Drei Probleme, eine Lösung. Das macht den besonderen Charme eines Forschungsprojektes aus, an dem Malte Behrens und Robert Schlögl am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin arbeiten. Die Chemiker möchten Kohlendioxid als chemischen Rohstoff einsetzen. Auf diese Weise wollen sie das Treibhausgas aus der Atmosphäre fernhalten, Kohle, Gas und Öl ersetzen und regenerative Energie speichern.

Dieser Abfall ist unsichtbar und in gewöhnlichen Konzentrationen völlig ungiftig, er stinkt nicht und zieht kein Ungeziefer an. Trotzdem handelt es sich um einen ziemlich üblen Müll, mit dem sich die Menschheit rumschlagen muss: Kohlendioxid. Mit knapp 35 Milliarden zusätzlichen Tonnen des Treibhausgases heizen Industrie, Verkehr und private Haushalte jährlich dem Klima ein. Das Gas in unterirdischen Lagerstätten zu entsorgen, ist eine mögliche, aber recht umstrittene Lösung für das Problem. Besser wäre es, den Abfall, der vor allem bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, wiederzuverwerten.

Malte Behrens und Robert Schlögl möchten mit ihren Mitarbeitern am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin jedenfalls dazu beitragen, aus dem farb- und geruchlosen Gas Brennstoffe oder Rohstoffe für die chemische Industrie zu erzeugen: Methanol oder Kohlenmonoxid. Andere Forschergruppen arbeiten daran, das Treibhausgas in Methan oder Ameisensäure zu verwandeln. Egal, welche Substanz am Ende entstehen soll: Aus chemischer Sicht ist Kohlendioxid als Ausgangsstoff alles andere als optimal, weil es sich ziemlich träge verhält – nicht umsonst erstickt es als Löschmittel Brände.

Das Gas chemisch zu aktivieren, ist auch Ziel eines Projekts, das den programmatischen Namen Co2rrect trägt und an dem sich die Berliner Forscher beteiligen. Die Abkürzung steht für CO2-Reaction using Regenerative Energies and Catalytic Technologies, zu Deutsch: CO2-Reaktion mit regenerativen Energien und Katalysetechnik. An dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt arbeiten vier große Industriepartner und zehn Einrichtungen der akademischen Forschung mit, darunter auch das Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg.
Methanol bietet viele Vorteile als Speicher regenerativer Energien

Kohlendioxid als Rohstoff zu nutzen, würde nicht nur dem Klima helfen, sondern könnte auch dazu beitragen, fossile Rohstoffe zu ersetzen. Zudem könnte das Treibhausgas auf diese Weise zum chemischen Energiespeicher avancieren und die Energiewende antreiben: „Wenn wir das Speicherproblem nicht lösen, können wir nicht auf regenerative Energie umsteigen“, sagt Robert Schlögl, Direktor am Fritz-Haber-Institut. Denn das Stromangebot von Windrädern und Solarpaneelen schwankt mit dem Wind und der Sonne, dem Bedarf dürfte es eher selten entsprechen.

Kraftwerke, die fossile Energieträger in Elektrizität verwandeln, lassen sich auf die Nachfrage einstellen; Wind- und Sonnenenergie müssen für Zeiten hoher Nachfrage gespeichert werden. Wasserstoff ist dafür ein Kandidat, weil er sich elektrolytisch aus Wasser gewinnen lässt. Das Gas hat aber einige Nachteile. Es explodiert nicht nur leicht, sondern ist auch so flüchtig, dass es sich nie ganz verlustfrei handhaben lässt.

Deshalb muss es zum Transport und zur Lagerung aufwendig verdichtet und gekühlt oder chemisch gespeichert werden. Methanol verhält sich deutlich zahmer und lässt sich in Tanks leicht von A nach B verfrachten. Außerdem kann der Alkohol seine Qualitäten als Energieträger sowohl in Brennstoffzellen als auch in Verbrennungsmotoren ausspielen – schon heute fließt aus Methanol produzierter Sprit durch manche Tanksäulen.
Energie in Wasserstoff zu speichern, ist schwieriger und teuerer

Dass der Schritt über Methanol für die Energieversorgung sinnvoll sein kann, haben Forscher um Liisa Rihko-Struckmann und Kai Sundmacher am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Rechnungen festgestellt. Egal in welchem der beiden Stoffe die Energie von Sonne oder Wind gespeichert wird, am meisten nutzbare Energie geht bei der elektrolytischen Produktion des Wasserstoffs verloren. Und dieser wird auch für die Methanolsynthese gebraucht.

Wie immer, wenn chemisch gespeicherte Energie Arbeit leistet, entsteht zudem recht viel Wärme, wenn Wasserstoff oder Methanol eine Brennstoffzelle oder einen Motor antreibt. Unterm Strich könnte Methanol als Zwischenstation für regenerative Energie jedoch besser abschneiden als Wasserstoff. „Denn Energie in Wasserstoff zu speichern, ist bei Weitem schwieriger und teurer“, sagt Liisa Rihko-Struckmann.

Auch ein Kohlendioxid-Recycling in Form von Kohlenmonoxid hält die Magdeburger Forscherin für sinnvoll. Das Gas ist zwar giftig und auch nicht gerade einfach zu transportieren. Mit Methanol teilt es aber den Vorzug, dass die chemische Industrie viel damit anfangen kann. Denn damit lassen sich leicht komplexere chemische Verbindungen aufbauen, unter anderem etwa synthetische Kraftstoffe.

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http://www.mpg.de/5597354/kohlendioxid_methanolsynthese_energiespeicher

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft (04/2012)