Archiv der Kategorie: Physik, Chemie, Technik

Quantenmaterial als Terahertz-Booster

Physik, Chemie, Technik

(Helmholtz) – Sie gelten als hochinteressante Materialien für die Elektronik der Zukunft: Topologische Isolatoren leiten Strom auf eine besondere Weise und versprechen neuartige Schaltkreise und einen schnelleren Mobilfunk. Ein Forschungsteam aus Deutschland, Spanien und Russland hat nun unter Federführung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) eine grundlegende Eigenschaft der neuen Werkstoffklasse enträtselt: Wie im Detail reagieren die Elektronen im Material, wenn sie mit kurzen Pulsen sogenannter Terahertz-Strahlung „aufgeschreckt“ werden? Die Resultate sind nicht nur für das fundamentale Verständnis dieser neuartigen Quantenmaterialien wichtig, sondern könnten künftig für eine schnellere mobile Datenkommunikation sorgen oder in hochempfindlichen Detektorsystemen für die Erkundung ferner Welten eingesetzt werden, wie das Team im Fachjournal NPJ Quantum Materials (DOI: 10.1038/s41535-021-00384-9) berichtet.

Topologische Isolatoren sind eine noch junge Materialklasse mit einer besonderen Quanteneigenschaft: An ihrer Oberfläche können sie Strom nahezu verlustfrei leiten, wogegen ihr Inneres als Isolator fungiert – hier kann keinerlei Strom fließen. Für die Zukunft verspricht das interessante Perspektiven: Topologische Isolatoren könnten als Grundlage für hocheffiziente elektronische Bauteile dienen, was sie zu einem interessanten Forschungsfeld in der Physik macht.

Noch aber sind einige grundlegende Fragen offen: Was zum Beispiel geschieht, wenn man die Elektronen im Material mit bestimmten elektromagnetischen Wellen – sogenannter Terahertz-Strahlung – „anschubst“ und dadurch energetisch anregt? Klar ist: Die Elektronen wollen den zwangsweise verpassten Energieschub möglichst rasch wieder loswerden, etwa indem sie das Kristallgitter um sich herum erwärmen. Doch bei den topologischen Isolatoren war bislang fraglich, ob dieses Loswerden der Energie in der leitenden Oberfläche schneller passiert als im isolierenden Kern. „Um das festzustellen, mangelte es bisher an geeigneten Experimenten“, erklärt Studienleiter Dr. Sergey Kovalev vom Institut für Strahlenphysik am HZDR. „Bislang war es extrem schwierig, bei Raumtemperatur zwischen der Reaktion der Oberfläche und der des Materialinneren zu unterscheiden.“

Um diese Hürde zu überwinden, entwickelte er gemeinsam mit einem internationalen Team einen raffinierten Versuchsaufbau: Intensive Terahertz-Pulse treffen auf die Probe und regen die Elektronen an. Unmittelbar darauf beleuchten Laserblitze das Material und erfassen, wie die Probe auf den Terahertz-Reiz reagiert. In einer zweiten Versuchsreihe messen spezielle Detektoren, inwieweit die Probe einen ungewöhnlichen nichtlinearen Effekt zeigt und die eintreffenden Terahertz-Pulse in ihrer Frequenz vervielfacht. Diese Experimente führte Kovalev an der Terahertz-Lichtquelle TELBE im ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen des HZDR durch. Daran beteiligt waren Forscher*innen des Katalanischen Instituts für Nanowissenschaften und Nanotechnologie in Barcelona, der Universität Bielefeld, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der TU Berlin sowie der Lomonossov-Universität und dem Kotelnikov-Institut für Funktechnik und Elektronik in Moskau.

Rasanter Energieübertrag

Entscheidend war dabei, dass das Team nicht nur ein einziges Material unter die Lupe nahm. Stattdessen stellten die russischen Projektpartner drei verschiedene topologische Isolatoren mit unterschiedlichen, genau abgestimmten Eigenschaften her: In einem konnten nur die Elektronen an der Oberfläche die Energie der Terahertz-Pulse direkt aufnehmen, in den anderen wurden hauptsächlich Elektronen im Probeninneren angeregt. „Der Abgleich dieser drei Experimente erlaubte es, präzise zwischen dem Verhalten der Oberfläche und der des Materialinneren zu unterscheiden“, erklärt Kovalev. „Und zwar haben sich die Elektronen in der Oberfläche deutlich schneller abgeregt als die im Inneren des Materials.“ Offenbar waren sie in der Lage, ihre Energie unverzüglich auf das Kristallgitter des Materials zu übertragen.

In Zahlen: Waren die Oberflächen-Elektronen nach wenigen hundert Femtosekunden in ihren ursprünglichen energetischen Zustand zurückgekehrt, dauerte dies bei den „inneren“ Elektronen rund zehnmal so lange, also einige Pikosekunden. „Topologische Isolatoren sind hochkomplexe Systeme, sie sind theoretisch alles andere als einfach zu verstehen“, betont Michael Gensch, ehemals Leiter der TELBE-Anlage am HZDR und nun Abteilungsleiter am Institut für Optische Sensorsysteme des DLR sowie Professor an der TU Berlin. „Unsere Resultate können bei der Entscheidung helfen, welche der theoretischen Ideen zutreffend sind.“

Hocheffektive Multiplikation

Doch das Experiment verspricht auch interessante Perspektiven für die digitale Kommunikation, etwa für WLAN und Mobilfunk. Technologien wie 5G arbeiten heute im Gigahertz-Bereich. Ließen sich höhere Frequenzen im Terahertz-Bereich nutzen, könnte man deutlich mehr Daten über einen Funkkanal übertragen. Eine wichtige Rolle könnten dabei sogenannte Frequenzvervielfacher spielen: Sie sind in der Lage, relativ niedrige Funkfrequenzen in deutlich höhere zu übersetzen.

Vor einiger Zeit hatte das Forschungsteam erkannt, dass Graphen – zweidimensionaler, superdünner Kohlenstoff – unter bestimmten Bedingungen als effizienter Frequenzvervielfacher dienen kann. Es vermag eine 300-Gigahertz-Strahlung in Frequenzen von einigen Terahertz zu konvertieren. Das Problem: Ist die eintreffende Strahlung extrem intensiv, verliert Graphen stark an Effizienz. Topologische Isolatoren dagegen funktionieren selbst noch bei intensivster Anregung, so das Resultat der neuen Studie. „Damit könnte es möglich sein, Frequenzen von einigen Terahertz auf mehrere Dutzend Terahertz zu multiplizieren“, glaubt HZDR-Physiker Dr. Jan-Christoph Deinert, der das TELBE-Team gemeinsam mit Kovalev leitet. „Bisher sehen wir da bei den topologischen Isolatoren noch kein Ende.“

Damit könnten die neuen Quantenmaterialien in einem deutlich breiteren Frequenzbereich eingesetzt werden als etwa Graphen. „Am DLR haben wir ein großes Interesse daran, solche Quantenmaterialien in leistungsfähigen Heterodyn-Empfängern für die Astronomie, insbesondere in Weltraumteleskopen, einzusetzen“, erläutert Gensch.

Reversible Brennstoffzelle kann Wasserstoff in Strom verwandeln und umgekehrt mit Strom gespeist in Wasserstoff und Sauerstoff

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Mit einem neuartigen Katalysator wird die reversible Brennstoffzelle noch effektiver als bisher. Forschern an der Washington University in St. Louis ersetzten dazu das oft genutzte Platin durch ein Komposit aus Platin und einer Bleiruthenat-Verbindung. Damit ließen sich die beiden Funktionen deutlich beschleunigen, sagen Kritika Sharma, Doktorandin der Ingenieurwissenschaften, und ihre Kollegen, die den neuen Katalysator entwickelt haben.

Effektive Umkehrbarkeit

Wie ihr Name schon andeutet, können reversible Brennstoffzellen ihre Funktionalität umkehren. Im Brennstoffzellen-Modus produzieren sie aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie, Wärme und Wasser. Wenn man aber quasi einen Schalter umlegt und das Gerät mit überschüssigem Strom aus einer anderen Quelle versorgt, arbeitet es als Elektrolyseur. Das heißt, es spaltet Wasser in Wasser- und Sauerstoff auf, um so Energie zu speichern. Wie gut diese funktionelle Umkehrbarkeit ist, hängt dabei eben davon ab, ob der Katalysator an der Sauerstoff-Elektrode auch wirklich beide Aufgaben effektiv erfüllen kann.

Als Maß eben dafür nutzen die Forscher einen „Bifunktionalitätsindex“. „Wir wollen, dass dieser niedrig ist. Im Idealfall null“, erklärt Sharma. In der Praxis ist das zwar nicht zu schaffen. Doch der neue Katalysator, der neben Platin und Blei unter anderem auch Ruthenium und Sauerstoff enthält, drückt den Index immerhin auf 0,56 Volt. Das sei dem Team zufolge sehr niedrig im Vergleich zu den bekannten Werten anderen Katalysatoren. Für einen Zyklus aus Hin- und Rückwandlung erreicht die reversible Brennstoffzelle des Teams somit eine Energieeffizienz von 75 Prozent, den Forschern zufolge ein Rekordwert.

Weltraum-Technologie

An derartigen reversiblen Brennstoffzellen wird beispielsweise auch im Forschungszentrum Jülich, bei Sunfire und im südkoreanischen Forschungszentrum KIST gearbeitet. Denn sie sind beispielsweise für die Raumfahrt interessant, wo es Platz und Gewicht spart, wenn ein Gerät zwei Aufgaben erfüllt. Dort dient Strom aus Solarzellen dazu, Wasser aufzuspalten. Der Sauer- und Wasserstoff werden dabei eingefangen, um damit Strom zu erzeugen, wenn die Solarmodule zu wenig liefern. Doch auch für Drohnen oder U-Booten können reversible Brennstoffzellen gute Dienste leisten.

Schnelles Laden senkt Akku-Kapazität vorzeitig

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Fast Charging, also das schnelle Aufladen von Akkus, beispielsweise an Ladestationen für E-Autos, wirkt sich negativ auf die Batterien aus, sagt David Wragg vom Zentrum für Materialwissenschaften und Nanotechnologie der Universität Oslo. Je öfter eine Lithium-Ionen-Batterie schnell aufgeladen werde, desto schneller verliere sie auch an Kapazität. Folglich sinke die Reichweite voller Akkus teils dramatisch.

Gehetzte Ionen

Den Grund für dieses Phänomen sieht der Experte darin, dass sich Lithium-Ionen bei ihrer Wanderung zwischen Anode und Kathode teilweise in Lithium-Metall verwandeln, das nicht mehr zur Speicherfähigkeit der Batterie beiträgt. Je schneller geladen wird, desto schneller werden die Ionen durch den Speicher gehetzt, was die Rückführung zu metallischem Lithium begünstigt, so Wragg.

„Wenn man mit doppelter Geschwindigkeit lädt, muss man die gleiche Menge an Ionen und Elektronen in der Hälfte der Zeit bewegen. Wenn man vier- oder sechsmal so schnell lädt, sind die negativen Folgen natürlich noch größer“, beschreibt Wragg das Problem. Die Anoden, die beim Laden Ionen aufnehmen, bestehen aus Graphit, das aus dünnen Kohlenstoffschichten besteht. Die Anode besteht aus mehreren Millionen solcher Schichten. Beim Laden der Batterie werden die Lithium-Ionen in das Graphit gedrückt. Ist der Ladestrom hoch, müssen die Ionen also schneller als üblich einen Platz finden, was laut dem Experten zu Engpässen führt.

Röntgen-Scans

„Wenn die Ionen, die sich bereits zwischen den Schichten befinden, nicht tiefer in den Stapel eindringen können, gibt es keinen Platz für neue Ionen“, unterstreicht der Wissenschaftler. Sie kumulierten an der Oberfläche. Genau dort würden die geladenen Ionen zu neutralen Atomen und bildeten winzige Metallklumpen. Diese Umwandlung war bereits seit einiger Zeit vermutet worden, bewiesen war der Vorgang nicht. Mit einem Röntgen-Scanner machte Wragg mit seinem Team den Vorgang jetzt sichtbar.

Die Forscher haben eine Batterie während des Ladevorgangs alle 25 Millisekunden lang durchleuchtet. Auf den Bildern konnten die Experten dann den Aufbau der Metallionen beobachten, der umso schneller voranschritt, je größer der Ladestrom war. Wragg glaubt aber nicht, dass mit seiner Entdeckung das Ende des Schnellladens gekommen ist. „Wir müssen bessere Anoden bauen“, sagt er. Möglicherweise funktioniere es optimaler mit Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, also aufgewickeltem Graphen.

Die Wärme der Sonne effektiver nutzen durch High-Tec-Beschichtungen

Physik, Chemie, Technik

(Fraunhofer) – Wärme macht in Deutschland 55% des Endenergieverbrauchs aus! Um das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, ist es dringend geboten, die Verwendung fossiler Brennstoffe zur Deckung dieses Bedarfs weitgehend zu vermeiden und stattdessen auf den Energielieferanten Nr. 1 zurückzugreifen: die Sonne. Dünnschichtsysteme für Photovoltaik und Solarthermie tragen dazu bei, ein breites Spektrum der solaren Strahlung sowohl für die Stromerzeugung als auch in Form von Wärme einzusammeln. Mit den vom Fraunhofer- Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP entwickelten Vakuumtechnologien können Schichten und Schichtsysteme rund um die Nutzung solarer Energie und die Speicherung von Wärme im industriellen Maßstab abgeschieden werden und einen Beitrag zur verstärkten Nutzung dieser wichtigen Energiequelle leisten.

Die Strahlungsenergie, die die Erde von der Sonne innerhalb von 90 Minuten empfängt, entspricht etwa dem Weltenergieverbrauch eines ganzen Jahres. (Quelle: AEE).

Zur effektiven Absorption der solaren Einstrahlung sind, gleich ob für die Photovoltaik oder für die Solarthermie, speziell entworfene und optimierte Schichtsysteme erforderlich. Dazu gehören im Bereich der Photovoltaik unter anderem Halbleiterschichten und Elektrodenschichten. Für die Solarthermie werden Absorberschichten mit hoher Absorption im sichtbaren und UV- und geringer Emission im infraroten Spektralbereich (IR) benötigt, um Verluste durch Wärmeabstrahlung gering zu halten.

Effektive Solarabsorber dank optimierter Schichtsysteme

Um solch eine optische Funktion zu realisieren, muss ein Schichtsystem aus mehreren Einzellagen erzeugt werden, deren Dicken sehr präzise abgestimmt und die reproduzierbar auf Absorberrohren von Solarröhrenkollektoren – dem Kollektortyp mit den geringsten Wärmeverlusten – abgeschieden werden. Das Absorberrohr befindet sich in einem evakuierten Hüllrohr, sodass das Schichtsystem vor Verschmutzung und etwaiger Degradation durch Luftbestandteile geschützt ist. Dennoch muss das Schichtsystem dauerhaft hohe Temperaturen aushalten, die das Absorberrohr annimmt, und auch bei zyklischer Temperaturbelastung langzeitstabil sein. Je höher die Temperatur im Wärmekreislauf, desto besser und vielfältiger kann sie genutzt werden, sei es direkt als Prozesswärme oder um bei hoher Temperatur Wärmespeicher aufzuladen.

Auch zur Entwicklung effizienterer Speichersysteme liefern Beschichtungen ihren Beitrag. Um die durch Photovoltaik absorbierte und bereit gestellte Energie zeitlich variabel nutzbar zu machen, wird aktuell umfangreich zu elektrischen Energiespeichern geforscht, die den zeitlichen Versatz zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch ausgleichen sollen.

Neue Beschichtungsprozesse für Speicherkonzepte mit Zeolith-Granulat

Für den Bereich Wärme übernimmt diese Funktion in vielen Wärmekreisen ein Wasserspeicher. Aber auch hier wird an besseren Speicherkonzepten gearbeitet, die eine höhere Speicherkapazität als Wasser haben und die platzsparender und

verlustärmer gestaltet werden können. Darunter fallen zum Beispiel Adsorptionswärmespeicher, bei denen nanoporösem Zeolith-Granulat unter Zufuhr der zu speichernden Wärme Wasser ausgetrieben wird. Das entspricht dann der Beladung des Speichers mit Energie.

„Wenn das Speichermaterial mit wasserdampfbeladener Luft durchströmt wird, adsorbiert es Wasser und setzt dabei Wärme frei, die in Heizkreisen genutzt werden kann“, erläutert Dr. Heidrun Klostermann, Wissenschaftlerin am Fraunhofer FEP. „Damit das funktioniert, muss aber auch der Wärmeaustausch mit dem Speichermaterial effizient gestaltet werden, welches selbst keine gute Wärmeleitung aufweist. Das können Aluminium-Schichten bewerkstelligen, mit denen das Material umhüllt wird. Sie gewährleisten einen guten Wärmetransport und effizienten Wärmeübergang am Wärmetauscher.“ Neben der Ad- und Desorptionsdynamik des Speichermaterials ist dies ein wesentlicher Aspekt der Leistungsfähigkeit eines Speichersystems und von großem Einfluss auf dessen maximale sowie die durchschnittliche spezifische Wärmeleistung.

Das granulare Speichermaterial Zeolith wird im Vakuum als Schüttgut mit Aluminium bedampft. Der Anspruch guter Wärmeleitung setzt eine gleichmäßige, ausreichend dicke Schicht voraus. Die Forschenden am Fraunhofer FEP experimentieren mit Schichten von mehr als 20 Mikrometern Dicke. Diese werden mit einer Technologie realisiert, die sonst zur Folienbeschichtung genutzt wird. Schüttungen eines hochporösen Materials auf diese Weise gleichmäßig mit dicken Schichten zu versehen, ist daher eine große Herausforderung und die bisherigen Entwicklungen des Fraunhofer FEP sind durchaus einzigartig.

Der Prozess muss so gestaltet werden, dass die Schichten den Stoffaustausch zwischen Umgebung und Speichermaterial nicht behindern, das Material muss schließlich weiterhin Wasser aufnehmen und abgeben können, damit das Speicherprinzip funktioniert. Dass dieser Stofftransport durch die Schicht nicht behindert wird, zeigen vergleichende Adsorptionskurven von beschichtetem und unbeschichtetem Material.

Höhere Speicherdichten, kleinere Speichervolumina – Entwicklungen für Morgen

Insbesondere Entwickler neuartiger Speichermaterialien mit Fokussierung auf die Maximierung der Speicherkapazität sind an den innovativen Schichtentwicklungen des Fraunhofer FEP interessiert. Solche neuen Speichermaterialen sind vor allem Hybridmaterialien, die noch nicht großtechnisch gefertigt werden, wie das bei den Zeolithen der Fall ist. In der Regel werden sie nur in kleinen Mengen hergestellt und liegen in Pulverform vor. Am Fraunhofer FEP besteht damit künftig die Herausforderung, auch diese neuen Materialien in der Metallisierungsanlage zu behandeln. Speicherhersteller hoffen ebenfalls auf diese neuen Materialklassen, mit denen die genannten Vorteile gegenüber den etablierten Wasserspeichern ein noch stärkeres Gewicht erhielten: höhere Speicherdichte, kleinere Speichervolumina.

Interesse regt sich auch in einem weiteren Anwendungsfeld: bei der Kühlung mit Adsorptionskältemaschinen. Diese werden künftig, sei es stationär in Kombination mit solarer Wärme oder im Fahrzeugbau unter Nutzung von Abwärme aus Brennstoffzellenantrieben, einen Teil der derzeit beherrschenden Kompressionskältemaschinen ersetzen. Damit wird der Verbrauch konventionell erzeugter elektrischer Energie und fossiler Brennstoffe reduziert.

Die Wissenschaftler am Fraunhofer FEP stehen bereit, um für diese spannenden Anwendungsfelder Schichten an Einsatzgebiet und Nutzungsbedingungen anzupassen und zu optimieren.

Atomausstieg: Der Irrtum?

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

(Morning Briefing) – Die womöglich größte Fehlentscheidung der deutschen Politik war der Ausstieg aus der Atomenergie. Die Angst vor einem deutschen Tschernobyl und die nicht triviale Frage der atomaren Endlagerung führten im Juni 2011 zu einem abrupten Ausstiegsbeschluss des Deutschen Bundestages, der nun exekutiert wird. Das Ergebnis:

  • Der deutsche Energiemix wird schmutziger, weil Kohle und Gas und nicht Sonne und Wind die Kernenergie ersetzen. Deutschland wird nach dem vollendeten Atomausstieg rund 70 Millionen Tonnen klimaschädliches CO2 zusätzlich ausstoßen.
  • Der Staat muss den Energiekonzernen 2,43 Milliarden Euro als Entschädigung zahlen.
  • Deutschland wird immer stärker zum Energieimporteur und muss nun den Atomstrom der Franzosen und das Gas aus Russland für teures Geld einführen.

Das politische Establishment will an dem Ausstiegsbeschluss nicht rütteln, zumal die Grünen an dieser Stelle empfindsam sind. Der Anti-AKW-Bewegung verdanken sie ihren Gründungsmythos.

Die Bevölkerung ist weniger sentimental: Noch ist die Forderung nach einem Weiterbetrieb der sechs deutschen Kernkraftwerke nicht mehrheitsfähig. Aber: Im Jahr 2012 waren laut Allensbach noch 73 Prozent der Bevölkerung für den Atomausstieg. 2021 sind es nur noch 56 Prozent. Das heißt: Die Mehrheit für den Atomausstieg ist nicht dahin, aber sie schwindet.

Aus der Erhebung, die Anfang Mai 2021 erstellt wurde, geht hervor, dass bedeutsame Teile der deutschen Gesellschaft auf Wanderschaft sind:

  • 28 Prozent der grünen Wähler sind mittlerweile im Interesse des Klimaschutzes für einen Energiemix aus Kernenergie und Erneuerbaren.
  • Und: Die Wähler der FDP sind am ehesten bereit, ihre Haltung zu revidieren: 63 Prozent der FDP-Wähler sind dafür, der Kernenergie im Konzert mit den Erneuerbaren eine zweite Chance zu geben.

Nahezu die ganze entwickelte Welt setzt auf die Kernenergie, die sich als CO2-freie und kostengünstige Alternative zu Kohle und Gas anbietet und anders als Sonne, Wind und Wasser auch grundlastfähig ist, also nicht von den Launen der Natur abhängt. Die Ausbaupläne der großen Staaten sehen derzeit so aus:

  1. USA: Zusätzlich zu den 93 laufenden Reaktorblöcken in 56 Atomkraftwerken sind drei in Planung, zwei befinden sich bereits im Bau. Präsident Joe Biden plant bis 2035 einen CO2-freien Stromsektor – das Abstellen der Kernkraftwerke ist für ihn keine Option.
  2. Frankreichs Präsident Macron hat diese Woche angekündigt, eine Milliarde Euro in Mini-Atomkraftwerke – sogenannte Small Modular Reactors (SMR) – investieren zu wollen. Diese seien sicherer und erschwinglicher als bisherige Modelle und in modularer Bauweise vom Band erhältlich.
  3. In Großbritannien befinden sich zwei Atomkraftwerke im Bau, zwei weitere sind geplant.
  4. Japan betreibt auch nach Fukushima noch 33 Reaktoren, zwei weitere befinden sich im Bau. Zur Bekämpfung des Klimawandels will man an der Atomkraft festhalten.
  5. Putin geht aufs Ganze: Russland plant in den kommenden Jahren 27 neue Atomreaktoren zu bauen.
  6. Auch in China laufen Reaktoren scheinbar unerschöpflich vom Band. 18 Meiler werden aktuell gebaut, 37 weitere sind geplant. Dabei erfinden die Chinesen die Atomenergie neu: Statt wie die meisten Atomkraftwerke mit Uran betrieben, wird derzeit ein Schmelzsalzreaktor mit flüssigem Thorium getestet. Günstiger und ohne die Gefahr eines GAUs.

Fazit: Die Atom-Diskussion muss im Lichte des Klimawandels und angesichts der Weiterentwicklung der AKW-Sicherheit neu geführt werden. Scheuklappen tragen Pferde, nicht Menschen. Oder wie der Ökonom John Maynard Keynes sich einst ausdrückte:

„Ändern sich die Fakten, ändere ich meine Meinung.“

Kunststoffabfälle zu Methanol

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Montreal, Kanada — Ein Konsortium von Unternehmen bestehend aus Air Liquide, AkzoNobel Specialty Chemicals, Enerkem und dem Hafen von Rotterdam (Port of Rotterdam) hat eine Projektentwicklungs-Vereinbarung unterzeichnet, die die Anfangsinvestitionen in eine hochmoderne Anlage zur Umwandlung von Abfall in Chemierohstoffe in Rotterdam regelt. Die Anlage wird die erste ihrer Art in Europa sein, um eine nachhaltige Alternativlösung für nichtrecycelbare Abfälle bereitzustellen, indem sie Kunststoffabfälle und andere Mischabfälle in neue Rohstoffe umwandelt.

Die Anlage wird bis zu 360.000 Tonnen Abfälle in 220.000 Tonnen (270 Mio. Liter) umweltfreundliches Methanol umwandeln. Zum Vergleich: Das entspricht der gesamten jährlichen Abfallmenge von 700.000 Haushalten und stellt CO2-Emissionseinsparungen von etwa 300.000 Tonnen dar. Das Projekt gilt als das erste seiner Art in Europa zur Bereitstellung einer nachhaltigen Alternativlösung für nichtrecycelbare Kunststoffe und andere Mischabfälle.

Geschätzte Investitionshöhe: 200 Mio. Euro

Die Anlage wird im Gebiet von Botlek des Rotterdamer Hafens mithilfe von Enerkems geschützter Technologie gebaut und soll nichtrecycelbare Mischabfälle, einschließlich Kunststoffe, in Synthesegas und dann in sauberes Methanol umwandeln, das in der chemischen Industrie und im Transportsektor zum Einsatz kommt. Bisher wird Methanol in der Regel aus Erdgas oder Kohle erzeugt. Die Anlage wird über zwei Produktionslinien verfügen, was der doppelten Aufnahmekapazität von Enerkems großtechnischer Anlage in Edmonton, Kanada, entspricht. Dabei wird sie von der hochmodernen Infrastruktur profitieren, die im Hafen von Rotterdam zur Verfügung steht, sowie von Synergien mit Air Liquide (Großindustrien) zur Belieferung mit dem erforderlichen Sauerstoff und zusammen mit AkzoNobel mit dem Rohstoff Wasserstoff. AkzoNobel ist außerdem auch ein Abnehmer für das Methanol.

Die Anfangsinvestitionen in Höhe von 9 Mio. Euro decken die detaillierte Konzeption, die Gründung eines speziellen Joint-Ventures und den Abschluss des Genehmigungsprozesses ab. Das Konsortium beabsichtigt, die endgültige Investitionsentscheidung (Final Investment Decision – FID) über das Projekt mit einer geschätzten Höhe von 200 Mio. Euro zu einem späteren Zeitpunkt 2018 zu fällen und hat die niederländische Rabobank als leitenden Berater für den Finanzierungsprozess beauftragt. Die Realisierung des Projekts wird durch das niederländische Ministerium für Wirtschaftsangelegenheiten und Klimapolitik und von der Stadt Rotterdam, der Provinz Zuid-Holland und von InnovationQuarter, der regionalen Entwicklungsagentur, unterstützt.

Nichtrecycelbare Abfälle zu Methanol

„Dies ist ein weiterer aufregender und wichtiger Schritt, der uns dem ersten Spatenstich beim Bau unserer allerersten fortschrittlichen Bioraffinerie in Europa 2018 näher bringt“, erklärte Vincent Chornet, Präsident und Geschäftsführer von Enerkem. „Als Teil dieses innovativen Konsortiums wird Enerkem der Technologielieferant, führender Auftragnehmer sowie ein Eigenkapitalpartner bei dem Projekt sein.“

„Dies ist ein wichtiger Meilenstein für das Projekt und ein bedeutender Schritt in Richtung einer nachhaltigen und kreislaufbasierten chemischen Industrie“, erläuterte Marco Waas, Leiter von FE&I bei AkzoNobel Specialty Chemicals, das den Lenkungsausschuss des Konsortiums leitet. „Angesichts der aktuellen Herausforderungen beim Kunststoffrecycling in Europa kommt die Vereinbarung genau zur richtigen Zeit. Wir können nichtrecycelbare Abfälle in Methanol umwandeln, ein grundlegender Rohstoff für zahlreiche Produkte des täglichen Lebens wie unter anderem kohlenstoffarmer Transportkraftstoff. Dieses kann nicht nur in bestehenden Lieferketten verwendet werden und fossile Quellen ersetzen, sondern vermeidet auch CO2-Emissionen, die ansonsten bei der Abfallverbrennung entstehen.“

Quelle: OTS / PRNewswire

Das Prinzip des Hyperhybrid-Autos

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Extrem umweltfreundlich, extrem sparsam, extrem preiswert auch ohne staatliche Zuschüsse, ausbaufähig mit grünem Methanol-Motor zu absoluter CO2-Neutralität

Zum untenstehendem Auszug aus dem renommierten Manager-Magazin

Vorab mein persönlicher Kommentar:

Vor 14 Jahren habe ich diese serielle Hyperhybrid-Methode der Firma Ford in Köln vorgestellt. CEO war der spätere Präsident des Verbandes der Automobilindustrie, Bernhard Mattes. Ich empfahl es deswegen, weil es alle Eigenschaften eines Elektro-Autos haben würde, extrem sparsam und leicht, damit wesentlich weniger Reifen-Abrieb in Form von Feinstaub und Mikroplastik. Doch Ford lehnte es nach mehreren Diskussionsrunden als zu teuer in der Entwicklung ab.

Der Technologie-Schmiede Obrist ist es nun, parallel zu meinen Vorschlägen und Voraussagen, dies in mehreren Prototypen zu bestätigen. Sie hat auch einen weiteren Prototypen mit Antrieb für regeneratives Methanol entwickelt und bewiesen, dass, wenn dieser Treibstoff einmal konkurrenzfähig wird, eine CO2-neutrale Mobilität möglich wird.

Die Automobilindustrie allerdings meidet immer noch diese Möglichkeit, und der Staat unterstützt sie dabei, weil fälschlicherweise angenommen wird, dass dem batterie-schweren Elektroantrieb die Zukunft gehört. Diese Unterstützung schröpft den Staatssäckel aus Steuergeldern mit 20.000 Euro pro verkauftem Exemplar, darin enthalten 9.000 Euro direkte Verkaufsförderung. Da das Hyperhybrid-Modell nicht teurer ist als ein herkömmliches Diesel- oder Benzin-Auto, sollte diese Förderung sofort gestoppt werden. Das würde die Automobilindustrie zur Raison bringen. Auch die immensen Investitionen in eine Revolution einer modernen Automobilindustrie können wegfallen, denn der Antriebsmotor fußt auf einer hundertjährigen Entwicklungsgeschichte.

Übrigens: Kürzlich stellte Anja Karliczek, Noch-Bundesministerin für Bildung und Forschung, den Prototypen in einer denkwürdigen Pressekonferenz in Berlin der Öffentlichkeit vor, ohne auf die Sparmöglichkeiten der extrem teuren steuerfinanzierten Subventionen aufmerksam zu machen.

Mit Methanol betrieben übertrifft der Verbrennungsmotor mit angekoppeltem Generator sogar die Effizienz einer sich noch in der technischen Entwicklung befindlichen Hochtemperatur-Brennstoffzelle. Verbrennungsmotoren sind deshalb eine gewichtige Hilfe bei der Klima-Wende und dürfen nicht verboten werden.

Es lebe das Prinzip der Technologie-Offenheit

Jean Pütz

Der Hybrid-Tesla vom Bodensee

Elektroautos werden als Privat- wie auch als Dienstwagen immer beliebter, denn sie gelten als deutlich umweltfreundlicher als Verbrenner. Doch wirklich emissionsfrei fahren Tesla und Co. noch nicht – das will die Firma Obrist aus Österreich ändern.

Wie sieht sie aus, die Mobilität der Zukunft? Eine große Frage, und bei der Antwort darauf spielt zumindest nach heutigem Stand meist der Elektromotor eine entscheidende Rolle. Insbesondere die Autoindustrie hat den allmählichen Abschied vom Verbrennungsmotor eingeläutet und setzt zum Großteil auf den Antrieb mit elektrischem Strom. Vorreiter Tesla etwa sowie inzwischen auch Großkonzerne wie Volkswagen bieten immer mehr reine Elektroautos an, die mangels Benzin- oder Dieselverbrauchs keine klimaschädlichen Abgase produzieren sollen.

Doch dieser Schein trügt, meint zumindest das Ingenieursunternehmen Obrist aus dem österreichischen Lustenau am Bodensee. Tatsächlich bringen gegenwärtig am Markt befindliche Elektroautos sowie Hybride nach Ansicht der Firma verschiedene Probleme mit sich: Der Strom, der von außen zugeführt wird, kommt meist noch aus fossiler Energiequelle, ist also mit Abstand betrachtet keineswegs frei von jeglichem CO2-Ausstoß. Zudem halten die Ingenieure von Obrist die handelsüblichen Elektro- und Hybridmotoren für wenig effizient. „Die Fahrzeuge haben zu große Batterien und schleppen in der Regel zwei vollständige Antriebseinheiten mit sich herum“, sagt Thorsten Rixmann, Marketingleiter des Unternehmens. „Wir sind natürlich ebenfalls davon überzeugt, dass die Zukunft im elektrischen Antrieb liegt. Die Frage ist aber, wo und wie wir den Strom dafür generieren.“

Als Antwort darauf hat Obrist einen eigenen Hybridantrieb entwickelt, der ohne die Schwächen der Konkurrenz auskommen soll. Und um zu demonstrieren, dass das Konzept praktikabel ist, haben die Österreicher ihren Antrieb in so etwas wie das gegenwärtige Vorzeigemodell unter denElektroautos eingebaut – einen tesla Modell 3.

Kern der Veränderung: Obrist hat die mehrere hundert Kilogramm schwere 75-kWh-Batterie, die serienmäßig im Model 3 enthalten ist, durch eine viel kleinere Einheit mit lediglich 17,3 kWh ersetzt. Zudem kamen einige Steuerbauteile sowie ein kleiner Zwei-Zylinder-Verbrennungsmotor, welcher ausschließlich einen Generator antreibt, ins Auto. Resultat: Ein Gewichtsverlust des Fahrzeugs von etwa 250 Kilogramm.

Laut Obrist hat dieser Antrieb namens „Hyperhybrid powertrain“ verschiedene Vorteile: Er ist leichter als ein herkömmlicher Elektromotor etwa von Tesla und reduziert dadurch den Energieverbrauch des Fahrzeugs. Zudem handelt es sich um einen seriellen Hybrid, er dient also ausschließlich dazu, die Batterie des Wagens aufzuladen. Angetrieben wird das Auto dagegen weiterhin ausschließlich durch den Elektromotor.

Der Verbrennungsmotor werde thermisch und akustisch gekapselt, so Rixmann. So würden Kaltstart-Situationen vermieden, und der Motor sei weder hörbar noch spürbar.

„Weil die Verbindung des Verbrennungsmotors mit der Antriebsachse fehlt, läuft er bei uns immer im optimalen Drehmoment“, erläutert der Mann von Obrist weiter. „So kommen wir auf einen geringen Verbrauch von rund zwei Litern Benzin im realen Test auf 100 Kilometer, womit der Motor schon heute die Abgasnorm Euro 7 erfüllt.“

Damit ist Obrist allerdings noch nicht zufrieden. „Ziel ist es, den Motor mit grünem Methanol zu betreiben“, so Rixmann. „Dadurch würde das Fahrzeug vollständig emissionsneutral.“

Für Autofahrer soll die Lösung von Obrist noch weitere Vorzüge mit sich bringen. Die Reichweite beispielsweise sei wesentlich größer als beim reinen Elektroauto und es könne darüber hinaus weltweit betrieben werden, so das Unternehmen. Zudem ließe sich ein Auto mit diesem Antrieb nach Angaben Rixmanns vergleichsweise günstig in der Massenfertigung herstellen, bei einem Verkaufspreis von kaum mehr als 20.000 Euro.

Ob es dazu kommen wird? Zunächst müsse sich ein Hersteller von der Technologie überzeugen lassen, sagt Rixmann. Obrist sei schließlich ein Entwicklungsunternehmen, kein Autoproduzent. Das Unternehmen gehe aber davon aus, dass spätestens im Jahr 2026 ein Auto mit dem Hyperhybrid powertrain-Antrieb von Obrist am Markt sein werde.

 

 

Karliczek stellt innovatives Methanol-Auto vor

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

(BMBF)-  Das Methanol-Auto ist Teil des Flaggschiffprojekts Carbon2Chem, das die Reduzierung von CO2-Emmission in der Stahlindustrie zum Ziel hat und vom BMBF bislang mit 145 Euro gefördert wurde. Das 2016 gestartete Vorhaben wandelt die CO2-haltigen Hüttengase des Stahlwerks mit der Hilfe von Grünem Wasserstoff in Basischemikalien und synthetische Kraftstoffe um. Seit 2020 bereitet Carbon2Chem in einer zweiten Projektphase die industrielle Umsetzung vor. Hierzu gehört der Aufbau
von Wertschöpfungsketten für die erzeugten Produkte. Das im August 2021 ergänzte Arbeitspaket zum Methanol-Auto fokussiert auf die Verwertung des Hauptproduktes von Carbon2Chem, Methanol. Dafür wird  ein Konzept für einen seriellen Hybrid-Antrieb u. a. für Automobile weiterentwickelt, optimiert und als Demonstrator umgesetzt. Die Obrist
DE GmbH arbeitet hierfür mit der TU München, der TU Dresden und der RWTH Aachen zusammen. Das Arbeitspaket zum Methanol-Auto wird mit weiteren knapp 10 Mio. Euro gefördert.

Nutzung von Abgasen zur Herstellung von Vorläufern für Kunst- und Kraftstoffe
In Carbon2Chem sollen bei der Stahlerzeugung anfallende Hüttengase durch die branchenübergreifende Zusammenarbeit von Stahl-, Chemie und Energieindustrie in wirtschaftlich verwertbare Vorprodukte für Kraftstoffe, Kunststoffe oder Düngemittel umgewandelt werden. Der jährliche CO2-Ausstoß soll so künftig um bis zu 20 Millionen Tonnen gesenkt werden. Das Vorhaben ist auf drei Phasen und 10 Jahre Gesamtlaufzeit ausgelegt. Schwerpunkt der ersten Projektphase von 2016 bis 2020 war die Entwicklung eines Systemkonzepts und der technische Nachweis, dass keine grundsätzlichen technischen Gründe einer Realisierung im industriellen Maßstab entgegenstehen. Die zum 01. Juni 2020 gestartete zweite Phase von Carbon2Chem wird die entwickelten
Karliczek stellt innovatives Methanolauto vor – technischen Verfahren für die großtechnische Umsetzung validieren und so bis 2025 die Grundlage für den emissionsarmen Betrieb legen.
Gleichzeitig soll das Konzept auf weitere CO2-Quellen zum Beispiel aus Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken übertragen werden. Die Umsetzung in einer industriellen Großanlage soll in einer abschließenden dritten Projektphase erfolgen.

Das ergänzende Verbundprojekt soll einen Verwertungszweig des Hauptproduktes von Carbon2Chem, Methanol, betrachten. Dafür wird ein Konzept für einen Hybrid-Antrieb für Automobile weiterentwickelt, optimiert und als Demonstrator umgesetzt. Damit wird nicht nur die Carbon2Chem-Wertschöpfungskette vervollständigt, sondern auch ein neues Konzept für die nachhaltige individuelle Mobilität entwickelt. Im Vorhaben L-8 wird die Obrist DE GmbH ihren hocheffizienten vibrationsfreien Verbrennungsmotor auf den Betrieb für Methanol und Methanol-basierte Treibstoffe hin weiterentwickeln. In Zusammenarbeit mit der TU München und TU Dresden soll dieser hinsichtlich Verbrauch,
Emissionen und Abgasnachbehandlung optimiert werden. Im nächsten Schritt werden die Demonstratorfahrzeuge aufgebaut und in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen optimiert und mittels Straßentests validiert.

Das Auto wird mit einem seriellen Hybridantrieb ausgestattet. D.h., es besteht keine mechanische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsachse. Stattdessen treibt der Verbrennungsmotor einen Generator, und dieser wiederum stellt elektrische Energie für einen Elektromotor als Fahrmotor bereit. Bisher hat Obrist dieses
Antriebskonzept im Rahmen eines Prototyps (Umbau Tesla Modell Y)
umgesetzt. Das Fahrzeug soll folgenden Anforderungen genügen: Bereitstellung eines für den Weltdurchschnittsbürger erschwingliches Fahrzeug -> anvisierter Neupreis bei Massenproduktion ist 21.000 Euro pro Fahrzeug Antriebssystem, das zu großen Teilen auf bestehenden Produktionsanlagen produziert werden kann (bei Markteinführung)
Antriebssystem, dessen Betriebskosten verglichen mit konventionellen Antriebssystemen ähnlich bzw. niedriger sind Minimierter CO2 Footprint von Rohstoffaufbereitung (für Batterie etc) über Produktion des Fahrzeugs bis zum Recycling Antriebssystem, das auf die aktuell vorhandene Kraftstoffverteilerinfrastruktur zurückgreifen kann Nach derzeitigem Stand verbraucht das Auto 3,3 l Methanol je 100 km. Für die Herstellung unter Nutzung von Hüttengasen (CCU) werden hierfür ca. 19,5 kWh benötigt. Hinzu kommen ca. 4,4 kWh je 100 km aus der Batterie (aus dem Stromnetz geladen). Der Gesamt-Strombedarf von knapp 24 kWh je 100 km Fahrleistung liegt in der Größenordnung von rein batterieelektrischen Fahrzeugen.

Politik denkt um, weil durch Hyper/Hybrid Elektromobilität bezahlbar wird und regeneratives Methanol zur Klimarettung emporsteigt – Mit einer Einführung von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Seit mindestens zwei Jahren mache ich die Bundesforschungsministerien Karliczek auf die fantastischen Eigenschaften den Hyper/Hybrid-Elektro-Autos aufmerksam. Aus grün-ideologischen Gründen wurde diese Intervention nicht berücksichtigt, denn es benötigt einen kleinen Verbrennungsmotor, der aber in Deutschland in Ungnade gefallen war. Die vielen wissenschafts-technologischen rat-gebenden Spezialisten fügten sich wegen des Political Correctness-Prinzips diesem irrationalen Apodikt. Jetzt plötzlich, kurz vor ihrem Abruf aus dem Forschungsministerium, entwickelt Frau Karliczek erstaunliche Einsichten, allerdings verklausuliert in einer Pressekonferenz und einem Pressetext, der die eigentlichen ökologischen und technischen Möglichkeiten des Hyper/Hybrid versteckt. Und die Wissenschaft macht mit.

Die von mir schon vor 12 Jahren an die Kölner Firma Ford herangetragene Idee, einen kleinen hocheffizienten, eventuell vorhandenen, Verbrennungsmotor zu entwickeln, der stets im dem Drehzahlbereich arbeitet, der den höchsten Wirkungsgrad bietet, weil er einen intelligenten Generator antreibt, der eine kleine Batterie mit maximal 20 kWh laden kann. Das ist vier- bis fünf mal kleiner als die Batterie, die heute in ein reines E-Auto eingebaut wird und damit um ein Vielfaches leichter. Diese besondere Form eines Elektro-Autos sollte nur von Elektro-Motoren angetrieben werden. Ich propagierte das auch, weil mir klar war, dass ein solches Auto unverhältnismäßig weniger Energie – sprich Treibstoff – benötigte, als derzeitige Kraftfahrzeuge, die mit Benzin- oder Dieselmotor ausgestattet sind. Denn zum Anfahren und Beschleunigen und Bergauffahren wird eine hohe Leistung erforderlich, die aber die Batterie und die Elektro-Motoren erbringen und nicht wie bisher der Verbrennungs-Motor. Der große Vorteil, diese so gewonnene kinetische Energie lässt sich wieder zum Rückladen der Batterie beim Bremsen und Bergabfahren einsetzen. Ein mechanisches Getriebe wird überflüssig, das besorgt eine spezielle Software, wobei die eigentliche Innovation in den Elektro-Motoren steckt. Diese können die Elektro-Energie fast 100%ig in Bewegung und umgekehrt, als Generator beim rekuperieren umsetzen.

Die Grundidee wurde dann unabhängig von mir von einer österreichischen Technologie-Schmiede in drei Prototypen eines Klein- und Mittelklasse-Autos umgesetzt. Alle meine Voraussagen erfüllten sich. Die so konzipierten Hyper/Hybrid-Autos benötigen auf 100 Kilometer weniger als zwei Liter Benzin. Ursache dieses geringen Verbrauchs ist auch, dass diese wesentlich leichter sind als die bisher reinen batteriebetriebenen Elektro-Autos (ca. 250 kg weniger). Da die Reifenreibung in direkter Beziehung zum Gewicht steht, verringert sich auch der Reifenabrieb in Form von Feinstaub und Mikroplastik, der nicht nur die Gewässer, sondern auch die Weltmeere belastet. Eine Tatsache, die bei den vielen Nachteilen des reinen Elektro-Autos ebenfalls verschwiegen wird.

Dass die Automobilindustrie eher einem Elon Musk seit Jahren folgt und nicht diesem logischen Hyper/Hybrid-System, liegt an zwei Fakten:

1. Der unsägliche Flottenverbrauch – durch die EU beschlossen – ermöglicht den deutschen Luxus-Karossen-Herstellern, ihre über leistungsstarken Verbrenner-Monster weiter zu verkaufen, weil beschlossen wurde, dass ein Elektro-Auto mit Null-Verbrauch diesen Flottenverbrauch auf unter den geforderten Grenzwert reduziert.

2. Weil die interne Lademöglichkeit einen kleinen Verbrennungsmotor mit minimalem Verbrauch nötig macht, aber der Verbrennungsmotor ideologisch von den Klimaschützern verteufelt wird, wider besseres physikalisches Grundwissen. Nur mit Tricks wurde jetzt dieses Hyper/Hybrid-Auto von der Politik akzeptiert, weil die Technologie-Schmiede aus Österreich beweisen konnte, dass dieser kleine Verbrennungsmotor mit regenerativem Methanol sogar CO2-neutrale Mobilität ermöglicht, obwohl er bereits mit Benzin diese minimalen Verbrauchswerte erreicht, so dass ein 30-Liter-Tank eine Reichweite von 1.300 Kilometern ermöglicht – ohne Zwischenladung. In ökologisch belasteten Innenstädten wird der Lademotor nicht benötigt und hat eine Reichweite von ca. 60 bis 80 Kilometer.

Dieses Auto wurde präsentiert, dabei aber verschwiegen, dass es enorm preiswert produziert werden kann, und deshalb keine Subventionen von der Politik als Verkaufsanreiz mehr benötigt. Dahinter stand auch das Bewusstsein, dass der 9.000 Euro starke Direkt-Zuschuss des Staates pro verkauften Elektro-Autos völlig überflüssig wird. Wenn die Politik früher auf diese Technologie eingegangen wäre, wären Hunderte von Milliarden Zuschuss für die gewichts-strotzende  Elektro-Autos -Typ Tesla und Nachfolger – erspart geblieben. De angebliche Revolution der Industrie auf die Elektromobilität benötigte nur noch eine Evolution  und Hunderttausende von Arbeitsplätzen blieben erhalten.

Auch bei der Klimarettung entstünden enorme Vorteile, weil nicht nur die Stahlindustrie durch das Recyclen von CO2 profitieren würde, sondern auch die sensible Versorgung Deutschlands mit elektrischer Energie. Der Black-out des steht sonst bevor, denn die Versorgung mit regenerativer Energie aus Sonne und Wind reicht bei weitem von unserem Territorium nicht aus, um den vielfältigen zusätzlichen Bedarf an Strom zu befriedigen. Das ist der Politik zwar bekannt, aber was nicht sein darf, das nicht sein kann.

So nebenbei erwähnt:

Die von mir vorgeschlagene Produktion von solarem Wasserstoff nicht nur in Deutschland, sondern in wesentlich sonnenreicheren Entwicklungsländern, und das an Ort und Stelle in riesigen Mengen mit Hilfe von recyceltem CO2 produzierte Methanol könnte zum Klimaretter der Welt werden. Meines Erachtens ist dies der Brennstoff der Zukunft. Dieses so gewonnene Methanol kann allen bisherigen fossilen Energieträgern den Rang ablaufen, es kann alle ersetzen, ob Stein- und Braun-Kohle und Erdöl mit seinen so vielen Raffinerien. Es ist eigentliche eine Form von flüssigem Wasserstoff, aber viel praktikabler als das Gas H2. Es erfordert beim Transport und Einsatz in vorhandenen Verbrennungs-Motoren oder intelligenten Heizsystemen zur Versorgung unserer Gebäude wenig Subvention in die Infrastruktur. Alles ist bereits vorhanden, es trifft auf vorhandene Pipelines, Tank-Schiffe, Tank-Laster bis hin zu Tank-Behältern in Tankstellen, Kraftwerken und häuslichen Öl-Tanks – Voraussetzung auch Erdgas wird nicht verteufelt.

Übrigens, auch die Unterscheidung zwischen Primär-Energie und elektrischer Energie ist extrem wichtig, der Strom kann auf keinen Fall die in Deutschland benötigte Energie liefern.

Ob Frau Karliczek in der Lage ist, alle diese ielen Möglichkeiten zu berücksichtigen, mag ich zu bezweifeln. Auch die vielen Fachleute, die sie engagiert hat, mögen immer nur einen kleinen Sektor ihrer Fachkenntnisse einsehen. Erforderlich ist aber eine Gesamtlogistik, um die Klimaprobleme unter Berücksichtigung aller naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten zu lösen. Wunschdenken ist kontraproduktiv. In ihrer Pressemitteilung hat sie diese vielfältigen Chancen schamhaft versteckt und tu so, als ginge das nur die Stahlindustrie an.

So, jetzt prüfen Sie einmal die Pressemitteilung des BMBF und vergleichen das mit dem, was ich Ihnen angeboten habe und gewinnen Ihre eigene Meinung, es hat nämlich etwas mit Logik zu tun.

Herzlichen Dank
Jean Pütz

Video zur Pressekonferenz

Siehe auch Artikel bei Twitter

(BMBF)-  Das Methanol-Auto ist Teil des Flaggschiffprojekts Carbon2Chem, das die Reduzierung von CO2-Emmission in der Stahlindustrie zum Ziel hat und vom BMBF bislang mit 145 Euro gefördert wurde. Das 2016 gestartete Vorhaben wandelt die CO2-haltigen Hüttengase des Stahlwerks mit der Hilfe von Grünem Wasserstoff in Basischemikalien und synthetische Kraftstoffe um. Seit 2020 bereitet Carbon2Chem in einer zweiten Projektphase die industrielle Umsetzung vor. Hierzu gehört der Aufbau
von Wertschöpfungsketten für die erzeugten Produkte. Das im August 2021 ergänzte Arbeitspaket zum Methanol-Auto fokussiert auf die Verwertung des Hauptproduktes von Carbon2Chem, Methanol. Dafür wird  ein Konzept für einen seriellen Hybrid-Antrieb u. a. für Automobile weiterentwickelt, optimiert und als Demonstrator umgesetzt. Die Obrist
DE GmbH arbeitet hierfür mit der TU München, der TU Dresden und der RWTH Aachen zusammen. Das Arbeitspaket zum Methanol-Auto wird mit weiteren knapp 10 Mio. Euro gefördert.

Nutzung von Abgasen zur Herstellung von Vorläufern für Kunst- und Kraftstoffe
In Carbon2Chem sollen bei der Stahlerzeugung anfallende Hüttengase durch die branchenübergreifende Zusammenarbeit von Stahl-, Chemie und Energieindustrie in wirtschaftlich verwertbare Vorprodukte für Kraftstoffe, Kunststoffe oder Düngemittel umgewandelt werden. Der jährliche CO2-Ausstoß soll so künftig um bis zu 20 Millionen Tonnen gesenkt werden. Das Vorhaben ist auf drei Phasen und 10 Jahre Gesamtlaufzeit ausgelegt. Schwerpunkt der ersten Projektphase von 2016 bis 2020 war die Entwicklung eines Systemkonzepts und der technische Nachweis, dass keine grundsätzlichen technischen Gründe einer Realisierung im industriellen Maßstab entgegenstehen. Die zum 01. Juni 2020 gestartete zweite Phase von Carbon2Chem wird die entwickelten
Karliczek stellt innovatives Methanolauto vor – technischen Verfahren für die großtechnische Umsetzung validieren und so bis 2025 die Grundlage für den emissionsarmen Betrieb legen.
Gleichzeitig soll das Konzept auf weitere CO2-Quellen zum Beispiel aus Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken übertragen werden. Die Umsetzung in einer industriellen Großanlage soll in einer abschließenden dritten Projektphase erfolgen.

Das ergänzende Verbundprojekt soll einen Verwertungszweig des Hauptproduktes von Carbon2Chem, Methanol, betrachten. Dafür wird ein Konzept für einen Hybrid-Antrieb für Automobile weiterentwickelt, optimiert und als Demonstrator umgesetzt. Damit wird nicht nur die Carbon2Chem-Wertschöpfungskette vervollständigt, sondern auch ein neues Konzept für die nachhaltige individuelle Mobilität entwickelt. Im Vorhaben L-8 wird die Obrist DE GmbH ihren hocheffizienten vibrationsfreien Verbrennungsmotor auf den Betrieb für Methanol und Methanol-basierte Treibstoffe hin weiterentwickeln. In Zusammenarbeit mit der TU München und TU Dresden soll dieser hinsichtlich Verbrauch,
Emissionen und Abgasnachbehandlung optimiert werden. Im nächsten Schritt werden die Demonstratorfahrzeuge aufgebaut und in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen optimiert und mittels Straßentests validiert.

Das Auto wird mit einem seriellen Hybridantrieb ausgestattet. D.h., es besteht keine mechanische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsachse. Stattdessen treibt der Verbrennungsmotor einen Generator, und dieser wiederum stellt elektrische Energie für einen Elektromotor als Fahrmotor bereit. Bisher hat Obrist dieses
Antriebskonzept im Rahmen eines Prototyps (Umbau Tesla Modell Y)
umgesetzt. Das Fahrzeug soll folgenden Anforderungen genügen: Bereitstellung eines für den Weltdurchschnittsbürger erschwingliches Fahrzeug -> anvisierter Neupreis bei Massenproduktion ist 21.000 Euro pro Fahrzeug Antriebssystem, das zu großen Teilen auf bestehenden Produktionsanlagen produziert werden kann (bei Markteinführung)
Antriebssystem, dessen Betriebskosten verglichen mit konventionellen Antriebssystemen ähnlich bzw. niedriger sind Minimierter CO2 Footprint von Rohstoffaufbereitung (für Batterie etc) über Produktion des Fahrzeugs bis zum Recycling Antriebssystem, das auf die aktuell vorhandene Kraftstoffverteilerinfrastruktur zurückgreifen kann Nach derzeitigem Stand verbraucht das Auto 3,3 l Methanol je 100 km. Für die Herstellung unter Nutzung von Hüttengasen (CCU) werden hierfür ca. 19,5 kWh benötigt. Hinzu kommen ca. 4,4 kWh je 100 km aus der Batterie (aus dem Stromnetz geladen). Der Gesamt-Strombedarf von knapp 24 kWh je 100 km Fahrleistung liegt in der Größenordnung von rein batterieelektrischen Fahrzeugen.

 

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek hat am Mittwoch in Berlin den Prototypen eines Autos vorgestellt, das mit dem synthetischen Kraftstoff Methanol angetrieben werden kann. Grundlage dieses Kraftstoffes ist Grüner Wasserstoff, einer der wichtigsten Grundbausteine für den klimaschonenden Umbau von Schlüsselindustrien in Deutschland und der gesamten Welt, und CO2, das aus Industrieabgasen entnommen werden kann.

Bei der Vorstellung des Autos erklärte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek:

„Klimaschutz gelingt nur mit Grünem Wasserstoff. Deshalb unterstützen wir die Forschung zur Nutzung des Grünen Wasserstoffs schon heute massiv, wobei in den nächsten Jahren die Anstrengungen noch einmal erhöht werden müssen.
Gerade in Industrie und Verkehr werden wir auch in Zukunft chemische Energieträger brauchen. Und: Nicht alle Industrieprozesse lassen sich völlig dekarbonisieren. Es wird weiter CO2 anfallen. Dafür brauchen wir Lösungen.
Zwischen diesen beiden Punkten schlagen wir heute eine sehr interessante Brücke: Die Nutzung von Methanol aus „recyceltem“ CO2 der Industrie als Kraftstoff im Straßenverkehr. Mein Haus stellt für die Erforschung dieser Wertschöpfungskette zusätzlich 10 Millionen Euro zur Verfügung.
Aber auch das Methanolauto selbst ist ein „Innovationsschaufenster“ für eine emissionsarme, ressourcen- und energieeffiziente Mobilität von morgen. Synthetischen Kraftstoffen kommt eine wichtige Rolle zu, um weltweit ein nachhaltiges, klimafreundliches Mobilitätsystem möglich zu machen. Das ist im Schiffs- und Flugverkehr wichtig oder dort, wo auch in Zukunft vielleicht nicht immer eine Ladesäule für das Elektroauto zur Verfügung stehen wird. Gerade dort kann der serielle Hybridantrieb perspektivisch eine gute Lösung sein.“

Prof. Robert Schlögl, Direktor des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion und Carbon2Chem Projektkoordinator betont:
„Die Dringlichkeit des Klimaschutzes erfordert den raschen und umfassenden Einstieg in regenerative Energie. In einem globalen Markt für erneuerbare Energie sind kohlenstoffhaltige Energieträger wie Methanol zentrale Bausteine. Das vorgestellte Konzept des seriellen Hybridantriebs vereinigt die Vorteile des effizienten Elektroantriebes und des energiedichten und einfach zugänglichen synthetischen Kraftstoffes Methanol. Dieses Konzept gilt es durch das hier vorgestellte Forschungsprojekt weiter zu optimieren.“
Frank Wolf, CEO der OBRIST Group, ergänzt: „Unser HyperHybrid powertrain, dessen Zero-Vibration-Generator mit grünem Methanol Strom erzeugt, ist eine wesentliche Innovation für eine global einsetzbare, leistbare und emissionsneutrale e-Mobilität – eben ein Auto mit grünem, flüssigem Strom im Tank!“

Hintergrund:

Das Methanol-Auto ist Teil des Flaggschiffprojekts Carbon2Chem , das die Reduzierung von CO2-Emmission in der Stahlindustrie zum Ziel hat und vom BMBF bislang mit 145 Millionen Euro gefördert wurde. Das 2016 gestartete Vorhaben wandelt die CO2-haltigen Hüttengase des Stahlwerks mit der Hilfe von Grünem Wasserstoff in Basischemikalien und synthetische Kraftstoffe um. Seit 2020 bereitet Carbon2Chem in einer zweiten Projektphase die industrielle Umsetzung vor. Hierzu gehört der Aufbau von Wertschöpfungsketten für die erzeugten Produkte.
Das im August 2021 ergänzte Arbeitspaket zum Methanol-Auto fokussiert auf die Verwertung des Hauptproduktes von Carbon2Chem, Methanol. Dafür wird ein Konzept für einen seriellen Hybrid-Antrieb u. a. für Automobile weiterentwickelt, optimiert und als Demonstrator umgesetzt. Die Obrist DE GmbH arbeitet hierfür mit der TU München, der TU Dresden und der RWTH Aachen zusammen. Das Arbeitspaket zum Methanol-Auto wird mit weiteren knapp 10 Mio. Euro gefördert.

Wahnsinn E Mobilität

Physik, Chemie, Technik

(THI) – Professor Jörg Wellnitz von der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI) und Inhaber einer Professur in Melbourne, hat sich akribisch mit allen Aspekten der E-Mobilität auseinandergesetzt.
Das Ergebnis:
„Sie kann und wird nie so kommen, wie von Industrie und Politik prognostiziert.
In der Volksmeinung ist E-Mobilität eine tolle Sache“, sagt der Professor, „aber sie macht überhaupt keinen Sinn, wenn man sich alle Aspekte des Themas einmal vor Augen führt.“
Für gerade einmal 16 % des klimaschädlichen Kohlendioxidausstoßes ist der Autoverkehr verantwortlich. „Belastender ist da ja schon die Massentierhaltung und die landwirtschaftliche Monostruktur“, so Wellnitz.
Von den großen Containerschiffen auf den Weltmeeren ganz zu schweigen.
330 dieser Schiffe gebe es aktuell.
15 von ihnen produzierten so viel CO2 wie alle 750 Millionen Autos zusammen.
Vom Flugverkehr und den großen Kreuzfahrtschiffen ebenso ganz zu schweigen….
„Bis eine Batterie für einen Tesla gebaut ist, kann man 8 Jahre lang mit einem Verbrennungsmotor fahren (bzw. 200.000 km), um die gleiche Umweltbelastung zu erzielen“, so Wellnitz.
Denn seiner Meinung nach ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis der Strom zum Aufladen der Batterien – der zudem in der Hauptsache alles andere als sauber produziert wird – ebenso besteuert wird wie Benzin oder Diesel.
Und dann lägen die Kosten für ein Elektroauto bei rund 800 Euro pro Monat.
Und der hat aufgrund der möglichen Ladezyklen eines Akkus in 8 Jahren fast nur noch Schrottwert.
Und das weiß die Autoindustrie nicht?
„Alle wissen es“, sagt Jörg Wellnitz, „aber es geht weder um die Umwelt, noch um die Kunden.“
Warum Hersteller wie Audi, BMW und andere derzeit Milliarden in die neue Technologie investieren, liege ganz wo anders.
„Zum einen lassen sich Milliarden an EU-Fördergeldern kassieren. Daneben bewahren E-Autos die großen Hersteller vor Strafzahlungen wegen Nichterreichens der europäischen Klimavorgaben, da sie mit angeblichen Zero-Emissionsmodellen den Flottenmix nach unten drücken.
„Es geht selbstredend auch um das Markenimage, um ein grünes Mäntelchen und um Technologiekontrolle.“ Man baue die E-Autos im Wissen, dass sie alles andere als die automobile Zukunft seien.
„Es zu machen ist billiger, als es nicht zu machen“, hat mir mal ein Automanager gesagt !
„Es ist sinnlos, aber es kostet weniger.“
Und – so ganz nebenbei – geht es natürlich auch darum, noch mehr Autos zu verkaufen.
1,6 Milliarden Fahrzeuge gibt es heute bereits weltweit.
80 Millionen werden pro Jahr produziert.
Die E-Autos sind für die Hersteller kein Ersatz für Verbrenner, sondern ein Zusatzgeschäft, um als Zweit-oder Drittfahrzeug noch mehr Autos an den Mann zu bringen.
Doch dieses Zusatzgeschäft stößt an seine Grenzen, wenn es um die benötigen Rohstoffe für den Bau von Akkus geht, deren Abbau in Chile (Lithium) und Zentralafrika (Kobalt) nicht nur extrem umweltunverträglich ist und in weiten Teilen mit unvertretbarer Kinderarbeit einher geht.
„Würde Audi den A4 in großer Serie rein elektrisch bauen, müssten sie den halben Weltmarkt an Kobalt leerkaufen.“
Bei VW – so Wellnitz– habe man so eine Rechnung schon mal aufgemacht und sei zu dem Ergebnis gekommen, dass der Konzern für seine Produktion von E-Autos rund 130.000 Tonnen Kobalt benötigen würde.
Die Weltproduktion jedoch liegt derzeit bei 123.000 Tonnen !
Und die meisten Schürfrechte liegen in China, was, wie Professor Fritz Indra sagt, der auch mal bei Audi beschäftigt war, „einen veritablen Wirtschaftskrieg auslösen kann“.
„Die Chinesen haben sich in Afrika weitgehende Schürfrechte gesichert. Kobalt wird zum Beispiel im Kongo teils unter brutalsten Bedingungen von Kindern aus dem Boden gekratzt“, so Indra.
„Man braucht zudem Graphit, Mangan und Lithium.
Bei all diesen Themen begeben wir uns voll in eine chinesische Abhängigkeit, wir müssen das alles von den Chinesen kaufen.“
Wie für Professor Jörg Wellnitz liefert auch für „Verbrennerpapst“ Indra das Elektroauto „in einer gesamtheitlichen Betrachtung“ keinen Beitrag zum Klimaschutz.
Wellnitz, für den der Dieselmotor nach wie vor der sauberste und umweltfreundlichste Antrieb ist, macht noch eine andere bemerkenswerte Rechnung auf:
Ein Auto-Akku liefert 100 Wattstunden Leistung pro kg Gewicht,
ein Benziner 12.000 Wattstunden und Wasserstoff (für Wellnitz der Treibstoff der Zukunft) 33.000 Wattstunden Leistung pro kg Gewicht.
Würde man eine aufrichtige Ökobilanz aufmachen, basierend auf Preis, Bauraum und Leistung, dann „kommt hinten der Ottomotor raus oder ein kleiner Diesel“, sagt Jörgj Wellnitz.
Und: „Das Wasserstoffauto wird ganz sicher kommen.“
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