich herumtragen. Und die Lithium-Ionen
gehen von einer Seite auf die andere, geben dadurch
Energie ab oder nehmen welche auf. Aber die Masse bleibt immer konstant, egal wie
voll der Akku ist. In der Schule gabs bei uns so ein bisschen den Witz. Von wegen.
Ist jetzt eigentlich ein leerer Akku leichter als ein voller Akku? Naja, das
sind ja weniger Elektronen drin. Und wenn man jetzt über Flugzeuge nachdenkt, möchte
man vielleicht nicht ein Flugzeug bauen, was man quasi was eine riesige fliegende
Batterie ist, weil man das Gewicht immer mit sich herumtragen muss. Dann natürlich
noch: Was macht die Natur eigentlich? Die linke Seite ist so ein grobes Schema von
was in jeder Pflanze passiert. Sonne strahlt auf grüne Teile. Da läuft dann die Lichtreaktion der
Photosynthese ab, CO2 und Wasser werden fixiert, und Sauerstoff kommt raus. Und
unten hat man als Speicher sogar größere organische Moleküle. Etwas genauer
angeguckt, sieht das dann so aus. Vielleicht kennt man das noch aus dem Bio
Unterricht, das zweistufige Foto System und die Absorption der beiden Teile. Daran
kann man zum Beispiel auch sehr gut sofort sehen: Warum sind Blätter grün? Naja. Im
blauen Bereich wird absorbiert. Je höher der Peak ist, umso mehr Licht wird
eingefangen, das landet dann in diesen roten, hellroten Bereichen, trifft auf die
Fotossystem-Zentren regt dann, angedeutet durch den blauen Pfeil, regt dann dieses
Molekül an und über diese lange Kaskade von verschiedenen komplizierten
Biomolekülen wird das dann durchgereicht, und irgendwie macht daraus die Zelle dann
ihre Energie. So etwas kann man sehr schwer tatsächlich nachbauen. Wird auch
gemacht. Es werden teilweise werden einzelne von diesen, von diesen Kreisen ja
angedeutet. Vielleicht wird versucht, sie zu isolieren und sich anzugucken. Wie
funktioniert das? Was für, was für Enzyme, was für Proteine sind da drin? Manchmal
sind auch einzelne Metal-Zentren da drin. Wie funktioniert das? Und können wir
darüber was lernen und das vielleicht in für uns leichter umsetzbaren System
nachbauen? Gut, Peak wird höher, heißt, absorbiert
mehr Energie, und in der Mitte ist dieses Tal grün. Das heißt, das grüne Licht wird
einfach nicht absorbiert. Deswegen sieht ein Blatt grün aus. Und noch eine andere
Vision ist zu sagen: Okay, können wir das als Modell nehmen und das so ähnlich machen.
Wir haben ein künstliches Blatt. Ist der Oberbegriff für diese, für diese ganze
ganze Forschungsrichtung zu sagen: Okay, man nimmt sein Material, taucht es in
Wasser ein, man strahlt Sonnenlicht drauf und kann dadurch so ähnlich, wie die
Pflanze mit ihren Blättern auch macht, das Wasser aufspalten in Wasserstoff und
Sauerstoff, diesen Wasserstoff dann einfangen, entweder verflüssigen oder eben
in der chemischen Industrie über verschiedene Reaktionen zu größeren
Energieträgern weiter, weiter entwickeln. Und potenziell kann man daraus auch dann
am Schluss wieder im Prinzip, was wir als Benzin oder als fossile Energieträger
kennen, aber eben ursprünglich nur aus Sonnenlicht gemacht. Wir haben dann nicht
mehr diesen Fall, dass wir dann aus Jahrmillionen alten Ablagerungen aus der
Erde Material ausgraben müssen, sondern wir können das selber machen. Das wäre
sozusagen vom Modell her das, was unter klimaneutralen oder CO2 neutralen
Kraftstoffen gemeint ist. Man hat zwar immer noch einen organischen Kraftstoff,
den man dann verbrennt. Methanol kann man auch, mit Methanol kann man auch
Brennstoffzellen betreiben. Diesel, Benzin würde man dann eben in herkömmlichen
Verbrennungs-Kraftmaschinen verwenden. Aber da man das CO2, was in diesem
Brennstoff drin ist, vorher aus der Luft gegriffen hat und nach diesem Schema in
den Kraftstoff eingebaut hat, wird es beim Verbrennen wieder frei und man kommt auf
plus/minus Null. Da ist das größte Problem, dass CO2 halt zum Glück immer
noch in ziemlich kleinen Konzentrationen in der Luft vorkommt. Das heißt, es ist
ziemlich anstrengend, das CO2 aus der Luft überhaupt rauszukriegen, um dann diese
Reaktion durchzuführen zu können. Also auch da hängt ein riesen, riesen
Forschungsfeld, hängt da dran zu gucken, was kann man damit machen? Wie
kommt man damit weiter?
Eine andere Version ist das, was bisher gemacht wird
und auch relativ gut funktioniert schon, ist, man nimmt Sonnenlicht, hat die
inzwischen ziemlich gut funktionierende Silizium Solarzellen, die Wirkungsgrade
gehen inzwischen bis in die mittleren 20 Prozent hoch und erzeugt daraus
elektrischen Strom, betreibt Elektrolyse. Man hält quasi zwei Elektroden in Wasser,
macht das gleiche wie eben angedeutet das künstliche Blatt. Man trennt das Ganze in
Wasserstoff und Sauerstoff auf, sammelt beide Gase ein und kann sie dann weiter
weiterverwenden. Der Umkehrprozess ist dann das, was wir als Brennstoffzelle
kennen, und dort drüben auf der rechten Seite ist der Kurzschlussweg, sozusagen
der, der diesen Umweg direkt umgeht. Das ist, was in meiner Arbeitsgruppe relativ
viel bearbeitet wird. Okay, dieses, man nimmt dieses hier gelb angedeutete
Material, also das ist tatsächlich ein gelbes Pulver, was bisher mit zu den am
besten funktionierenden Materialien zählt. Man strahlt da von Regenbogenfarben
angedeutet, man strahlt, da kommt das komplette Spektrum drauf. Dieses gelbe
Material absorbiert die eine Hälfte, lässt das gelb-rote langwellige durch. Das
trifft dann hinten auf eine zweite, noch auf eine herkömmliche Silizium-Solarzelle,
kann da noch einmal Energie produzieren, und die beiden tun sich zusammen und
können am Schluss dann genug genug Energie und Spannung aufbringen, um diese Spaltung
direkt zu betreiben. Wenn das tatsächlich zu einem großindustriell verfügbaren
Prozess kommen sollte, könnte das zumindest ein Teil unserer Energieprobleme
lösen oder zumindest einen Beitrag leisten. Dazu gibts dann auch noch andere
Überlegungen, die man machen muss. Wie viel kriegt man da eigentlich raus? Wie
viele Flächen braucht man? Eine Zahl, die ich noch so grob aus dem Vortrag meines
Professors kenne: Man müsste irgendwie pro Tag mehrere hundert Quadratmeter
Solarzellen montieren. Bis 2050. 24/7. Ununterbrochen. Um das
hinzukriegen mit der komplett Klimaneutralität bis dahin. Ist natürlich
komplett illusorisch. Man muss diese Materialen alle erst produzieren. Man muss
die Solarzellen produzieren, man muss die zu Modulen zusammenbauen, man muss die auf
Dächer schrauben, man muss die verdrahten, die gehen inzwischen kaputt.
Das ist eben eine Vision. Klingt gut, aber dann ist wieder die Sache - wie sieht es
aus mit der praktischen Umsetzbarkeit? Komplett geht es nicht. Aber es kann in
bestimmten Teilen der Erde durchaus einen guten Beitrag leisten. Dann habe ich hier
noch eine Pressemitteilung mitgebracht. Das war grad diesen Sommer. Das ist der
Versuch, aus Sonnenlicht direkt, sie nennen es glaube ich Kerosin, also auch
einen fossilen Brennstoff, quasi zu erzeugen. An der Stelle wird das
allerdings nicht chemisch gemacht, sondern einfach durch Konzentration von
Sonnenlicht. Da innen drinnen im Zentrum dieses Spiegels ein Reaktor auf hohe
Temperaturen gebracht wird, 1200 Grad, 1500 Grad. Und dann mit speziellen
Katalysatoren, bei diesen Temperaturen findet tatsächlich eine Reaktion statt,
das CO2 aus der Luft mit Wasser, Luftfeuchtigkeit, wieder zusammengebracht
wird, um einen fossilen Brennstoff zu erzeugen, der dann eben, wie vorhin schon
beschrieben, de facto CO2 neutral ist, weil man den Kohlenstoff, den man da
drinnen verbrennt, vorher selber aus der Luft raus geholt hat. Aber auch hier ist
das Problem, dass CO2, wenn man es nur aus der Umgebungsluft nimmt,
es in geringen Konzentrationen vorhanden ist. Und ich glaube, diese Anlage
produziert ein paar 10 Milliliter Treibstoff pro Tag, an einem guten
Sonnentag. Das ist halt auch nicht viel, und das ist ein relativ großes Ding.
Das ist schon, weiß ich nicht, 6 oder 7 Meter Durchmesser oder sowas.
Sieht relativ schwer aus, das in großem Stil zu bauen. Kann man nicht mal eben so
in größeren Mengen machen. Dann möchte ich noch dieses Argument anbringen. "Wer soll
das bezahlen?" wird oft gefragt. Und das ist jetzt mehr so eine Fragestellung, die
auch jeder für sich mal mitnehmen kann. Was ist eigentlich mit der ganzen Energie,
aus der bereits ein wirtschaftlicher Nutzen gezogen wurde? Man hat im Moment
300 ppm, 300 irgendwas ppm, CO2 in der Luft im Durchschnitt.
*Undeutlicher Zuruf aus dem Publikum* Pischel: Bitte?
*Undeutlicher Zuruf aus dem Publikum* Pischel: 400.
Zuruf aus dem Publikum: Etwas mehr. Sebastian Pischel: Ja, gut. Auf jeden Fall
deutlich mehr als die 100 irgendwas ppm. Weiß da auch jemand was Genaueres? Das ist
tatsächlich. *Undeutlicher Zuruf aus dem Publikum*
Pischel: Bitte? Zuruf aus dem Publikum: Wir sind von 200
auf 400 ppm in den letzten 150 Jahren. Pischel: Gerundet oder genau?
Zuruf aus dem Publikum: Pi mal Daumen. Zuruf aus dem Publikum: Was hat er gesagt?
Pischel: Wir sind von 200 auf 400 ppm in den letzten - 150.000 Jahren?
Zuruf aus dem Publikum: 150 Pischel: Oh, 150.
*Gelächter* Pischel: Ups.
Ja. Wie gesagt, ich wäre eigentlich eher darauf hinaus - diese 200 ppm Differenz
sind irgendwann mal in der Erde gewesen, in Form von Erdöl, Kohle. Und das
übersetzt sich in einen Energiebetrag. Das übersetzt sich in, im Prinzip, Geld und
davon haben Generationen vor uns profitiert, indem sie das aus dem Boden
geholt haben. Jetzt ist der "Abfall" CO2 in der Luft und damit wurde eine Menge
bezahlt. Und jetzt zu überlegen, naja, wir können uns das nicht leisten das alles
wieder in den Boden zurück zu stopfen, das kann durchaus sein, dass das um
Geldbeträge geht, die wir uns nicht einmal vorstellen können. Ich habe noch nicht die
Zeit gefunden, mir das mal anzugucken, auszurechnen. Aber ich kann mir vorstellen
das wird etliche Jahrzehnte Bruttosozialprodukt, Bruttoinlandsprodukt,
von größeren Industrienationen sein. Und es ist klar, dass man das nicht mal eben
so in paar Jahren wieder aufbringen kann und will. Aber dann zu sagen:
"Na ja, können wir nicht, haben wir schon ausgegeben das Geld. Können wir leider
nicht wieder zurücknehmen." Keine Ahnung. Aber das sind dann eben auch politische
und Gesellschaftsfragen. Die fallen nicht so sehr in meinen Bereich. Aber es gibt
sicherlich unter euch Leute, die sich darüber Gedanken gemacht haben, die
darüber mehr wissen. Das würde ich eigentlich sehr gerne mehr ins Rampenlicht
geholt haben. Einfach mal in Kontext zu setzen - Wer hat eigentlich wovon wie viel
profitiert? Also, am Schluss kommen eigentlich
sämtliche Debatten, die wir gerade führen, auf Gerechtigkeits-, Verteilungs-,
Aufteilungsdebatten hinaus. So, damit will ich langsam schließen. Chemie ist eine
interessante Sache, und es ist nicht immer nur das, was knallt und stinkt,
wie der berühmte Spruch ist. Man kann interessante Sachen machen, man kann auch
als Computer affiner Mensch Dinge machen. Es werden inzwischen sehr interessante
quantenchemische Rechnungen gemacht. Man modelliert tatsächlich Elektronenwolken,
die um Atomkerne fliegen, und versucht, auf der Basis Voraussagen zu machen:
Funktioniert ein bestimmtes Material? Hat es eine bestimmte Energie? Hat es eine
bestimmte Energiebindung? Kann ich damit etwas anfangen oder nicht? Aktuell sind
die Voraussagen noch nicht besonders gut, aber überhaupt möglich. Im Vergleich zu
vor zehn Jahren hat man dann eine Woche lang gerechnet, das, was man heute in
einer Stunde berechnet. Da ist auch noch viel zu holen. Und da ich auch gesehen
habe, dass dieser Streit Brennstoffzellenauto - Elektro-Auto, da
sind halt auch viel politische und finanzielle, kurzfristig wirtschaftliche
Interessen dahinter. Wir möchten jetzt etwas verkaufen. Das ist nicht so wichtig,
ob das jetzt irgendwie in zehn, zwanzig Jahren Problem wird. Hauptsache, unsere
Quartalszahlen sind gut. Darüber müssen wir auch viel reden.
So, damit möchte ich schließen mit einigen meiner am meisten konsumierten Podcasts:
"Methodisch Inkorrekt", wie gesagt. "Forschergeist" ist auch ein sehr schöner
Podcast, da gibt es auch einige Folgen, die sich sehr spezifisch mit Themen
beschäftigen, die ich hier angerissen habe. "Mikroökonomen" habe ich bisher bloß
mal ein, zwei Folgen reingehört. Aber da gibt es auch das. Die beschäftigen sich
hauptsächlich mit Wirtschaft und dem ökonomischen Anteil von Energie, aber
haben auch ein paar interessante Folgen dazu, warum Strompreise so entstehen, wie
sie sind. Wer möchte, kann sich den Vortrag, den ich dieses Jahr auf dem Camp
gehalten habe, ansehen, wo ich ein bisschen mehr darauf den Fokus gelegt
habe, wie kriegt man das hin mit dem Wasserstoff aus dem Sonnenlicht erzeugen?
Da gab es noch einen weiteren Talk, bei dem es darum ging, wie kriegt man Power-
to-X, heißt quasi, alles an Energieträger abstrahiert, grob gesagt. Und auch auf
diesem Kongress wird es noch mindestens zwei Vorträge geben, die ich persönlich
sehr interessant finde, weil das ist auch die Sache, über Recycling müssen wir
definitiv auch sprechen. Wir können uns das nicht leisten, sämtliche Batterien,
die kaputt sind, einfach irgendwo in die Erde zu verbuddeln, weil wir haben ja viel
Energie reingesteckt, um dieses Material überhaupt zu gewinnen. Und auf der
Chaos West Bühne wird ein Vortrag darum gehen: Was passiert eigentlich, wenn ich
so eine Batterie beschädige? Was sind die Folgen davon? Bin ich auch sehr gespannt,
was dabei kommt. Und wie gesagt, wenn jemand irgendwie sagt:
"Hey, ich hab da etwas ganz Interessantes, hast du das gehört?"
Sagt es mir, kommt auf mich zu. Ihr könnt, Moment, Kontakt kommt gleich. Genau. Und
am Schluss, natürlich kann ich über das HCB kaum reden, ohne tatsächlich den
Podcast der Helmholtz-Gemeinschaft zu erwähnen. Den habe ich bei weitem nicht
durchgehört, aber hochinteressant und produziert von dem hervorragenden Holger
Klein. Hallo Holgi. Der unter anderem auch
tatsächlich mein Arbeitsgruppenleiter interviewt hat, damals, als er gerade erst
ein Jahr hier am Institut war. Roel van de Krol ist derjenige, der mich
tatsächlich inspiriert hat, mich mit diesem Forschungsfeld zu beschäftigen. Und
dem inzwischen in Ruhestand gegangenen stellvertretenden Institutsleiter
Sebastian Fiechter, der mich persönlich betreut und mentored hat und dafür auch
beigetragen hat, dass das alles so weit gekommen ist, dass ich an diesem
Forschungsfeld Spaß gehabt habe, dass ich Ergebnisse erzeugen konnte, dass ich auch
jetzt Wissen habe, was ich wieder weitergeben kann. Und zum Schluss
Feedback. Ich würde total gerne wissen: Ist das zu chemisch, zu technisch? Möchtet
ihr mehr Chemie wissen? Möchtet ihr mehr Details wissen? Möchtet ihr weniger
wissen? *Undeutlicher Zuruf aus dem Publikum*
Pischel: Okay, einer möchte offensichtlich. Dect Nummer anrufen. Wenn
ich ran gehe ist es schön, wenn nicht, dann nochmal versuchen. Ich habe eine
E-Mail Adresse für diesen Talk eingerichtet, in die ich reingucke. Jetzt
während des Kongresses und auch danach, wenn noch Fragen irgendwann später
aufkommen. Der Stream wird ja auch irgendwann noch in 500 Jahren geguckt. Und
damit kommen wir in der restlichen Zeit zu noch Fragen und Antworten.
*Applaus*
Herald: Vielen herzlichen Dank für deinen Talk.
Wir haben ungefähr zehn Minuten für Q and A. Wir machen bis Viertel nach Q and A.
Alle, die jetzt schon früher rausgehen. Bitte benutzt die linke oder die mittlere
Tür, nicht jedoch die Tür, durch die ihr reingekommen seid. Ihr haltet euch
tendenziell links. Hilfreiche Engel, Saalengel, winken euch und zeigen euch, wo
die Abflugbahn ist. Links oder die mittlere Tür, nicht die Tür, durch die
hereingekommen seid. Wenn ihr Fragen habt, dann stellt euch an die Mikrofone, macht
euch kenntlich, wenn ihr was wissen wollt. Ich glaube, da hinten an Mikrofon Nummer 6
steht jemand? Ist das korrekt? Dann frag du doch mal die erste Frage.
Frage: Hallo. Also erst mal Danke für den schönen Vortrag. Wenn es doch so ein
Problem darstellt, den Wasserstoff zu speichern, könnte man ihn dann nicht
einfach über die vorhandenen Leitungen verteilen? Also über das Erdgasnetz?
Pischel: Ja, wird drüber nachgedacht. Erdgas enthält auch ein Teil Wasserstoff.
Ich weiß gerade nicht, wieviel Prozent irgendwie ein paar wenige. Das Problem an
Wasserstoff ist, der ist auch da speziell. Der diffundiert nämlich durch Metallrohre
durch. Das heißt, wenn man das Erdgasnetz mit 100 Prozent Wasserstoff befüllt, dann
kriegt man am Schluss nicht mehr das raus, was man reingesteckt hat. Und Wasserstoff
hat noch die Eigenschaft, dass es mit so ziemlich allen Metallen
Hydride bildet. Der Wasserstoff lagert sich in das Metall ein, geht eine
Verbindung ein. Und diese Hydride sind dann eben nicht mehr das, wie man es von
Metallen kennt, verformbar, zugfest, sondern das ist spröde. Und man muss eben
besondere Vorkehrungen treffen, um Leitungen, die Wasserstoff führen sollen,
zu beschichten, weil ansonsten diffundiert er nicht nur in diese Leitungen rein, er
macht die spröde. Und irgendwann platzt die.
Also einfach so eins zu eins übernehmen geht leider nicht, also 10 Prozent geht,
irgendwas in der Größenordnung. Deutlich höhere Anteile wird irgendwann schwierig.
Herald: So, wir haben eine Frage aus dem Internet. Bitte schön.
Frage: Ja, danke schön. Wie steht es um den Wirkungsgrad der Energiespeicherung,
der verschiedenen Möglichkeiten? Zum Beispiel der Aufwand des Kühlens,
Komprimierens, Transportierens bei Wasserstoff und dem Laden und Rumschleppen
von Batterien? Kommt da die Batterie im Allgemeinen nicht am besten weg?
Pischel: Die Frage kann ich jetzt so nicht beantworten, weil da eine ganze Menge
Faktoren reinfallen. Ich hab mal ein paar Diagramme angeguckt, wo das ein bisschen
aufgedröselt wird, weil man bei der Wasserstoffverflüssigung viele, viele
Schritte braucht und beim Batterieladen und -entladen halt nur wenige. Und die
Wirkungsgrade multiplizieren sich miteinander. Aber es kommt halt auch
darauf an: Wo macht man das? Bei welchen Temperaturen, unter welchen
Randbedingungen? Deswegen, ein klares Vielleicht. Keine Ahnung.
Herald: Gut, die nächste Frage von Mikrofon Nummer 1 bitte.
Frage: Danke für diesen interessanten Talk. Ich hab mal eine Frage zu
Wasserstoff. Vor ca. 35 Jahren war ich mal Hiwi am Max-Planck-Institut und damals war
der letzte heiße Scheiß Wasserstoff in Metallgittern einzulagern. Dann hat es ein
bisschen geknistert, das Volumen hat sich um 30 Prozent erhöht und bei 400 Grad
Celsius konnte man den Wasserstoff auch wieder raus quellen. Das galt damals als
das heiße Ding, weil man konnte es auch sehr schön sicher einlagern. Wird an
dieser Ecke noch geforscht, oder hat sich das als ganz tot erwiesen?
Pischel: Geforscht wird daran auf jeden Fall. Stecke ich nicht wirklich drin in
dem Bereich. Wie gerade schon erwähnt, Wasserstoff bildet mit fast jedem Metall
Hydride. Mit einigen ziemlich gut. Und solche möchte man besonders gerne haben.
Das sind dummerweise mitunter Edelmetalle wie Palladium, Platin, irgendwie sowas was
super teuer ist. Da kriegt man dann teilweise ein Vielfaches des Volumens was
flüssiger Wasserstoff, also wenn man sich eine Patrone, einen Tank irgendwie aus
Metallhydrid vorstellt, wenn man die mit flüssigem
Wasserstoff füllen würde, kriegt man da nicht so viel
rein, als wenn man das in dieses Hydrid wie gerade angedeutet rein presst und dann
durch Hitze wieder austreibt. Aber da hat man auch wieder das Problem, man braucht
halt das Metall, und das kann mitunter teuer werden. Da wird glaube ich auch dran
geforscht, das mit billigeren und leichter verfügbaren Metallen zu machen. Und da
wäre auch denkbar, so eine Art Pfandflaschen-System zu machen, dass man
dann sagt: Okay, man produziert diese gut handhabbaren, aufgeladenen Hydridspeicher,
vertreibt die als Patronen oder als aufgeladene Zellen, benutzt die in seinem
Gerät, setzt den Wasserstoff frei, nimmt die entladenen Zellen wieder, bringt sie
in eine Auffüllstation, da wird die wieder aufgefüllt und kann damit so einen
Kreislauf bauen. Dann hätte man das Problem nicht, dass man flüssigen
Wasserstoff oder gasförmigen Wasserstoff unter hohem Druck hin und her schieben
muss, sondern hat gut handhabbaren Feststoff. Aber andererseits kostet halt
auch das teure Material, bis man tatsächlich etwas findet, was man billiger
machen kann. Herald: Vielen Dank für die Erklärung.
Mikrofon Nummer Drei bitte. Immer schön ran gehen, ganz nah ran.
Frage: Alles klar. In der ersten Hälfte 2019 gab es diesen riesigen Bohei im
Internet. Ich glaube es war die Uni Kiel, die eine Lithium-Batterie, also nein,
keine Lithium-Batterie mehr, sondern eine Batterie, was du schon gesagt hattest, aus
Silizium und Schwefel gebaut hatte. Mit riesigen Zahlen, die dann durch die Gegend
geworfen wurden, im Sinne von zehnfache Kapazität des LiPo-Akkus et cetera et cetera.
Gibt es da aus der Fachwelt mittlerweile tatsächlich etwas Neues zu? Oder war das
nur einer dieser wilden Hochdaten Internet-Hypes?
Pischel: Kann ich nichts zu sagen. Hab ich nicht mitbekommen. Ich weiß, dass Silizium
als Elektrodenmaterial beforscht wird und eben die erwähnten Probleme hat. Diese
spezielle Kombination kenne ich tatsächlich nicht.
Herald: Alles klar. Eine weitere Frage aus dem Internet.
Frage: Wie sieht es mit Zink-Sauerstoff- Akkus aus? Hat das Zukunft?
Pischel: Auch eine Materialkombination die ich so nicht kenne. Es gibt Zink-Luft-
Batterien, die werden gerne in Hörgeräten eingesetzt, aber sind Einweg-Batterien. Ob
es die inzwischen auch wiederaufladbar gibt, weiß ich nicht. Und wie gut und wie
lange das funktioniert. Das Problem ist eben, wenn man Sauerstoff als Gas
beteiligt hat, dann muss man den da rein und auch wieder rauskriegen. Und Gase zu
handhaben ist immer ein bisschen schwieriger als irgendwas Flüssiges oder
Festes. Aber im Detail kann ich dazu nichts sagen.
Herald: So, ich hoffe ihr ratet jetzt nicht den Rest der Elementetabelle durch,
ob man daraus auch Batterien machen kann in unterschiedlichen Kombinationen. Eine
Frage von Mikrofon Nummer Fünf, bitte! Frage: Vielen Dank erst mal! Ich hatte
sogar zwei kurze Fragen. Zum einen - Wie kommt es, dass Wasserstoff sich bei
Expansion erwärmt? Und zum anderen würde mich noch der Vergleich der Wirkungsgrade
zwischen Foto-Elektrolyse und dem Weg über Photovoltaik und klassischer Elektrolyse
interessieren. Pischel: Dass es sich erwärmt - ist so!
Naturkonstant, also nicht konstant, aber eine Stoffeigenschaft. Wenn man sich dann
irgendwann tatsächlich in Richtung Quantenmechanik damit beschäftigt von
wegen, was die Wellenfunktion oder wie interagieren Wasserstoffatome tatsächlich
auf so enger Ebene miteinander, kann man irgendwie modellieren, nachvollziehen,
warum das so ist. Es ist halt etwas, was bei Wasserstoff speziell so ist und bei
den allermeisten anderen nicht. Bei den allermeisten, aber die allermeisten Gase,
die man so behandelt, sind auch zweiatomige oder größere. Campinggas, so
Propan, das sind 9, 12, 11, 11 Atome oder etwas, das sind wesentlich größere Dinger.
Und das ist vom Vehralten her ganz anders und viel weiter weg von diesem ganzen
Konstrukt. Die andere Frage war über die
Wirkungsgrade, kann ich jetzt auch nur ganz grob sagen. Solarzellen sind halt die
Rekorde. Die besten sind gerade so bei 25, 26 Prozent. Elektrolyse läuft mit so 70 -
80 Prozent Effizienz. Das heißt, netto ist man dann bei 20 oder so.. Diese direkte
Umwandlung von Licht in Wasserstoff bewegt sich im Moment tatsächlich bei Rekord-
Forschungsergebnissen im mittleren Prozentbereich.
Ich glaube 5, 6, 7 prozent oder sowas ist gerade wirklich Bleeding Edge. Und 1, 2
prozent kann man halbwegs reproduzierbar hinkriegen, aber auch nicht mit vielen
Materialien. Da ist noch ein großer Unterschied.
Herald: So, wir sind nun leider auch mit der Zusatzspielzeit am Ende angekommen.
Ich sehe, das dann noch eine ganze Reihe Fragen gewesen wären. Du hast
offensichtlich einen interessanten Talk gehalten, über ein Thema, das viele
Menschen sehr bewegt. Ihr könnt ihnen ja später noch erwischen, er hat ja seine
DECT-Nummer angegeben und ihr wisst wie er heißt, oder ihr könnt in gleich an der
Bühne noch abschnappen. Schön, dass ihr alle da wart, danke für die Fragen. Vielen
Dank an Sebastian Pischel! Großen Applaus nochmal für den Talk, bitte!
*Applaus*
Untertitel erstellt von c3subtitles.de im Jahr 20??. Mach mit und hilf uns!