Forschen für die Energiewende

Wer heute an Energiewende denkt, hat meist ein klares Bild vor Augen: Windkrafträder auf dem Land und auf See, Photovoltaikmodule auf Hausdächern oder Straßen, auf denen Elektrofahrzeuge rollen. Und auch die Wärmedämmung von Gebäuden ist vielen als Beitrag zur Energiewende geläufig. Klar, das alles ist wichtig und muss weiter ausgebaut werden. Doch über den Erfolg der Energiewende entscheiden noch eine Reihe weiterer technologischer Innovationen – etwa die Brennstoffzelle oder das Abscheiden, Lagern und Nutzen von Kohlendioxid (CO₂). Zu den wichtigen Fragen zählen auch, wie Strom  gespeichert und über längere Distanzen transportiert werden kann.

Tatsächlich wurden bis heute bereits eine Vielzahl nachhaltiger Energietechnologien erforscht und zur Marktreife gebracht. Doch es muss mehr getan werden – so das Ergebnis einer Studie, die unter der Leitung des Wuppertaler Instituts für Klima, Umwelt und Energie erstellt wurde. Das Werk gilt als wichtige Grundlage für das Energieforschungsprogramm (EFP) des Bundeswirtschaftsministeriums (BMWi).

Das BMWi fördert einerseits Forschung und Entwicklung im Bereich der Erneuerbaren und konventionellen Energien. Andererseits können auch andere Sektoren Mittel aus dem Fördertopf erhalten – etwa für die Innovation der Energieinfrastruktur, des Verkehrssektors oder der Energie- und Ressourceneffizienz in Gebäuden und Industrieanlagen.

Als wichtige Entscheidungsgrundlage für die Vergabe der Fördermittel soll das dreiteilige Projekt „Trends und Perspektiven der Energieforschung“ dienen. Allein der kürzlich veröffentlichte Teil „Leitprojekt Bottom-Up: Technologien für die Energiewende – Forschungsbedarfe und Marktpotenziale“ umfasst 31 Berichte zu verschiedenen Aspekten sowie einen zusammenfassenden Politikbericht und einen Methodikteil. Darin zeigt sich auch der zunehmende Trend, Energieversorgung ganzheitlich und Sektoren übergreifend zu denken.

Gewinnung, Verteilung und Nutzung

Folgende Themenfelder haben die Wissenschaftler analysiert:

• Erneuerbare Energien
• Konventionelle Kraftwerke
• Infrastruktur
• Sektorenkopplung
• Energie- und Ressourceneffizienz Gebäude
• Energie- und Ressourceneffizienz Industrie
• Integrative Aspekte

So gibt es zum Beispiel im Bereich Photovoltaik (Themenfeld Erneuerbare Energien) bei der direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom, so die Wissenschaftler, bereits heute Anlagen mit weitaus höheren Wirkungsgraden. Nun gelte es die bisher im Labor erreichten Werte von Solarzellen und ‑modulen zügig in die Praxis zu übertragen. Es gebe aber auch großes Potenzial, die bereits stark gesunkenen Kosten für die Produktion von PV-Anlagen weiter zu reduzieren.

Auch bei der Brennstoffzellentechnologie (Themenfeld Konventionelle Kraftwerke) stellen die Autoren gesunkene Kosten fest. Für einen größeren Markterfolg, vor allem in Eigenheimen, müssten allerdings „die Systemkosten noch deutlich reduziert und die Langzeitstabilität deutlich erhöht werden“.

Im Themenfeld Infrastruktur erkennen die Forscher Handlungsbedarf, so zum Beispiel in puncto Stromtransport und -verteilung. Zur Erhöhung der Netzkapazität könnten demnach auch neue, noch zu erforschende Materialien helfen.

Großen Forschungsbedarf sehen die Autoren auch in der Sektorenkopplung – der Vernetzung der Energiewirtschaft mit anderen Industriesektoren. So sollten im Bereich Wasserstofftechnologie etwa bei der Elektrolyse notwendige Kosten- und Effizienzziele im Zentrum der Forschungsaktivitäten stehen. Zudem seien bereits marktreife Verfahren zur CO₂-Abscheidung aus der Umgebungsluft auf einen Einsatz hin zur Massenproduktion vorzubereiten.

Im Verkehrssektor (Themenfeld Integrative Aspekte), stellen die Wissenschaftler fest, lägen teilweise gute Analysen vor – etwa darüber wie eine Oberleitungsinfrastruktur für Hybrid-LKW ausgestaltet werden könnte. Was bisher – gerade in Deutschland – fehle, seien die Erforschung und Entwicklung von Fahrzeugtechnologien.

Im Gebäudesektor sehen die Autoren zum Beispiel Forschungsbedarf, um die Ressourceneffizienz und die Recyclingfähigkeit von Baustoffen zu erhöhen. Gebäude sollen künftig aber auch mit effizienteren Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungssystemen ausgestatten werden. Ein weiterer Fokus müsse auf Energiekonzepten für ganze Quartiere liegen – etwa um die Aufladung von Elektroautos zu ermöglichen.