Hamburg – The Energ y zing City Peter Burger Universität Hamburg burger@chemie.uni-hamburg.de...

Hamburg – The Energyzing City

Peter BurgerUniversität Hamburg

burger@chemie.uni-hamburg.de Unterlagen:www.chemie.uni-hamburg.de/ac/burger

Hanseatisches Stiftungskolleg

Hamburg – The Energyzing City

• Ausgangssituation• Entstehung & Struktur• Ausbildungsprogramm• Forschungsthemen• Planungsstand• Zusammenfassung

WeltenergieverbrauchPr

imär

ener

gie

[EJ/a

]

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Quelle: WGBU/Shell 2005

Jahr

1 EJ (6 sec Sonnenergie = 277,778 Mrd. kWh

Biomasse

Gas

Solarstrom

2100

Anstieg: linear

Biomasse

Solarstrom

GDP

Verbrauch

1949 1980 1999

nicht allein Bruttosozialprodukt

USA: 1949-1999

Ė = N•(BSP/N)•(Ė/BSP)

N: Weltbevölkerung, BSP/N: Bruttosozialprodukt/Kopf Ė/BSP: Energieintensität Quelle: PNAS 103, 2006, 15729

Beispiel: Dow Chemical Company

Massives Delta!! Faktor 2!

Linearer AnstiegNaturgesetz?!!Nicht-Linearität!!

WissenschaftBelletristik

WeltenergieverbrauchPr

imär

ener

gie

[EJ/a

]

2000 2010 2020 2030 2040 2050Jahr

2100

Beitrag der Hamburger Forschungzur Lösung des Problems

Hamburg – The Energyzing City

„It is difficult to make predictions,

especially about the future.“

N. Bohr, M. Twain...

Weltenergierat – Rom 2007

Strong and coordinated steps are needed to educate all

people in the world about

energy, from basic prin- ciples to explanations of the criti-cal

decisions that must be made by society....A new level of wise energy policy,energy regulation, and energy in-vestment is required now and in the next few years if we are to achieve energy sustainability in the 2035-2050 timeframe."

International Energy Agency

"Es bedarf konzertierter Aktionen zurBewältigung der globalen Energieheraus-forderungen.Was auf unserem Planeten

am knappsten ist, sind nicht etwa natür-liche Ressourcen oder Geld sondern esist Zeit."

„The Stone Age did not end because we ran out of stones,and the fossil energy age is not going to end any time soonbecause we‘ve run out of cheap fossil Energy.Don‘t wait for that to happen.

„Powering the Planet“, MRS 2007 Nathan Lewis, Caltech Center for Sustainable Energy Research.

Was kann die Wissenschaft?

KernfusionIter-Projekt

(50/50 Jahre)

„Manhattan- oder Apollo-Projekt des 21. Jahrhunderts“

Was kann die Wissenschaft?

Ganzseitige Annoncen in der „Zeit“http://www.forum-chemie-macht-zukunft.de

Prof. Matthias BellerLeibniz-Institut für Katalyse

»Die Spaltung von Wasser könnte unser

Energieproblem lösen.«

Prof. Ferdi Schüth MPI Mülheim

»Nur mit der Chemie werden wir neue Energiequellen

erschließen können.«

Prof. Christian JungUniversität Kiel

»Mit Gentechnik können wir die Sonnenenergie besser nutzen.«

http://www.gdch.de/energie_nch.pdf

Hamburg – The Energyzing City

• Ausgangssituation• Entstehung & Struktur• Ausbildungsprogramm• Forschungsthemen• Planungsstand• Zusammenfassung

EntstehungG ra d u a te S c h o o l

F u tu re E n e rg y R e s o u rc e s

A p p lic a tio n D ra ft S e p te m b e r 2 0 0 6

C o o rd in a to r P . B u rg e r

H a m b u rg R e s e a rc h P la tfo rm

U n iv e rs ity o f H am bu rg & T ec h n ic a l U n ive rs ity o f H a m b urg -H arbu rg & R ep ow e r A G & H a m burg In s titu te o f In te rna t iona l E c o nom ic s (H W W I) & F ede ra l R e s e a rc h C e n tre fo r F o re s try an d F o res t P ro du c ts & H am bu rg U n iv e rs ity o f A p p lie d S c ien c es (H A W )

G e o s c ie n c eB io lo g y

E c o n o m y

C h e m is try

F u tu reE n e rg y

Antragsskizze Exzellenzinitiative Sept. 06 12.1.2007

Nomen est Omen!

H2@HH

Wasserstoff gehört nach Hamburg!

FEYR HFCTFutureEnergyResources

fundamental&

appliedresearch

Hydrogenand

Fuel CellTechnology

applied & fundamental

research,applications

TUHH,UHH,HAW,

HSU, BFH

TUHH, UHH, HAW, HSU,

GKSS

EECOEnergy@Economy

resourceprojections

&management

training HWWI,TUHH,

UHH, HAW

REAPResource Efficiency

inArchitecture

andPlanning

applications &

appliedresearch

HCU

SIEEESystem Integration & Energy Efficiency/Economization

HAW, TUHH, HCU

Entstehung Graduate School Foundation

Patronage: First Mayor

Hamburg – The Energyzing City

Chairman: Burger

Panel: Chairman, Graduate Dean, Coordinators,Student Representative, Gender Equality Rep.

REAPResearch Field Coordinators

FEYR HTEC EECON

Peters Liese Fröba Straubhaar

International Advisory Board

Academic & Industrial

Members

Management

2 Manager (100%) &

2 Secretary (100 %)Graduate Dean: NNScientific Manager: W. KaminskyPersonell/Financial Mentor: H. Schmidt Researchers PIs, Staff, Postdocs, Graduate Students

SIEEE

Winkler

Struktur

Begutachtung der Forschungsanträge

Vergleichbare Projekte

http://pbd.lbl.gov/energy/

USA: DOE LBL & University of California Berkeley

Finanzierung: PPP; Staat & BP (500 Mio. $!!!)

Vergleichbare Projekte

USA: California Institute of Technology (Caltech)

Forschung – Chemie: - Photovoltaik = neue Materialien - artifizielle Photosynthese - neue Brennstoffzellen

Finanzierung: u.a. Moore Stiftung (6,5 Mio. $)http://www.ccser.caltech.edu

Vergleichbare Projekte

UK:Imperial College London

Forschung – Ingenieure, Stadtplaner, BiotechnologieFinanzierung: BP, Shell (mehrere Mio. $£)

http://www3.imperial.ac.uk/energyfutureslab

Hamburg – The Energyzing City

• Ausgangssituation• Entstehung & Struktur• Ausbildungsprogramm• Forschungsthemen• Planungsstand• Zusammenfassung

Talente & Talente

„Welt“ vom 24.11.07Interview mit Frank Pagelsdorf, Trainer von Hansa Rostock

„Wir wollen die besten Talente der Republik ausbilden. Wirtschaftlich haben wir keine andere Möglichkeit, als auf

die Schiene Ausbildung zu setzen.“

Talentsuche

Weltweite Rekrutierung

- onsite Interviews in Indien- EU & Nordamerika

Auch Hamburg liegt auf diesem Planeten!Große Chance für unsere besten Absolventen!

Promotionskolleg/-studiengang 50-60 Stipendien/Jahr

Ausbildung

- Architektur/Stadtplanung- BWL/VWL- Jura, Soziologie

Promotionskolleg/-studiengang 50-60 Stipendien/Jahr

- Biologie- Chemie- Physik- Ingenieurwissenschaften

gemeinsame Kurse & forschungsorientiert

Bereich a)

Bereich b)

„Kritische Masse“ & Kursbereiche a) + b) notwendig!

Graduiertenschule

Zulassung einmal pro Jahr

Gemeinsame Kurse/Bereich B (Natur-/Ingenieurwiss.)

- „zukünftige“ Energieressourcen- „Lab Rotation“- Energiewirtschaft- Projektmanagement- Scientific Information and Communication- Deutsch/Englisch

Fachspezifische Kurse

4 Jahre

Graduiertenschule

Qualitätsmanagement!

Hamburg – The Energyzing City

• Ausgangssituation• Entstehung & Struktur• Ausbildungsprogramm• Forschungsthemen• Planungsstand• Zusammenfassung

„Die Welt ist voller Leute, die Wasser predigen und

Wein trinken“Giovanni Guareschi

ital. Journalist und Schriftsteller

Forschung & Mittelvergabe

Forschungsmittel nur auf Projektantrag ! peer review !

Grundlagenforschung

AngewandteForschung

Produkt-entwicklung

Nach-haltigkeit

Hamburg – The Energyzing City"

Forschung & Mehr

Wind Solar Bio/Org.-Masse

Energieeffizienz/-einsparung

Energieequellen

Energiewirtschaft

Prim

ary

Ener

gy[E

J/a]

Year2000 2010 2020 2030 2040 2050 2100

Prim

ary

Ener

gy[E

J/a]

Year2000 2010 2020 2030 2040 2050 2100

Hochleistungs-batterietechnologie Wasserstoffspeicher

Wasser-Elektrolyse/Brennstoffzelle

Energiespeicherung

Forschungsübersicht

Energiewirtschaft

Geothermische Potenziale

• Heizen und Kühlen mit geologischen Quellen und Senken

wichtiger Platz im Energiemix

• Abschätzung der Potenziale und effektive Umsetzung erfordert– Geologie– Bauingenieurwesen– Maschinenbauwesen– Stadt- und Regionalplanung– Architektur

Virtuelle Kraftwerke & Intelligente Stromnetze

• Digitale Stromzähler:

Kontrolle und Reduktion von Verbrauch & Versorgung

• Kappung der Verbrauchspitzen: Integration & Beförderung von dezentralen Quellen und Erneuerbaren Energien

• Forschung/Entwicklung in:– Informatik– Elektroingenieurwesen– BWL– Recht

Methan und H2 aus Biomasse

BiotechnologieStegmann, Scherer

neue mikrobiologische SystemeStegmann, Antranikian, Liese, Streit

Thermochemische ErzeugungKather, Willner

Katalyse & Energieeffizienz

Methanol

CH4 + ½ O2 CH3OH COn + n+1 H2 Methanol

MIT, Department of Chemistry

Science 315, 2007, 789 PNAS 103, 2006, 15729

„I’m not sure what the winner will be that is able to make energy without addingextra CO2 to the atmosphere.” A failing of energy R&D for the last 30 years inthe United States has been that it has been treated as an engineering problem,

with a little ‘r’ component and big ‘D.’ There needs to be an ‘R’ bigger than the ‘D.’

There are whole new areas of science and engineering that need to be discovered to solve this problem.”

Solare Wasserstofferzeugung

Burger, Heck, Luinstra, Prosenc, WellerArtifizielle Photosynthese (Katalysatoren)

H2O + Licht H2 + ½ O2

Photosynthese

Photobiologische H2-Erzeugung Streit

ca. 1 Milliarde Jahre Entwicklungszeit

Wasserstofferzeugung/Brennstoffzelle H2O + Strom H2 + ½

O2

PEM Wasser-Elektrolyseur

MembraneNunes, Luinstra

J. Müller, Heck, Prosenc, Burger

Edelmetall-reduzierte/-freie Elektroden

Lolland, Dänemark

WELCOME TO HYDROGEN COMMUNITY LOLLAND

FC‘s

ElektrolyseurH2

Wärme

Speicherung!!

Elektrolyse

Brennstoffzelle

Brennstoffzellen

Winkler

„Wasserstoffspeicher „neue Materialien“

Carbon NanotubesWeller, Mews, Bormann, Keil

„Mesoporöse Materialien“Fröba

Luinstra, BurgerOrganische Polymere

Gasspeicher

Metal-Organic Frameworks, MOFSFröba, Burger

nicht nur H2: CO2

Bedeutung: z.B. CCS-Verfahren

Wer die Umwelt schützen will,friert Bücher ein.

Exploratives & Neue Ideen

Anzeige in der „Zeit“ am 22.11.07

CO2-Sequestrierung/Oxyfuel-Prozess

Gips

SOxKessel

Dampfturbine

Elektrizität

Kohle

Luft

H2OH2O

CO2

konventionelles Kohlekraftwerk80% N2

20% O2

N2

CO2-Abtrennung schwierig

CO2-Abtrennung einfach

reiner O2 Oxyfuel-Prozess Luft

N2

•vorgeschaltete Lufttrennung: -25% Energieeffizienz

•CO2-Abtrennung/-Speicherung/-Transport:-15% Energieeffizienz

Aquifere Gasfeld

Meer

SonneWind

Biomasse

Elektrolyse vor Ort am Kohlekraftwerk!O2: OxyfuelH2: Methanol

Methanol: CH3OH DMFC: PKWs

CO2 + 2 H2 CH3OHKatalyse

Burger, Winkler,Prosenc, Weller, Heck

CO2 als C1-Baustein (Rohstoff)

CO2 Einbau in Kunststoffe Polypropylencarbonat (PPC)

OCO2

OHO O

O

*n +

Ressourceneinsparung < 45% aus Erdöl

Grüne Chemie:

PE/PP-Ersatz

Luinstra, Prosenc

Fossile Quellen – neue Fragestellungen

Erdgas

• heutige Quellen: < 1% H2S (toxisch)• neue Quellen bis 40% H2S!

„unvorstellbare“ Menge Schwefel:

Suche nach neuen Produkten & Märkten Polymere, Baumaterial...

Methan-Clathrate (H2O)n .CH4 n=5-10

Meeresgrundfest bei 4°C, 60 bar

Übersteigt „klassische“ fossile Methanvorkommen um Faktor 10+ !

Fossile Quellen – neue Fragestellungen

Exploration, Förderung: Geophysiker, Geologen, Ingenieure

Hamburg – The Energyzing City

• Ausgangssituation• Entstehung & Struktur• Ausbildungsprogramm• Forschungsthemen• Planungsstand• Zusammenfassung

Startschuss der Institutionen

HCU

GKSSHWWI TUHH

UHH

HSUHAW

Letters of Intent

Finanzbedarf 2008-2012

Finanzierung

PPP-Modellgesichert: Institutionen, Wissenschaftler (jeweils 1/6)in Vorbereitung: 1/3 Hansestadt 1/3 Sponsoren matching funds

Startschuss der Wissenschaftler!

„Hamburg – The Energyzing City”

„Hamburg – The Energyzing City”

Politik Bürgerschaftsfraktionen:

Unterstützung

„Hamburg – The Energyzing City”

Politik Behörden: BSU, BWF, Senatskanzlei

Hamburg – The Energyzing City

• Ausgangssituation• Entstehung & Struktur• Ausbildungsprogramm• Forschungsthemen• Planungsstand• Zusammenfassung & Ausblick

Zusammenschluss: 5 Hochschulen und 2 außer- universitäre Einrichtungen (LOI)

Forschung und Lehre: Energiethemen "Hamburger Exzellenzinitiative"

Promotionsstipendien: 50-60 pro Jahr weltweite Rekrutierung der Talente

Teilnehmer: 80 Hamburger Arbeitsgruppen - Architektur/Stadtplanung - Biologie, Chemie, Physik - Ingenieurwissenschaften - BWL/VWL

Finanzierung: PPP-Modell - Industrie/Sponsoren & Hansestadt jeweils 1/3 - Einrichtungen und Wissenschaftler jeweils 1/6

Stiftungskolleg: Hamburg – The Energyzing City

Ziele

- weltweit führende Absolventen

- Start-Up Unternehmen (Satelliten)

@ - Hamburg an der Spitze des wichtig- sten Themas des 21. Jahrhunderts

Stiftungskolleg: Hamburg – The Energyzing City"

Norddeutsches Netzwerk

Oldenburg

Kiel

Chance für Norddeutschland: