Greta Patzke arbeitet an sauberer Energie «Die nächste Generation muss es besser machen»

Saubere Energie für alle – gewonnen aus Wasser und Sonne: Daran arbeitet Chemieprofessorin Greta Patzke. Am Symposium «World.Minds» in Zürich stellte sie letzten Donnerstag ihre Forschung vor.

Patzke ist von der Chemie begeistert – das überträgt sich auch aufs Publikum. Zuletzt vor drei Tagen bei «World.Minds» in Zürich. play

Patzke ist von der Chemie begeistert – das überträgt sich auch aufs Publikum. Zuletzt vor drei Tagen bei «World.Minds» in Zürich.

Sabine Wunderlin

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Frau Patzke, Sie forschen –
Greta Patzke: Sorry, ich unterbreche gleich: «Sie» ist falsch – nur schon meine Gruppe ist ein Team von vielen Leuten, zusätzlich arbeiten mehrere Forschungsgruppen hier an der Uni Zürich an der Wasserspaltung. Einer allein kommt bei derart komplexen Themen nirgendwohin. Unser Forschungsverbund heisst «Von Sonnenlicht zu chemischer Energie»; Englisch abgekürzt «Light-Ch-EC».

Ok, Sie alle forschen daran, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Warum?
Weil Wasserstoff ein so sauberer, effizienter Energieträger ist. Durch Spaltung können Sie einen Liter Wasser in massive Mengen dieser verwertbaren Energie umwandeln.

Früh zeichnet sich das Chemie-Ausnahmetalent Greta Patzkes ab: 1993, im Alter von 19 Jahren, gewinnt Patzke Gold an der internationalen Chemieolympiade. play

Früh zeichnet sich das Chemie-Ausnahmetalent Greta Patzkes ab: 1993, im Alter von 19 Jahren, gewinnt Patzke Gold an der internationalen Chemieolympiade.

Nik Hunger

Können Sie das konkretisieren?
Lassen Sie mich mal überschlagen. Aus einem Liter Wasser bekommen Sie mehr als 1200 Liter gasförmigen Wasserstoff heraus. Kann das stimmen? Moment. Doch, stimmt.

Und was kann ich damit anfangen?
Sekunde (rechnet erneut). Kubikmeter zu Liter, Kilowattstunden … – so stimmts: Wasserstoff aus einem Liter H2O entspricht 28,5 Prozent des Heizwerts eines Liters Benzin.

Knapp ein Drittel – aber aus Wasser.
Ja, eine der grössten Umweltverschmutzungen, die Verbrennung von Erdöl, Kohle und Benzin, wäre bei erfolgreicher Wasserspaltungs-Anwendung rückstandslos ersetzbar.

Sie reden von Autos und Flugzeugen, von Heizungen, der gesamten Industrie?
Vereinfacht gesagt, ja – man müsste natürlich den Wasserstoff mit CO2 in Methanol oder andere Flüssigtreibstoffe umwandeln oder in Brennstoffzellen nutzen. Ohne Kontrolle kann sich der Wasserstoff mit Sauerstoff nämlich wieder zum Wasser zurückbilden – in einer heftigen Knallgasreaktion.

Das Wasser-Spaltungs-Verfahren gibts aber doch schon längst?
Sie meinen die Elektrolyse von Wasser? Klar, seit 1800, als Alessandro Volta diese entdeckte. Die Elektrolyse aber braucht Strom, und dessen Quelle ist nicht immer sauber.

Was meinen Sie mit «nicht sauber»?
Der mit fragwürdigem Strom oder gar aus fossilen Brennstoffen gewonnene Wasserstoff hat keine neutrale oder sogar eine negative CO2-Bilanz. Man erzeugt unter dem Strich Treibhausgase.

Wie wollen Sie denn diese Spaltung ohne Strom, also sauber, erzeugen?
Grundsätzlich soll nur Sonnenlicht als Energiequelle für die Wasserspaltung dienen – wie das bei den Pflanzen auch der Fall ist. Pflanzen speichern das Sonnenlicht mithilfe von Photosynthese und CO2.

Sie machen nach, was die Natur vorgibt.
Genau. Aber damit die Reaktion der Teilung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff chemisch-technisch in Gang kommt, brauchen wir geeignete Katalysatoren – diese lösen dann unter Einwirkung von Sonnenlicht die gewünschten Reaktionen aus.

Woraus sollen diese Katalysatoren bestehen?
Auch da versuchen wir, bei der Natur abzuschauen, und arbeiten mit reichlich vorkommenden Elementen. Ein Hauptanwärter ist Mangan. Umwelttechnisch völlig harmlos.

Was geschieht genau beim Einsatz von Wasserstoff als Energieträger? Gibts wirklich keine schädlichen Rückstände?
Eben nicht! Das ist ja das Elegante: Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff schlicht wieder zu Wasser. Das einzige «Abfallprodukt».

Wird Trinkwasser durch Ihre Vision nicht noch knapper?
Das sollte keinen Einfluss haben. Wir arbeiten an Katalysatoren, die mit Salzwasser oder verschmutztem Wasser funktionieren. Im Gegenteil: Das Wasser, das sie nach einer Wasserstoff-Sauerstoff-Reaktion erhalten, ist reines H2O. Reiner als alles, was sonst meist auf der Erde rumschwappt.

Klingt nach Perpetuum mobile und heiligem Gral. Gibts auch Haken daran?
Unzählige: Die Suche nach den Katalysatoren ist schon kompliziert. Dann muss man sie in einer langlebigen Apparatur kombinieren. Und selbst die natürliche Photosynthese ist im chemischen Detail noch nicht komplett verstanden. Wie die Natur das geregelt hat, erfüllt mich immer wieder mit Ehrfurcht.

Eine 14-köpfige Forschungsgruppe um Greta Patzke arbeitet an der chemischen Photosynthese – und das ist nur ein Team von vielen. play

Eine 14-köpfige Forschungsgruppe um Greta Patzke arbeitet an der chemischen Photosynthese – und das ist nur ein Team von vielen.

Miro Metz/patzke.ch

Ehrfurcht? Sind Sie religiös?
Nun, wenn Sie sich anschauen, wie hochkomplex und gleichzeitig elegant die Natur ihren Energiebedarf deckt, fällt es schwer, nicht an eine ordnende, höhere Macht dahinter zu glauben.

Ist es dieser Drang nach Erkenntnis, der Sie umtreibt?
Natürlich, ich will grossen Geheimnissen auf die Spur kommen. Wir forschen ja nicht nur am Energieproblem, wir machen auch Grundlagenforschung. Ich will dahinterkommen, was chemisch bei der effizienten künstlichen Photosynthese passieren muss. Eines der grössten ungelösten Rätsel der Chemie.

Sie haben sich also noch keine potenziellen Anwendungen patentieren lassen?
Davor gibt es noch einiges zu tun. Allerdings könnte ich mir vorstellen – steht erst mal der Grobfahrplan –, vielleicht ein Start-up zu gründen. Das ist alles aber noch ganz weit weg.

Wann sind erste Anwendungen parat?
Bitte behaften Sie mich nicht – von Anwendungen sage ich als Forscherin lieber nichts. Aber es könnte sein, dass ein umsetzbarer Grobfahrplan in vielleicht zehn Jahren stehen könnte. Es gibt Zeitdruck – ewig reichen die fossilen Brennstoffe nicht mehr.

Wie schlimm steht es denn?
Wir stehen vor einer ähnlichen Situation wie um 1900: Damals drohte eine weltweite Hungerkrise, weil nach einem extremen Bevölkerungswachstum natürlich vorkommende Stickstoffdünger wie zum Beispiel Chilesalpeter ausgingen.

Und dann?
Dann haben die Chemiker Fritz Haber und Carl Bosch Tausende Reaktionen getestet, bis sie 1908 die Ammoniaksynthese aus atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoff fanden – der Startschuss zur Entwicklung von künstlichem Dünger, den wir heute noch benutzen. Wir werden bald unter ähnlich hohem Druck arbeiten. Heute heisst das Schlagwort «Energie aus Wasser», damals hiess es «Brot aus Luft».

Die Inspiration: «Die Natur schafft es seit Millionen Jahren, Wasser mithilfe von Sonnenlicht in Energieträger zu wandeln», sagt Patzke. play

Die Inspiration: «Die Natur schafft es seit Millionen Jahren, Wasser mithilfe von Sonnenlicht in Energieträger zu wandeln», sagt Patzke.

Getty Images

Wie viel Zeit bleibt uns noch?
Es ist wirklich schlimm. Schon die nächsten Generationen werden wahrscheinlich über keine bezahlbaren fossilen Brennstoffe mehr verfügen. Es ist schockierend: Die Pflanzen haben über Jahrmillionen diesen Vorrat an fossilen Energien geschaffen – und wir haben ihn seit der industriellen Revolution in kurzer Zeit verprasst.

Das klingt sehr pessimistisch.
Nicht nur – wir müssen im Windschatten der Energie, die noch da ist, bessere Quellen erschliessen. Ich hoffe da auch auf die nächste Generation. Die wird es besser machen müssen als wir.

Diese soll sich dafür auf die Kunst konzentrieren: Sie hielten letzthin im Magazin «Schweizer Monat» ein Plädoyer für literarische und künstlerische Allgemeinbildung – als Naturwissenschaftlerin. Wieso?
Je mehr man von der Welt weiss, desto neugieriger wird man – und desto mehr versteht man von der Welt. Literatur und Kunst öffnen uns das Herz, ohne wären wir nicht menschlich. Zumal Kunst und Naturwissenschaft enger miteinander verbunden sind, als man zunächst meint.

Viele vermuten dazwischen einen grossen Graben.
Falsch. Unsere Ästhetik, unser Empfinden, beides stammt aus der Natur. Wir empfinden Pflanzen, Landschaften, natürliche Räume und ihre Gesetzmässigkeiten, wie den Goldenen Schnitt, als schön und beruhigend. Und wir leben in einer Symbiose mit Pflanzen. Nicht nur ernährungs- und atmungstechnisch, sondern auch psychologisch. Davon haben wir uns aber als Gesellschaft und individuell zu weit entfernt, das macht uns unglücklich. Ästhetische Bildung, das Empfinden von Schönheit, bringt uns wieder näher an die Natur, zu uns selber.

Wie schaffen wir das?
Drei Dinge. Es sollte ein weltweites Grundhandbuch für naturwissenschaftliches Verständnis geben – oh, ich hab gerade eine Marktlücke entdeckt! Nein, ernsthaft: Jeder sollte ein Grundverständnis für Naturwissenschaften haben. Diese sind leichter, als alle denken: Man muss bloss einige gar nicht schwierige Grundmodelle verstehen, um mit ihnen sinnvoll umgehen zu können.

Sie untertreiben.
Keineswegs. Wenn Sie mit einem Computer an einer Aufgabe arbeiten, müssen Sie ja auch nicht jedes Detail verstehen, was alles im Hintergrund abläuft und wie alles programmiert ist. Sie müssen nur die Basics gut kennen.

Und die anderen beiden Tipps?
Neben Kunsterziehung sollte jeder einen Überblick über die Geistesgeschichte und die Regionen der Welt präsent haben. Also einen Überblick über die philosophischen Konzepte und Geschichte der Regionen. Es gäbe weniger Konflikte, wenn alle wüssten, worauf die Werte einzelner Regionen fussen. Auch dafür bräuchte es ein Handbuch. Ich weiss, was ich täte, wäre ich nicht Chemikerin.

Sie schreiben ja sonst schon ständig. Wie weit ist Ihr Roman?
Das haben Sie irgendwo gelesen, gell. Ich arbeite dran. Aber meine Tage sind einfach jeweils zu kurz!

Worum gehts darin?
Für die Medizingeschichte gibts spannende Wälzer, die den Menschen den Arztberuf in seinen Details spannend näherbringen. Ich will dasselbe für die Chemie und ihre eher wenig bekannte Praxis tun.

«Der Chemikus» statt «Der Medikus»?
Genau!

Sagen Sie mal – wie viele Stunden schlafen Sie bei Ihrem Pensum pro Nacht?
Oh wie peinlich! Das beantworte ich nicht!

Wieso peinlich?
Weils manchmal wirklich mehr sein könnte.

Mehr Informationen über die künstliche Photosynthese: www.lightchec.uzh.ch

 

Zur Person

Könnte Greta Patzke (42) einen Tag lang in eine fremde Haut schlüpfen, wäre sie gern eine Pflanze. «Dann käme ich dem Geheimnis um die Photosynthese schneller näher», sagt die Professorin für Chemie an der Universität Zürich. Mit ihrem Team und vernetzten Forschungsgruppen arbeitet die gebürtige Bremerin an chemischer Photosynthese: die Herstellung von Wasserstoff mithilfe von Wasser und Sonnenlicht. Gelingt es ihr, wäre das Energieproblem der Menschheit sauber gelöst: Wasserstoff wäre eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle.

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Publiziert am 12.12.2016 | Aktualisiert am 12.12.2016
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  • Noldi  Schwarz 12.12.2016
    Herzliche Gratulation Frau Patzke und an Blick. Es zeigt, dass nicht nur Sonne und Wind zukünftige Alternativen sind. Würde in die Erforschung Kernfusion und Wasserstoff so viel Geld investiert wie in die sogenannten "Ökoenergien", wären wir wohl schon wesentlich näher bei der CO2 Reduktion. Aber eben... Zu viele ernähren sich am Subentionstopf, der in DE zwischenzeitlich 150 Mia. Euro erreichte.
  • Sandra  Jakob aus Winterthur
    12.12.2016
    Zu spät. Unsere Generation und die Generation vor uns haben es schon vergeigt. Vor 60 Jahren lebten erst weniger als 3 Milliarden Menschen auf der Erde. Obwohl Pille und Kondome vorhanden waren, sind es heute bald 8 Milliarden Menschen. Die nächste Generation kann das nicht mehr retten.