Greta Patzke: «Chemie ist ein Grundstein unserer Zivilisation»

Chemieprofessorin Greta Patzke erforscht die künstliche Fotosynthese. Gelingt ihr und ihrem Team der Durchbruch, hätte dies Auswirkungen auf die globale Energiezukunft.

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An der Chemie-Olympiade haben Sie eine Goldmedaille gewonnen, mit 33 Jahren wurden Sie Chemieprofessorin an der Universität Zürich. Was fasziniert Sie an dieser Wissenschaft?

Chemie ist ein farbenfroher und vielseitiger Grundstein unserer Zivilisation. Ohne Chemie gäbe es zum Beispiel keinen Farbdruck, keine Kunststoffe, keine Medikamente. Die Chemie sitzt wie die Spinne im Netz der Wissenschaften und verwebt sich immer mehr mit den anderen Disziplinen. Wer die Chemie beherrscht, kann etwas gesellschaftlich Relevantes schaffen. Das hat mich stets fasziniert.

 

An der Universität Zürich erforschen Sie die künstliche Fotosynthese. Man spricht dabei auch von der «Suche nach dem heiligen Gral»…

Grundlegende Überlegungen zur künstlichen Fotosynthese werden schon seit einigen Jahrzehnten angestellt. Die Wissenschaft hat seither grosse Fortschritte gemacht, aber es ist immer noch keine technische Umsetzung vorhanden, die allgemein markttauglich wäre. Deshalb spricht man vom heiligen Gral.

 

Die künstliche Fotosynthese ist ein Forschungsschwerpunkt an der Uni Zürich. Was erforschen Sie genau?

Wir wollen herausfinden, wie es gelingt, mit Einsatz von Sonnenlicht Wasserstoff und Sauerstoff zu trennen. Oder anders: Wie wir ohne Elektrizität chemische Energie in Form von Wasserstoff gewinnen können. Bei diesem universitären Forschungsschwerpunkt sind verschiedene Professoren mit ihren Teams beteiligt. Eine Gruppe erforscht etwa die Wasserreduktion, also die Herstellung von H2. Unsere Gruppe beschäftigt sich mit dem schwierigeren Teil der Wasserspaltung, der Oxidation von Wasser, also der Generierung von O2. Andere Gruppen helfen uns, die mechanistischen Vorgänge zu verstehen oder sie erforschen die technologischen Perspektiven des Ganzen. Das Ziel können wir nur im Verbund erreichen.

 

Was braucht es noch, damit der Durchbruch gelingt?

Wir müssen vor allem die Effizienz der Prozesse verbessern und die Wirkungsgrade erhöhen. Dann brauchen wir aber auch Signale aus der Wirtschaft, dass solche Lösungen, die ohne Anbindung ans Stromnetz funktionieren, tatsächlich gefragt sind.

 

Falls Sie und Ihr Team den «Gral» finden, winkt der Nobelpreis. Wie stark ist der Konkurrenzdruck unter den Wissenschaftlern?

Die Spielregeln der wissenschaftlichen Gemeinde sind hart und kompetitiv, aber fair. Der sportliche Wettbewerb tut der Sache gut. Er ist notwendig, damit wir den nötigen Quantensprung schaffen und die klaren Zielvorgaben seitens der Universität erfüllen können.

 

Angenommen, die künstliche Fotosynthese kann künftig wirtschaftlich betrieben werden: Werden dann fossile und nukleare Energieträger überflüssig?

Da glaube ich nicht. In der Biologie gibt es das Prinzip der Diversifizierung. Wenn wir die Energie der Zukunft breit aufstellen, vermeiden wir eine Fokussierung auf eine einzige Energieform und ihre spezifischen Risiken. Die fossile und nukleare Energie wird nach meiner Einschätzung weiterhin eine Rolle spielen bei der Abdeckung von Spitzenlasten. Bei den erneuerbaren Energien müssen ja auch noch ein paar Probleme gelöst werden, etwa die Fragen der Speicherung oder der Abhängigkeit von räumlichen Gegebenheiten.

 

Welche Rolle wird Wasserstoff als Energieträger künftig spielen?

Eine grosse Rolle. Windenergie und Solarenergie lassen sich gut mit der Wasserelektrolyse koppeln, aus der Wasserstoff gewonnen werden kann. Durch Methanisierung kann die Energie dann ins Erdgasnetz eingespeist werden. Das ist ein Weg, den die Industrie heute schon verfolgt. Eine künftige Option ist es, den Wasserstoff aus der künstlichen Photosynthese in Brennstoffzellen zu nutzen. Es wird aber kompliziert sein, direkt mit Wasserstoff zu arbeiten. Also müssen wir die Effizienz der Brennstoffzelle weiter verbessern und den Wasserstoff verflüssigen. Denn auch die zukünftige Energieinfrastruktur wird am besten auf flüssigen Energieträgern basieren, sonst müssten wir uns massiv umstellen.

 

Wie sieht die Energiezukunft aus Ihrer Sicht aus?

Wir werden auf verschiedene Energieträger wie Sonne, Wind und Wasser bauen müssen. Zudem sollte die Energiepolitik internationaler werden: Was für ein Land passt, ist nicht zwingend geeignet für ein anderes. Man könnte Technologien wie das Smartgrid kontinental denken und die Energien in jenen Ländern produzieren, welche die jeweilige Produktionsart am besten beherrschen. Wir sollten aber auch die konventionellen Energietechnologien nicht zu schnell aus der Hand geben, sondern sie sinnvoll einsetzen und abstimmen auf die erneuerbaren Energien. Dann hätte man auch mehr Zeit, diese alternativen Energien langsam zu entwickeln und nachhaltig aufzubauen.

 

Wer wird der stärkere Treiber sein: Die Wissenschaft oder die Wirtschaft?

Der Dualismus von Wirtschaft und Wissenschaft hat mir nie so recht eingeleuchtet. Eine Wirtschaft, welche die wissenschaftlichen Ergebnisse nicht stets aufnimmt, ist nicht nachhaltig. Und eine Wissenschaft, die an den wirtschaftlichen und damit menschlichen Bedürfnissen vorbei forscht, ist für uns irrelevant. Es ist nicht sinnvoll, hier eine Trennlinie zu ziehen. Die Wissenschaft braucht es auf jeden Fall, um Zusammenhänge aufzudecken und die vorhandenen Technologien weiter zu verbessern.

 

Sie forschen nicht nur im Bereich der Chemie, sie schreiben auch an einem Roman, in dem es um Chemie geht. Das muss ein ziemlicher Thriller werden…

Ich möchte gerne etwas von dieser Jagd nach dem heiligen Gral erzählen. Was die Chemie noch populärer und spannender machen kann, ist eine packende Story, die den Wunsch weckt, dabei mitzumachen. Naturwissenschaften wie die Chemie müssen wegkommen von ihrem Nerd-Image. Man soll sie begreifen als etwas aktiv Schöpferisches. Eine solche Geschichte könnte junge Menschen für die Chemie begeistern. Sie könnte aber auch begreifbar machen, dass es in der Forschung nicht immer sofort definitive Resultate gibt. Dass es Widerstandsfähigkeit braucht. Und dass man dafür mit einem Job belohnt wird, der niemals langweilig wird.

 

 

Greta Patzke (41) ist seit 2007 Professorin am Institut für anorganische Chemie der Universität Zürich. Ihre Studien in Chemie schloss sie mit dem Doktortitel an der Universität Hannover ab; später habilitierte sie an der ETH Zürich. Neben ihrer wissenschaftlichen Arbeit engagiert sich Greta Patzke auch beim Thinktank «Zurich Minds».