Hamburg – The Energyzing City
Peter BurgerUniversität Hamburg
[email protected] 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: