Fuelling Controversy

Steven Chu, Hartmut Michel & three young researchers debate: can biofuels can solve the world energy crisis?

Category: Educational Videos

Date: 30 June 2013

Duration: 20 min

Quality: HD MD SD

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Fuelling Controversy (2013) - Steven Chu, Hartmut Michel & three young researchers debate: can biofuels can solve the world energy crisis?

Chemistry is at the heart of the very controversial world of energy. One Nobel laureate who has been considering biofuels as one important solution for the world is Steven Chu, who advises the White House. Chu is quite amazing. He got the Nobel Prize for Physics, for being able to cool down atoms using energy. And then he put his energy into renewable energy. And then he became a policy maker under Barak Obama as a Secretary of Energy for the United States, managing everyone who works in renewables. But a laureate who on the other hand sees biofuels as a relatively trivial factor is Hartmut Michel. So I hear Michel, he is sceptic about biofuels. He thinks we should use nature to build more complicated things. But he does say that nature is good at making things. I think we can harness that. Biofuels is making a liquid fuel that is not made from petroleum. Petroleum comes from the ground. And when you burn it you’re taking carbon from the ground and putting it into the air. And that is a problem in terms of climate change because it’s a greenhouse gas. If we can instead use plants to take CO2 from the air, put it into plants and then if we can convert that into a liquid fuel - that is a biofuel. And then when you burn it you’ll get CO2 again. But it will just go right back into the air. The plant will take it again and we can turn it into a fuel. So we have a renewable process. Half of the energy in the biofuel comes actually from fossil fuels, because you need fertiliser, you need tractor fuel and everything costs energy. If all the agricultural land of Germany is used for producing biofuel we only can substitute maybe 8 to 10% of the German diesel and gasoline used by cars. If we want to have a car powered by a renewal fuel we can use the biomass in existing technology. Like we have a car right here. We do not have to scrap all the cars and build a brand new one with a huge battery pack that won’t work everywhere. And I’m not saying that biofuels need to replace 100% of our current petroleum needs. But I think there are times when we need the energy density. And there is efficiency in being able to use current infrastructure like this car. I have to argue against that. If you use the biomass for heating purposes and you save heating oil. Or when you use the biomass in power stations to generate electricity, you are by effect of 3 better than when you go by biofuels in reducing the carbon dioxide. You already have current technology which exists, which also drive on the road, battery cars or hydrogen cars, they also exist, right. It’s not like it's technology that needs to be invented, it’s already there. And for sure the technology is not now going to change within a day. So you’re saying going to scrap all the cars - nobody is talking about scrapping all the cars. But if we invest into that, then, eventually, step-by-step, it’s going to be changing from standard gasoline car into hydrogen cars or battery cars. We don’t have to invest anything to teach the grass to sequester carbon dioxide from the atmosphere. It can do that right now. Yeah but we can do better and we’re working on it. Very low efficiency. Your only... less than 1% of the world’s energy is in the grass. But in terms of return on investment I don’t have to do anything to get that to take in CO2. The grass has to keep itself alive. You wouldn’t get enough of that. In Europe, Western Europe you don’t have a lot of grasslands to spare. For sure. Much of the bio mass research and biofuels research we’re doing is to use, to coexist with agriculture. So the corn will be used for feed for humans, feed for animals. And the corncobs, the corn stover - if you can economically convert that, you still have the sum cost of the tillage and the fertiliser and all those other things. And so under that perspective you have agricultural residues. If you can make it commercially viable then the conflict between food and fuel begins to diminish a lot. It’s kind of like a band aid, right now we’re using natural photosynthesis and that’s what we have is technology and we’re trying to make an artificial photosynthetic system that we will eventually be able to make fuel at a higher efficiency than nature can. But until we get there we have to use the band aid of biofuels. Well that’s another possibility. That if you can use direct sunlight to fuels, if you can very efficiently use renewable electricity to fuels, to convert something, you know to liquid fuel. Liquid fuel we all concede will be with us for a while, especially with aeroplanes. There is no debate, you need liquid fuel. Let’s not fixate only on biofuels particularly. You know, how do you make liquid transportation fuel in a renewable way? In this case what I would do is, you would simply use photovoltaic cells, electrolyse water, take the hydrogen, take the carbon dioxide for a power station and convert the CO2 into methane or methanol. With methanol you have a liquid which you can directly use in an ignition engine. And that’s the way in the future I think. Methanol can be a starting point. Ultimately I think for airplanes you need higher density. And methanol, ethanol are too low density. So biofuels use natural photosynthesis to get energy in the same way that oil does. But artificial photosynthesis is a manmade alternative to natural photosynthesis. And the way that we make artificial photosynthetic systems is: we have 2 reactions that we use to split water into hydrogen, which we can use as fuel - that’s what they use as jet fuel. And we also have to oxidise the water. And one of the major problems that we’re having right now is we need to find a suitable artificial photosynthetic system that can make fuel cheaply. And this can be coupled to photovoltaic systems. And a lot of the research that Hen and I do is related to that. In an artificial photosynthetic system you’d have to have for example water oxidising reaction. And then you’d have to have a fuel producing reaction of the cathode. And that fuel producing reaction could create hydrogen. But there’s also research being done trying to make liquid fuels of the cathode rather than hydrogen. And I think that that is probably the way of the future. But there are a lot of basic research steps we have to take before we can realise a fully, a highly efficient artificial photosynthetic system. If you use a system mimicking a natural photosynthesis you need too many photons for producing hydrogen. And the overall energy of the process is very low, it’s lower than the electrolysis of water combined to a photovoltaic cell. Yeah but the trouble with electrolysis of water the way we currently know how to do it efficiently is you use very expensive catalysts. But there are many, many people working on catalysts and I am pretty optimistic that this is solved soon. We are working on photo catalytic process. We are working on a photovoltaic chemical cell, which we are able to make both electricity and fuel. And what do you think about hydrogen economy or hydrogen based fuelling system. Basically transforming from a carbon base directly to the hydrogen. Because we can produce the hydrogen and we are more and more able to produce it more efficiently. You know, I would test the scientist. If you’re working on this every day. What’s the price for it in the production of hydrogen per kilogram? If they say I don’t have any idea, then say you should think about that. I think $4 to $6 per ... It's $3. It’s like if I produce biofuels at $6 a gallon, you’re never going to get started. If you don’t know that you should start knowing that. It’s the economic drivers: people make choices, countries make choices, companies make choices - because of the economics of it. You’re not going to ask them to spend twice as much money to do something. Some consumers will do that, a very small fraction. But most people say what’s the bottom line is the bottom line. I’m willing to pay the same, maybe a teensy more but not hugely different. But the thing is technology can do this. You can make clean energy as inexpensive as fossil energy. I’m still a proponent for the purely electrical way. So use the electricity for photovoltaics or say also from thermo solar energy conversion, generate electricity and then you charge better batteries. Of course the weak point is the batteries. The energy density of the battery is too low. But it can be increased by a factor of 10. In addition, you have to consider that the ignition engines are really inefficient. Only 20% of the energy of the fuel is used to drive the wheel. So we have an additional factor of 4 in favour of the purely electrical scheme. Well, fuel cells can solve that issue. But you also have the energy of... a chemical bond will always be better, ultimately, theoretically you can always store more energy in a chemical bond rather than you could in for example lithium ion battery. Particularly at this meeting, people have been emphasising various... Lithium is not so abundant, we don’t have so much of it, it's pollution again. If you don’t consider the cost for the battery: driving your car by a factor of 10 cheaper if you simply use electricity than when you go to the gasoline station. But the cost of the batteries come down 2-fold and it's going to come down another 2-fold. I don’t fully buy the argument that we don’t have enough lithium because... I don’t buy that at all. And it’s not even clear that lithium will be the end point technology of the battery. I find this fascinating because we are looking very closely at all the technology that everyone has mentioned in the Department of Energy. And if we knew for sure that we could get a battery that’s 4 times higher density and works at a wide temperature range that would change everything. If we knew all these things, you know 2 or 3 of them, you can change a lot of things. But what’s fascinating is, and everything that I’m hearing said: we do not know for sure. Although I agree cost is a significant issue, I don’t think that we as scientists have the ability to estimate how much it will cost to produce it on a large scale. And only once it reaches the industry then you can have some assessment of whether or not it’s effective or not. It starts in the lab: using first row transition metals, staying away from very expensive elements. And then it gradually makes its way to industry. You cannot know until you go to large scale. No, you tell me you have a system you can economically scale to hydrolyse water now and make hydrogen. I would say you should be selling it as a business. There’s price points in hydrogen that are well known. You can sell that to petroleum refining companies. You can sell that to fuel cells. And you should be making lots of money. It does not exist. And if it does, you know, at least, at very least get a grant from the Department of Energy. But now with shale gas will this all be mute, will we not be able to reach those price points to make these renewable fuels real. I think we will. The shale gas is actually gone into oil. There’s much more, the production of oil in the United States has gone up 800,000 barrels a day. It’s going to go up another 800,000. We’re the second biggest oil producer in the world now because of shale oil. Despite that it’s not a big enough wrinkle to alter the world oil prices, which is an international price. But what about altering people, like in the United States our congressmen’s opinion of whether or not to fund renewable research? That might be for a different reasons We as scientists can get the technology. I think the governments... I have faith at least that the governments will be able to enact the policies if the technology is there. And maybe that’s a naïve scientist, maybe that’s a totally naïve scientist point of view. I used to think like that. Actually what my dream would be, if we have super conducting cables to be spanning the globe. Then we need a few photovoltaic fields worldwide distributed all over the globe. One in Australia, one in China, one in Sahara, one in Arizona, Mexico… With the Sahara and Europe - if you can even have DC under water cables. We do that, we will get there. We started already with that in Greece and we know that in Morocco there is a cable being built between Morocco and Spain, and there will be another one between Tunisia and Italy. And so undersea cables. Undersea cables, that’s going to be done, no doubt. I have more faith that we’re going to find a good artificial photosynthetic system before we find a room temperature superconductor that’s really cheap. And that can have high current. And that can have high current. But you need high TC. So your challenge as scientists is to make it look good enough for the companies or the government to invest. I think you have to look at how technology gets developed. First of all it gets developed not because there is some magical research done in a university or a national lab or something, and then voilà you have it. It’s something that gets established and then you learn from it. It evolves and evolves - over 10’s of years to a half a century it’s evolving. There’s not a single thing that’s happening. What kind of damage do you think we’ll do to our environment while we’re waiting for all this? We’re doing a lot of things in the meantime. The battery is improving, the price of batteries went down 2-fold in the last 4 or 5 years. The price of solar modules went down 4-fold in the last 4 years, ok. The electronics that are needed for DC transmission are coming down dramatically. All these things are happening. And you just accelerate it, you just accelerate that technology development. The solar cells, they went down because they become on the large scale. But do you know what the first silicon efficiencies were? And solar photovoltaics? About 1 or 2%. Now you have in both mass production, 16% going to 20%. Ok, 2 to 20%, you’ve got 10-fold in production. The cost is dropped several hundred-fold in production from the ‘50’s and ‘60’s to now. This is huge. It’s not clear where the solution is going to come from. And there won’t be a single solution. We will need many solutions. We will need solutions we talked about in transmission, in energy storage. Better solutions in the generation of clean energy. And energy efficiency, which we haven’t talked about. You know dramatic improvements are waiting actually to just be used - but also invented. So all these things are real need. And if, you know to paraphrase myself, if necessity is the mother of all inventions, we’ve got the mother of all necessities in climate change. As I told my students and post docs over the last 25 years: but in setting our aim too low and achieving our mark.’ That was said by Michelangelo. So you students remember that, fail, fail fast, move on, but set your aim high. So if I dedicate my life to working on renewable energy, do you think that I’m serving the country and the world? Yes absolutely, especially if you succeed. This is my first time at Lindau. Just had lunch with the Mars fellows and I think I’m beginning to get some sort of perspective on what this is all about. You’re all young scientists in the making. I think it’s very important that you remember 2 things. First that you’re going very, very deeply into something. You’re becoming part of the world’s experts. And it’s important that you do become very deep. But the knowledge that something else is happening in a different field, or a new technology is happening over here and you can import that into your problem, is a very powerful concept. It actually helps you do better science. So why does science matter to Mars? It’s the foundation of everything we do,: engineering in the factory; how do we make our products; raw material supply chain; flavour chemistry - everything I can think of builds a strong foundation, which allows every other aspect of our company to thrive. It equals about a billion and a quarter tons of food. The water issue is beyond the notion of sitting in your laboratory and working on a very small piece of information. That’s critically important. But when I look around this room - and you’re from many different places and many different institutions, from every country, 78 countries. Imagine what would happen if you all collaborated in an uncommon way to solve some of these world problems. I don’t know, do you have the feeling that maybe the younger generation is now more willing to go into this kind of international cooperation? So maybe it’s now easier? The reality is that everyone has to do it, young, middle aged, old. There is no way to do it otherwise. Pablo, how is it for a scientist to work with Mars? In my case working in the University of California, I think it’s a great experience. We have different collaborations. They are doing research in many departments. I work with the Plant Sciences department but also with the Genome Center. And also I know people from the Veterinary school, from the Nutrition Department - all of them are receiving funding from Mars. And there are different topics. And everything happens really fast, you know, in that way the decision making is fast. I really like it. We look across the university. At every department that might have insight to what we’re trying to solve and we use them all. And we collaborate and we talk to each other. And it’s an ongoing intensive discussion and dialogue. We’re not bound by in any way, shape or form mediocrity; we’re bound by excellence. That’s why we’re here: for us to be able to reach out and talk to these young scientists, these great scientists of the future. And encourage them to, firstly to stay in science - that’s job number 1. And everything that we can do through the Lindau relationship to put the great young scientists of the future in touch with - you know clearly these guys who are Nobel laureates, some of the great, great scientists in the world today, and have some of the great Mars scientists here as well – to put them into this kind of melting pot to try and catalyse this interest, this enthusiasm, this commitment to do great things in science. End.

Besseres Leben durch Chemie Im Mittelpunkt der sehr widersprüchlichen Welt der Energie steht die Chemie. Steven Chu ist einer der Nobelpreisträger, die Biokraftstoffe als bedeutende Lösung für die Welt vorgeschlagen haben. Er berät auch das Weiße Haus. Hen Dotan – Materialwissenschaftler, Technion, Israel. Chu ist ein ziemlich erstaunlicher Mensch. Er erhielt den Physik-Nobelpreis für die von ihm entwickelte Möglichkeit, Atome mit Hilfe von Energie herunterzukühlen. Heather Mayes: Und er dann hat er seine Energie in erneuerbare Energien investiert. Stafford Sheehan: Und dann wurde er unter Barak Obama Politiker. Als Energieminister für die Vereinigten Staaten ist er für alle zuständig, die sich mit erneuerbaren Energien beschäftigen. Aber ein Nobelpreisträger, der Biokraftstoffe für relativ unbedeutend hält, ist Hartmut Michel. Stafford Sheehan: Ich habe vernommen, dass Michel Biokraftstoffen skeptisch gegenüber steht. Hen Dotan: Er findet, dass wir die Natur dazu nutzen sollten, komplexere Dinge herzustellen. Heather Mayes: Aber dennoch sagt er ja auch, dass die Natur gut in der Herstellung von Dingen ist. Ich finde, das können wir uns zunutze machen. Die Kontroverse anheizen Heather Mayes: Biokraftstoffe sind flüssige Kraftstoffe, die nicht aus Erdöl hergestellt werden. Erdöl kommt aus dem Boden. Und wenn man Erdöl verbrennt, nimmt man Kohlenstoff aus dem Boden und bringt ihn in die Luft ein. Und das ist im Hinblick auf den Klimawandel problematisch, weil es sich dabei um ein Treibhausgas handelt. Wenn wir stattdessen Pflanzen nutzen könnten, um CO2 aus der Luft zu entnehmen, es in die Pflanzen einbringen und das dann in einen flüssigen Kraftstoff umwandeln können – dann ist das ein Biokraftstoff. Und wenn der verbrannt wird, erhält man wieder CO2. Aber das geht einfach wieder in die Luft zurück. Die Pflanze nimmt es erneut auf und wir können das in einen Kraftstoff umwandeln. So erhalten wir einen erneuerbaren Prozess. Hartmut Michel: Die Hälfte der Energie im Biokraftstoff stammt tatsächlich aus fossilen Brennstoffen, weil man Kunstdünger braucht, weil man Traktorbrennstoff braucht und das alles Energie kostet. Wenn wir die gesamte Agrarfläche in Deutschland zur Herstellung von Biokraftstoff verwenden würden, könnten wir nur 8% bis 10% des in Deutschland von Fahrzeugen verbrauchten Benzins oder Diesels ersetzen. Heather Mayes: Wenn wir ein Fahrzeug mit einem erneuerbaren Kraftstoff betreiben wollen, können wir die Biomasse für die existierende Technik einsetzen. Wie bei diesem Fahrzeug hier. Wir müssen nicht alle Autos verschrotten und ein brandneues Fahrzeug mit einer riesigen Batterieeinheit bauen. Das würde gar nicht überall funktionieren. Und ich behaupte auch nicht, dass Biokraftstoffe 100% unseres derzeitigen Benzinbedarfs ersetzen müssen. Aber ich glaube, dass manchmal auch Energiedichte erforderlich ist. Und es ist effizient, wenn man vorhandene Infrastruktur wie diesen PKW hier nutzen kann. Hartmut Michel: Da muss ich Einspruch erheben. Wenn man die Biomasse zu Heizzwecken einsetzt und Öl einspart oder wenn man die Biomasse in Kraftwerken zur Stromerzeugung einsetzt, hat man einen dreimal besseren Effekt, als wenn man versucht, durch Biokraftstoffe Kohlendioxid zu reduzieren. Hen Dotan: Bereits heute existiert eine Technologie, die in Form von Elektroautos oder Wasserstofffahrzeugen auf der Straße fährt. Die Technik muss also nicht mehr erfunden werden, sie ist bereits vorhanden. Und sicherlich wird sich die Technik nicht innerhalb eines Tages verändern, sodass man alle PKW verschrotten müsste – niemand redet von einer Verschrottung aller Fahrzeuge. Aber wenn wir diesbezüglich investieren, dann erfolgt allmählich Schritt für Schritt eine Umstellung von Standardbenzinfahrzeugen auf Wasserstoff- oder Elektroautos. Heather Mayes: Wir müssen überhaupt nichts investieren, um dem Gras beizubringen, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu binden. Das ist jetzt schon möglich. Stafford Sheehan: Ja, aber wir können das noch verbessern und daran arbeiten wir. Hartmut Michel: Sehr geringe Effizienz. Nur ... im Gras sind weniger als 1% der Energie der Erde gebunden. Heather Mayes: Aber im Sinne der Investitionsrentabilität muss ich nichts tun, um das zur Aufnahme von CO2 zu verwenden. Stafford Sheehan:Das Gras muss sich selbst am Leben erhalten. Hartmut Michel: Die Ausbeute daraus ist nicht groß genug. Steven Chu: In Europa, Westeuropa ist nicht viel Grünland übrig. Heather Mayes: Das stimmt. Steven Chu: Bei einem Großteil der von uns durchgeführten Biomasse- und Biokraftstoff-Forschung geht es darum, die Landwirtschaft zu nutzen und mit ihr zu koexistieren. Der Mais wird also zur Ernährung von Menschen und Tieren verwendet. Und die Kolben, das Maisstroh – wenn man das wirtschaftlich umwandeln kann, hat man immer noch die Kosten für die Bodenbearbeitung und den Dünger und all die anderen Dinge. Und so gesehen, hat man landwirtschaftliche Reststoffe. Wenn man diese kommerziell rentabel nutzen kann, beginnt sich der Konflikt zwischen Nahrungsmitteln und Kraftstoffen enorm zu verringern. Stafford Sheehan: Das ist eine Art Notlösung. Heute nutzen wir die natürliche Photosynthese und was wir haben, ist eine Technologie. Und wir versuchen, ein künstliches Photosynthesesystem zu erzeugen, damit wir letztendlich Brennstoffe mit höherer Effizienz herstellen können, als es die Natur kann. Aber bis wir das Ziel erreicht haben, müssen wir uns mit der Notlösung Biokraftstoff behelfen. Steven Chu: Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Sonneneinstrahlung für Kraftstoffe zu verwenden, erneuerbaren Strom für Kraftstoffe zu verwenden, um etwas in einen flüssigen Kraftstoff umzuwandeln. Flüssige Kraftstoffe – wie wir wohl alle zugeben müssen – werden uns noch eine Zeit lang begleiten, insbesondere bei Flugzeugen. Es ist unbestritten, dass wir flüssige Kraftstoffe brauchen. Wir sollten uns nicht ausschließlich auf Biokraftstoffe konzentrieren. Wie stellt man einen flüssigen Treibstoff für den Verkehrssektor erneuerbar her? Hartmut Michel: Ich würde in diesem Fall einfach Photovoltaikzellen verwenden, Elektrolysewasser, Wasserstoff nehmen, Kohlendioxid für ein Kraftwerk nehmen und das CO2 in Methan oder Methanol umwandeln. Mit Methanol steht eine Flüssigkeit zur Verfügung, die man direkt in einem Verbrennungsmotor verwenden kann. Und das ist, glaube ich, der künftige Weg. Steven Chu: Methanol kann der Ausgangspunkt sein. Für Flugzeuge wird man letztendlich eine höhere Dichte benötigen. Methanol, Ethanol haben eine zu geringe Dichte. Stafford Sheehan: Biokraftstoffe nutzen die natürliche Photosynthese, um Energie in derselben Weise zu erzeugen, wie das bei Öl der Fall ist. Aber die künstliche Photosynthese ist eine von Menschen gemachte Alternative zur natürlichen Photosynthese. Und wir stellen künstliche Photsyntesesysteme so her: Es gibt zwei Reaktionen, die wir zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff verwenden, den wir dann als Treibstoff nutzen können – das ist das, was als Flugzeugtreibstoff verwendet wird. Und das Wasser muss oxidiert werden. Und eines unserer großen Probleme ist, dass wir ein geeignetes künstliches Photosynthesesystem finden müssen, das preisgünstig Brennstoff herstellen kann. Und das kann mit Photovoltaiksystemen gekoppelt werden. Ein Großteil der Forschung von Hen und mir hat damit zu tun. In einem künstlichen Photosynthesesystem bräuchte man beispielsweise eine Wasser oxidierende Reaktion. Und dann bräuchte man eine Kraftstoff produzierende Reaktion der Kathode. Und diese Kraftstoff produzierende Reaktion könnte Wasserstoff erzeugen. Aber es gibt auch Forschungsprojekte, bei denen man versucht, flüssige Kraftstoffe aus der Kathode statt aus Wasserstoff herzustellen. Das ist nach meiner Einschätzung der wahrscheinliche Weg der Zukunft. Aber wir müssen noch eine Menge Grundlagenforschung betreiben, bevor wir ein komplettes, hocheffizientes künstliches Photosynthesesystem realisieren können. Hartmut Michel: Wenn man ein System verwendet, das eine natürliche Photosynthese nachahmt, braucht man für die Herstellung von Wasserstoff zu viele Photonen. Und die gesamte Energieausbeute des Prozesses ist sehr gering. Sie ist geringer als die Elektrolyse von Wasser in Kombination mit einer Photovoltaikzelle. Steven Chu: Ja, aber das Problem mit der Elektrolyse von Wasser so, wie wir das heute als effiziente Methode kennen, ist die Verwendung sehr teurer Katalysatoren. Hartmut Michel: Aber es gibt sehr viele Menschen, die sich mit Katalysatoren beschäftigen. Deshalb bin ich optimistisch, dass dieses Problem bald gelöst ist. Hen Dotan: Wir arbeiten am photokatalytischen Prozess. Wir arbeiten an einer Photovoltaik-Chemiezelle, mit der wir sowohl Strom als auch Kraftstoff herstellen können. Und was halten Sie von einer Wasserstoffwirtschaft und wasserstoffbasierten Treibstoffsystemen? Grundsätzlich geht es doch um die direkte Umwandlung von Kohlenstoff in Wasserstoff. Wir können Wasserstoff herstellen und sind zunehmend in der Lage, ihn noch effizienter herzustellen. Steven Chu: Wissen Sie, Ich würde den Wissenschaftler gern auf die Probe stellen. Wenn Sie Tag für Tag daran arbeiten: Was kostet die Herstellung von Wasserstoff pro Kilogramm? Wenn die Antwort lautet: „Ich habe keine Ahnung”, sollte man sagen: „Darüber sollten Sie nachdenken”. Hen Dotan: Ich denke, $ 4 bis $ 6 pro ... Stafford Sheehan: Er sind $ 3. Hen Dotan: $ 3? Okay. Steven Chu: $ 6 sind aussichtslos. Das kommt doch nie in Gang. Das ist, als ob man Biotreibstoff zu $ 6 pro Gallone produzieren würde. Das würde man doch nicht machen. Wenn man das nicht weiß, sollte man sich dafür interessieren. Das sind die wirtschaftlichen Antriebskräfte: Menschen treffen Entscheidungen, Länder treffen Entscheidungen, Unternehmen treffen Entscheidungen – aus der ökonomischen Perspektive. Man wird nicht von ihnen verlangen, dass sie doppelt so viel Geld für etwas ausgeben. Einige Verbraucher werden das vielleicht tun, ein sehr geringer Bruchteil. Die meisten Leute aber sagen: Entscheidend ist das Endresultat. Ich bin bereit, das Gleiche zu zahlen, vielleicht ein klitzekleines Bisschen mehr, aber nicht erheblich mehr. Aber die Sache ist, dass die Technologie dazu in der Lage ist. Man kann saubere Energie genauso preisgünstig herstellen wie fossile Energie. Hartmut Michel: Ich befürworte nach wie vor den rein elektrischen Weg. Wir sollten den Strom aus Photovoltaikanlagen oder auch aus der thermosolaren Energieumwandlung nutzen und damit dann bessere Batterien beladen. Die Batterien sind natürlich die Schwachstelle. Die Energiedichte der Batterien ist zu gering. Sie lässt sich aber um einen Faktor von 10 erhöhen. Außerdem muss man bedenken, dass Verbrennungsmotoren tatsächlich ineffizient sind. Nur 20% der Kraftstoffenergie wird dazu angewandt, das Rad anzutreiben. So haben wir also einen zusätzlichen Faktor von 4 zugunsten des rein elektrischen Konzepts. Stafford Sheehan: Dieses Problem kann mit Brennstoffzellen gelöst werden. Aber es gibt auch die Energie … Eine chemische Verbindung wird letztendlich immer besser ein. Theoretisch lässt sich in einer chemischen Verbindung immer mehr Energie speichern als beispielsweise in einem Lithium-Ionen-Akku. Insbesondere bei diesem Treffen betonen viele Menschen verschiedene ... Hen Dotan: Lithium ist nicht so reichlich vorhanden. Davon haben wir nicht so viel. Und es bedeutet eine Umweltbelastung. Hartmut Michel: Wenn man die Kosten für die Batterie außer Acht lässt: Wenn Sie einfach Strom nutzen, fahren mit Ihrem Auto um einen Faktor von 10 günstiger, als wenn Sie zur Tankstelle fahren. Steven Chu: Aber die Kosten für die Batterie sind schon um die Hälfte gesunken und werden noch mal um die Hälfte sinken. Das Argument, wir hätten nicht genug Lithium, zieht bei mir nicht so ganz, weil … Das zieht bei mir nicht. Und es ist auch noch nicht mal sicher, dass Lithium die Endpunkttechnologie für den Akku ist. Ich finde das faszinierend, weil wir die gesamten hier erwähnten Technologien im Energieministerium untersuchen. Und wenn wir mit Sicherheit wüssten, dass wir eine Batterie entwickeln können, die eine vier Mal höhere Dichte aufweist und in einem umfassenden Temperaturbereich funktioniert würde das alles verändern. Wenn wir all diese Dinge wüssten, zwei oder drei davon, könnte sich vieles verändern. Was aber so faszinierend daran ist, und das höre ich aus allem heraus: Wir wissen es nicht mit Sicherheit. Hen Dotan: Ich bin ja damit einverstanden, dass Kosten ein erhebliches Problem sind. Ich glaube aber nicht, dass wir als Wissenschaftler über die Fähigkeit verfügen, die Kosten für eine Massenproduktion zu kalkulieren. Und erst, wenn eine Technik in der Industrie ankommt, kann man einschätzen, ob das effektiv ist oder nicht. Stafford Sheehan: Das beginnt doch bereits im Labor: Übergangsmetalle der ersten Reihe, keine sehr teuren Elemente. Und dann bahnt sich das allmählich seinen Weg in die Industrie. Hen Dotan: Man weiß es erst, wenn es in die Massenproduktion geht. Steven Chu: Nein, wenn Sie mir erzählen, dass Sie ein System haben, mit dem man heute wirtschaftlich Wasser hydrolysieren und Wasserstoff herstellen kann, würde ich Ihnen empfehlen, damit Geschäfte zu machen. Es gibt wohl bekannte Preisargumente in Bezug auf Wasserstoff. Man kann das an Erdölraffinerien verkaufen. Man kann das an Brennstoffzellen verkaufen. Damit dürfte man eine Menge Geld machen. Das gibt es nicht. Und wenn es das gibt, sollten Sie zumindest eine Subvention des Energieministeriums beantragen. Heather Mayes: Aber mit dem Schiefergas jetzt wird das alles doch eingedämmt. Da werden wir nicht in der Lage sein, die Preisschwelle zu erreichen, die diese erneuerbaren Kraftstoffe realistisch macht. Steven Chu: Ich glaube, dass wir das schaffen. Es gibt eine Verlagerung vom Schiefergas auf das Schieferöl. Aber was noch wichtiger ist: Die Ölproduktion in den Vereinigten Staaten hat sich auf 800.000 Barrel pro Tag erhöht und wird sich um weitere 800.000 erhöhen. Mit dem Schieferöl sind wir jetzt der zweitgrößte Ölproduzent weltweit. Dennoch reicht das nicht aus, den Weltmarktpreis für Öl zu beeinflussen, der ein internationaler Preis ist. Heather Mayes: Aber wie steht es darum, auf die Einstellung der Menschen, etwa in den USA, auf die Meinung unserer Kongressabgeordneten dazu einzuwirken, ob wir die Forschung über erneuerbare Energien finanzieren sollen oder nicht? Steven Chu: Das könnte unterschiedliche Gründe haben. Stafford Sheehan: Wir als Wissenschaftler können die Technologie entwickeln. Die Regierungen können meiner Meinung nach … Ich habe zumindest das Vertrauen, dass die Regierungen in der Lage sein werden, die entsprechende Politik umzusetzen, wenn die Technologie verfügbar ist. Aber vielleicht ist das ja auch die völlig naive Sichtweise eines Wissenschaftlers. Steven Chu: Früher habe ich auch mal so gedacht. Hartmut Michel: Mein Traum wäre es tatsächlich, dass wir die Welt mit supraleitenden Kabeln umspannen. Dann brauchen wir ein paar Photovoltaikfelder über den gesamten Globus verteilt. Eines in Australien, eines in China, eines in der Sahara, eines in Arizona, Mexico… Steven Chu: Was die Sahara und Europa betrifft – wenn DC-Unterseekabel möglich sind. Hartmut Michel: Wir machen das, das schaffen wir. Wir haben damit in Griechenland schon angefangen und wir wissen, dass ein Kabel zwischen Marokko und Spanien verlegt wird und ein weiteres zwischen Tunesien und Italien. Steven Chu: Und auch Unterseekabel. Hartmut Michel: Unterseekabel, das kommt, kein Zweifel. Stafford Sheehan: Ich bin zuversichtlicher, dass wir ein gutes künstliches Photosynthesesystem finden, bevor wir einen Raumtemperatur-Supraleiter finden, der wirklich preisgünstig ist. Steven Chu: Und der hochstromfähig ist. Stafford Sheehan: Und der hochstromfähig ist. Steven Chu: Aber benötigt werden Hochtemperatur-Supraleiter. Heather Mayes: Die Herausforderung für uns Wissenschaftler besteht also darin, es gegenüber der Industrie oder der Regierung gut genug aussehen zu lassen, damit sie investieren. Steven Chu: Ich glaube, man muss sich angucken, wie Technologien entwickelt werden. Zunächst mal werden sie ja nicht entwickelt, weil an einer Universität oder einem National Lab irgendeine magische Forschung betrieben wird – und dann: Voilà, fertig. Das ist doch etwas, was sich langsam aufbaut. Und dann lernt man daraus. Es entwickelt sich ständig weiter – das geht so über Jahrzehnte bis zu einem halben Jahrhundert. Das ist keine isolierte Entwicklung, die passiert. Heather Mayes: Welchen Schaden richten wir noch an unserer Umwelt an, während wir weiter darauf warten, dass all das Wirklichkeit wird? Steven Chu: In der Zwischenzeit tun wir doch eine ganze Menge. Die Batterie verbessert sich. Der Preis für Batterien ist in den vergangenen vier bis fünf Jahren um die Hälfte gesunken. Der Preis für Solarmodule ist in den letzten Jahren auf ein Viertel gesunken, ok. Die Elektronik, die für die Gleichstromübertragung benötigt wird, verbilligt sich drastisch. Das passiert doch alles. Und diese Technologieentwicklung beschleunigt man, beschleunigt man einfach. Hen Dotan: Die Solarzellen sind im Preis gefallen, weil sie in die Massenproduktion gegangen sind. Steven Chu: Wissen Sie noch, wie hoch die ersten Silizium-Wirkungsgrade waren? Und die der Solarphotovoltaik? Rund 1 oder 2%. Inzwischen gibt es für beide Technologien die Massenproduktion, 16% bis 20%. Hartmut Michel: 20% ist der Standard für Kristallisationszellen. Steven Chu: Ok, 2% bis 20%, die Produktion hat sich verzehnfacht. Die Produktionskosten sind zwischen den 1950-er und 1960-er Jahren und heute auf mehrere Hundertstel gesunken. Das ist enorm. Es ist nicht klar, woher die Lösung kommen wird. Und es wird nicht nur die eine Lösung geben. Wir brauchen viele Lösungen. Wir brauchen, wie bereits erwähnt, Lösungen für die Übertragung und die Energiespeicherung. Bessere Lösungen für die Erzeugung sauberer Energie. Und für die Energieeffizienz, über die wir nicht gesprochen haben. Dramatische Verbesserungen warten tatsächlich nur darauf, eingesetzt zu werden – aber auch erfunden zu werden. All das brauchen wir. Und um mich selbst zu zitieren: Wenn die Notwendigkeit die Mutter aller Erfindungen ist, haben wir mit dem Klimawandel die Mutter aller Notwendigkeiten vor Augen. Wie ich meinen Studenten und Postdocs seit mehr als 25 Jahren sage: dass wir uns zu niedrige Ziele setzen und sie erreichen.” Das hat Michelangelo gesagt. Also, liebe Studenten, scheitern Sie, scheitern Sie schnell. Und machen Sie weiter. Aber setzen Sie sich hohe Ziele. Heather Mayes: Wenn ich also mein Leben der Arbeit an erneuerbaren Energien widme, diene ich dann Ihrer Meinung nach dem Land und der Welt? Steven Chu: Ja, absolut, vor allem, wenn Sie erfolgreich sind. MARS Incorporated Lindauer Nobelpreisträgertreffen, Deutschland, Juli 2013. Richard Ware, Vice President, Supply, R&D and Procurement Mars, Incorporated Ich bin zum ersten Mal in Lindau dabei. Ich hatte gerade ein Mittagessen mit Mars Stipendiaten und so langsam beginne ich zu begreifen, worum es hier geht. Steven Chu: Sie alle hier sind angehende Wissenschaftler. Zwei Dinge sollten Sie unbedingt wissen. Erstens, dass Sie sich sehr, sehr intensiv mit etwas beschäftigen sollten. Sie werden Teil einer weltweiten Expertengruppe. Und es ist wichtig, dass Sie sich wirklich sehr intensiv mit etwas beschäftigen. Aber das Wissen, dass in einem anderen Gebiet etwas Anderes geschieht oder eine neue Technologie aufkommt und man solche Impulse für sein eigenes Problem nutzen kann, ist ein sehr starkes Konzept. Denn das trägt dazu bei, die eigene Wissenschaft zu verbessern. Richard Ware: Warum ist Wissenschaft für Mars wichtig? Howard-Yana Shapiro, Chief Agricultural Officer, Mars, Incorporated Sie ist das Fundament für alles, was wir tun: Die Technik in der Fabrik. Wie stellen wir unsere Produkte her? Rohstofflieferkette. Aromachemie. Alles, was ich mir vorstellen kann, trägt zu einem starken Fundament bei, von dem jeder andere Aspekt unseres Unternehmens profitiert. Das entspricht rund eineinviertel Milliarden Tonnen Lebensmittel. Das Wasserproblem liegt außerhalb unserer Vorstellung, die wir bei der Arbeit im Labor haben, wenn wir an einem kleinen Stück Information arbeiten. Das ist von entscheidender Bedeutung. Aber wenn ich mich hier so in diesem Saal umschaue – Sie alle kommen aus unterschiedlichen Orten und von vielen verschiedenen Institutionen, aus jedem Land, 78 Ländern. Stellen Sie sich vor, was passieren würde, wenn Sie alle in einer ungewöhnlichen Art und Weise zusammenarbeiten würden, um ein paar der dringlichsten Weltprobleme zu lösen. Christina Heroven, Masterstudentin der Biochemie, Freie Universität Berlin. Ich weiß es nicht. Haben Sie den Eindruck, dass vielleicht die jüngere Generation heute zu dieser Art von internationaler Zusammenarbeit eher bereit ist? Ist es vielleicht heute leichter? Howard-Yana Shapiro: In Wirklichkeit müssen alle dazu bereit sein, egal ob jung, mittelalt oder alt. Es gibt keine Alternative. Christina Heroven: Pablo, wie ist es für einen Wissenschaftler, für Mars zu arbeiten? Pablo Zamora, Mars Fellow, 2013, Senior Scientist, UC David Plant Sciences Dept. Für mich ist die Arbeit an der University of California eine großartige Erfahrung. Wir haben verschiedene Kooperationen. Dort wird in vielen Abteilungen Forschung betrieben. Ich arbeite mit der Abteilung Pflanzenwissenschaften zusammen, aber auch mit dem Genome Center. Und ich kenne auch Mitarbeiter von der Tierärztlichen Hochschule, vom Fachbereich für Ernährungswissenschaften – sie alle erhalten Mittel von Mars. Und es gibt verschiedene Themen. Und alles geschieht wirklich schnell. Es gibt kurze Entscheidungswege. Das mag ich sehr. Howard-Yana Shapiro: Wir schauen uns in der gesamten Hochschule, in jedem Fachbereich um, der Erkenntnisse zu einem Problem liefern könnte, was wir lösen möchten. Und wir nutzen sie alle. Wir arbeiten zusammen und wir reden miteinander. Das ist eine intensive Diskussion und ein intensiver Dialog. Wir fühlen uns in keiner Weise der Mittelmäßigkeit verpflichtet, sondern der Exzellenz. Richard Ware: Darum sind wir hier: Wir wollen mit diesen jungen Wissenschaftlern ins Gespräch kommen, diesen großartigen Wissenschaftlern der Zukunft. Und sie ermutigen, in der Wissenschaft zu bleiben – das ist die Hauptaufgabe. Durch die Verbindung zu Lindau setzen wir alles daran, großartige junge Nachwuchswissenschaftler der Zukunft mit diesen Nobelpreisträgern, einigen der wirklich großen Wissenschaftler der heutigen Welt in Kontakt zu bringen und ebenfalls einige großartige Wissenschaftler von Mars hier zu haben dieses Engagement für großartige Dinge in der Wissenschaft erleben und katalysieren können.