Aus dem Themenbereich Forschung

Wissenschaftler: Energiewende innerhalb von zehn Jahren zu schaffen

Das Papier basiert auf dem im Herbst 2009 vorgelegten Energieforschungsprogramm, das die Leopoldina gemeinsam mit der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften und der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (für die Union der Akademien) erarbeitet hatte. Die nun vorgelegte Stellungnahme wurde den Mitgliedern der von Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel am 22. März 2011 ins Leben gerufenen Ethik-Kommission zur Verfügung gestellt und ist in den Abschlussbericht der Ethik-Kommission vom 30. Mai 2011 eingeflossen.

Zwölf forschungspolitische Kernaussagen

Herr Prof. Dr. Hacker und Herr Prof. Dr. Shüth übergeben Bundesministerin Annette Schavan die Ad-hoc-Stellungnahme zur Energieforschung
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Bildnachweis: Bundesministerium für Bildung und Forschung 
Die Stellungnahme der Leopoldina konzentriert sich auf die Energieforschung und trifft insgesamt zwölf Kernaussagen, die vor allem forschungspolitische Fragen zum Umbau des Energiesystems behandeln. Sie erachtet einen Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie aus technisch-wissenschaftlicher Sicht auf einer Zeitskala von etwa zehn Jahren als möglich und skizziert die Randbedingungen, die dafür einzuhalten sind. Hierzu zählt ein Monitoring des Umbauprozesses durch eine neutrale, auf lange Sicht einzurichtende Instanz. Darüber hinaus sieht die Stellungnahme die langfristigen Ziele der Energieforschung durch einen beschleunigten Ausstieg aus der Kernenergie nicht beeinflusst. Es wird als wichtig erachtet, dass die Energieforschung langfristig ein breites Themenspektrum bearbeitet und die gesamte Spanne von Grundlagenforschung bis zu stark anwendungsorientierten Untersuchungen umfasst, um der Gesellschaft zusätzliche Optionen zu erschließen.

Kurzfristig hält die Stellungnahme verschiedene Maßnahmen auf dem Elektrizitätssektor, insbesondere Effizienzsteigerungen, für wichtig. Weiterhin wird die internationale Dimension der Energiepolitik hervorgehoben, da viele Planungen auf gesamteuropäischer Ebene erfolgen. Die Kernaussagen des durch die Akademien formulierten Energieforschungskonzepts von 2009 bleiben bestehen, so die Stellungnahme. Dies gelte in technisch-naturwissenschaftlicher als auch in sozialwissenschaftlicher Hinsicht. Der Entwicklung von intelligenten Steuerungssystemen, der Forcierung der Speichertechnologie sowie der Erforschung grundlegender Prozesse auf molekularer Ebene komme eine wichtige Rolle für die zukünftige Energieforschung zu. Wissenschaft und Industrie arbeiten unterdessen mit unter Hochdruck daran, vorhandene und neue Energiesysteme weiter zu entwickeln und zur Marktreife zu bringen

Neue Förderinitiative

In einer gemeinsamen Förderinitiative fördert die Bundesregierung die Entwicklung neuer Speichertechnologien und -konzepte sowie die Verbesserung bestehender Techniken. Damit wird eine wichtige Voraussetzung für den erfolgreichen Ausbau der Erneuerbaren Energien geschaffen. BMBF, BMU und BMWi werden in den nächsten fünf Jahren für diese Initiative in der Summe bis zu 200 Millionen Euro zur Verfügung stellen. Weitere Details sind in der Förderbekanntmachung geregelt.

Forscherstab für den Ausstieg

Bundesforschungsministerin Annette Schavan hat die Nationale Akademie Leopoldina beauftragt, einen Forscherstab zusammenzustellen, der die Katastrophe in Japan bewerten und mögliche Konsequenzen für Deutschland vorschlagen soll. Wissenschaft und Industrie arbeiten unterdessen mit unter Hochdruck daran, vorhandene und neue Energiesysteme weiter zu entwickeln und zur Marktreife zu bringen.

Zum Interview der Bundesforschungsministerin mit der Rheinischen Post, vom 15. 03. 2011, kommen Sie hier.
Mehr Informationen zur Leopoldina - Nationale Akademie für Wissenschaften finden Sie hier.

Deutschland nimmmt in verschiedenen Bereichen der Energietechnik eine Vorreiterrolle in Forschung und Entwicklung ein. Um diese Stellung zu halten, ist es zwingend erforderlich, innovative und zukunftsfähige Entwicklungen voranzubringen. Energiepolitisches Ziel der Bundesregierung ist eine nachhaltige Energieversorgung, die den Kriterien Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit sowie Klima- und Umweltverträglichkeit Rechnung trägt.
Für eine Trendwende hin zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft spielen Innovation und technischer Fortschritt bei Energietechnologien eine Schlüsselrolle. Mittel- bis langfristig können Forschung und Entwicklung die Energieeffizienz von Kraftwerken, Gebäuden, technischen Verfahren und Produkten weiter steigern und neue Energietechniken verfügbar machen. Die Energieforschung bietet die Chance, unsere energie- und klimapolitischen Ziele wirksamer, schneller und kostengünstiger zu erreichen und zugleich unsere internationale technologische Wettbewerbsfähigkeit auszubauen.

Neue Forschungsagenda: Basis für die Energiewende

Eine neue Forschungsagenda, die das 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung im Bereich der Grundlagenforschung wesentlich prägen wird, bildet das Fundament für die Energiewende. Fünf zentrale Themenfelder bestimmen diese neue Forschungsagenda:

Infrastruktur:

Es werden dringend technologische Sprünge bei der Entwicklung von elektrischen Speichern und neuen leistungsfähigen Netzen benötigt.

Beispiel 1: Das Technologiefeld der Speicher ist von großem Interesse sowohl für den Verbraucher (Lokale Kleinspeicher wie innovative Batterien, dezentrale Großbatteriespeicher z.B. für Haustechnik) bis hin zu Industrie und Energieerzeuger (Kurzzeitspeicher, Thermische Speicher, Zentrale Speicherkraftwerke). In allen Bereichen gibt es Forschungsbedarf. Am 21.04.2011 ist die ressortübergreifende Förderinitiative Energiespeicher von BMBF, BMU und BMWi mit 200 Mio. € bis 2014 erschienen. Wichtiger Ansprechpartner für Speicher ist z.B. das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik-IWES.

Beispiel 2: Wasserstoffproduktion und Methanisierung sind vorrangige Schwerpunkte im Bereich der stofflichen Energiespeicher (Umwandlung von CO2 in Methan und Wasserstoff mit Einspeisung in vorhandene Gasleitungssysteme). Beispielsweise wird im Verbundprojekt "Wasserstoff und Synthesegas aus Biomasse" ein innovativer Ansatz der Wasserstofferzeugung gefördert. Ansprechpartner: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).

Beispiel 3: Durch Integration von Kommunikationstechnologie werden intelligente Netze entstehen, die Nachfrageschwankungen und fluktuierende Energiequellen aneinander annähern. Beispielsweise kann ein Kühlschrank primär Energie nutzen, wenn überschüssige Windenergie günstig zur Verfügung steht. Wichtiger Ansprechpartner für Netze ist z.B. das Institut für Hochspannungstechnik an der RWTH Aachen.

Energieeffizienz:

Zwei zentrale Forschungsfelder stehen hier im Mittelpunkt:

• Die Erforschung neuer Materialien als Basis für bessere Technologien von den Windrädern über Dünnschichtverfahren bei Photovoltaik bis hin zu den Dämmmaterialien für Häuser.
  Beispiel: Multifunktionsfassaden bieten neben Hochleistungsdämmsysteme die Möglichkeit der Tageslichtnutzung und der Energiegewinnung. Hier fördert das BMBF die organische Photovoltaik. Wichtige Ansprechpartner für die organische Photovoltaik sind z.B. das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und die TU Dresden.
• Der zweite Effizienzbereich betrifft die gesamte Erzeugungsseite für Kohle- und Gaskraftwerke. Durch die CO2-Speicherung und die CO2-Umwandlung wird die zentrale Strategie verfolgt, CO2-Emissionen in die  Atmosphäre zu vermeiden. Beispiel: Das BMBF fördert die Versuchsanlage Ketzin als CO2-Testspeicher. Dort werden neue Technologien in Zusammenhang mit der CO2-Speicherung erprobt und auf Eignung getestet. Ansprechpartner ist das Deutsche Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ).

Erneuerbare Energien:

Es geht um die Optimierung bestehender Verfahren (preiswerter und effizienter) und die Entdeckung und Entwicklung neuer Technologien insbesondere bei der Erzeugung durch Wind und Photovoltaik.

Beispiel 1: Entwicklung von Windanlagen, die zusätzliche Systemdienstleistungen für Netze übernehmen. Ansprechpartner ist beispielsweise Fraunhofer IWES

Beispiel 2: Photovoltaik wird im Rahmen der "Innovationsallianz Photovoltaik" durch das BMBF breitflächig gefördert. Innovative Projekte wie die Entwicklung von Solarzellen der 3. Generation sind hier zu nennen. Ansprechpartner ist die Technische Universität Ilmenau - Institut für Mikro- und Nanotechnologien. Der Spitzencluster  "Solarvalley Mitteldeutschland" verbindet Innovation und Anwendung. Durch ortsnahe Ansprechpartner, wie der Solar Valley GmbH werden Synergien besonders gefördert.

Beispiel 3: Im Rahmen des vom Deutschen Geoforschungszentrums Potsdam (GFZ) koordinierten Verbundprojekts "GeoEN" werden u.a. Erkundungs- und Erschließungsverfahren für tiefe geothermische Wärmequellen zur Stromerzeugung entwickelt. Damit soll ein Beitrag zur großtechnischen Nutzung von Geothermie geleistet werden.

Sicherheits-, Entsorgungs- und Strahlenforschung:

Es werden noch über einen längeren Zeitraum nukleare Kompetenzen auf höchstem wissenschaftlichem und technischem Niveau benötigt. Nicht nur der Betrieb der Kernkraftwerke, sondern auch deren späterer Rückbau und die Endlagerung radioaktiver Stoffe verlangen ein Höchstmaß an Fachwissen auf diesen Gebieten. Das BMBF fördert hier gezielt den wissenschaftlichen Nachwuchs.

Beispiel: In derzeit drei FuE-Verbünden untersuchen Nachwuchswissenschaftler innovative Verfahren zur Behandlung radioaktiver Materialien mit dem Ziel der Reduktion hochradioaktiver Abfälle. Zum Partitioning (der Abtrennung langlebiger Radionuklide aus abgebranntem Kernbrennstoff durch Extraktion) und zur Überführung abgetrennter Radionuklide in kurzlebige oder stabile Isotope) erfolgen experimentelle Untersuchungen. Ansprechpartner sind hier u.a. das Karlsruher Institut für Technologie und das Forschungszentrum Jülich.

System- und Akzeptanzforschung:

Eine der zentralen Erkenntnisse des Energiewendeprozesses ist die Tatsache, dass unsere Energieforschung stärker am Gesamtsystem und den damit verbundenen Interaktionen in technologischer, ökonomischer und ethischer Hinsicht ausgerichtet werden muss. Benötigt wird eine stärkere Kombination aus technologischen und gesellschaftswissenschaftlichen Ansätzen, die die wechselseitigen Abhängigkeiten und Steuerungsmechanismen erkennt und versteht. Durch kontinuierliche Systemanalysen, Technologiemonitoring, Nachfrage- und Partizipationsforschung muss die gegenwärtige Situation und künftige Entwicklungen des gesamten Energiesystems besser abgebildet werden. Künftige Prioritäten müssen sich hieraus ableiten.

Gleichzeitig muss Forschung aber mithelfen, Fehlentwicklungen zu vermeiden. Deshalb ist es wichtig, das über Forschung ein Frühwarnsystem entwickelt wird, das rechtzeitig ökonomische oder ökologische Risiken benennen kann.

Beispiel 1: Faktenforschung: Um auf unvorhersehbare Veränderungen beim Umbau des Energiesystems vorbereitet zu sein, ist es unverzichtbar, auf der Basis fundierter Faktenanalysen in Optionen und Szenarien zu denken, Varianten durchzuspielen und Alternativen zu entwickeln. Die Energiewende muss deshalb permanent wissenschaftlich begleitet werden. Frühzeitige Fehlerquellen sollen so besser aufgespürt und weiterer Forschungsbedarf identifiziert werden.

Beispiel 2: Begleitforschung für Gesellschaftsrelevante Themen, wie z.B. die "Energieeffiziente Stadt". Sie muss künftig miteinander verknüpfen: Dezentrale Erzeugung, technologische Steuerung des Energieeinsatzes mit Nachfrage- und Bedarfsforschung. Ein Ansprechpartner ist z.B. an der Universität Bochum der Lehrstuhl für Energiesysteme und Energiewirtschaft.

Entscheidend ist, dass Forschung breit aufgestellt ist und thematisch nicht zu sehr verengt wird. Wir brauchen Ideenwerkstätten mit Raum für Kreativität.

Beispiel: Im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms etabliert das BMBF mit der "Ideenwerkstatt Energie" ein neues flexibles Instrument der Forschungsförderung. Mit diesem Instrument sollen im Bereich der Energieforschung neue Ideen mit erheblichem zeitlichem Vorlauf oder solche, die im konventionellen Bereich noch keine Berücksichtigung gefunden haben, identifiziert und aufgegriffen werden.

Die deutsche Energieforschung fängt nicht bei null an und ist für die neue Agenda gut aufgestellt - das gilt für die Hochschulen ebenso wie für die Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck- und Fraunhofer-Gesellschaft. Notwendig ist aber, neue Akzente zu setzen: Jetzt ist es wichtig, ein wesentlich engeres Kompetenznetzwerk zu schaffen, mit einem systemischen Ansatz, der Technologie, Ökonomie und das Verhalten der Bürgerinnen und Bürger zu einem sich gegenseitig befruchtenden Forschungsansatz formt.

Das 6. Energieforschungsprogramm

Das Bundeskabinett hat am 3. August 2011 das 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung  verabschiedet. Das Programm ist ein gemeinsames Projekt des federführenden Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie und des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz sowie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Es legt die Grundlinien und Schwerpunkte der Förderpolitik der Bundesregierung im Bereich innovativer Energietechnologien für die kommenden Jahre fest. Damit schafft es die Voraussetzungen dafür, dass der Umbau der Energieversorgung in Deutschland umweltschonend, sicher und kostengünstig gestaltet werden kann.

Bundesforschungsministerin Prof. Dr. Annette Schavan: "Der Umbau der Energieversorgung braucht Wissenschaft und Forschung. Wir müssen eine breite Palette von Technologien entwickeln, um uns verschiedene Optionen offen zu halten. Das Bundesforschungsministerium verstärkt die Grundlagenforschung bei den Erneuerbaren Energien und der Energieeffizienz. Wir fördern die Entwicklung neuer Speichertechnologien und den Weg hin zu klimaneutralen Städten. So treffen wir mit unserer Forschungsagenda Vorsorge dafür, dass unsere Wissenschaft weltweit eine Vorreiterrolle spielen kann."

Mit dem 6. Energieforschungsprogramm ergänzt die Bundesregierung ihre Energie- und Klimapolitik durch einen neuen strategischen Ansatz. Sie setzt so auf die verbesserte Förderung von Erforschung und Entwicklung zukunftsfähiger Energietechnologien. Das Engagement der Bundesregierung spiegelt sich vor allem in dem Budget für Energieforschung wider. Von 2011 bis 2014 stehen rund 3,4 Milliarden Euro für die Förderung der Energieforschung zur Verfügung. Der beachtliche Aufwuchs von rund 75 Prozent gegenüber der Vergleichsperiode 2006 bis 2009 speist sich großteils aus dem neu eingerichteten "Energie- und Klimafonds". Die Fördermittel werden strategisch auf prioritäre Bereiche fokussiert, die für den beschleunigten Umbau der Energieversorgung Deutschlands wichtig sind: Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energiespeicher, Netztechnologien sowie die Integration der erneuerbaren Energien in die Energieversorgung.

Das 5. Energieforschungsprogramm

Das 5. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung setzt den Rahmen für die unterschiedlichen von der Bundesregierung geförderten Schwerpunkte der Energieforschung. Aufgabe des BMBF-Förderkonzepts "Grundlagenforschung Energie 2020+" ist es, durch grundlegende, langfristig angelegte Forschungsarbeiten neue technologische Optionen zu entwickeln. Sein besonderes Merkmal sind daher Förderangebote für ein weites Feld energietechnischer Entwicklungspfade, um zu der notwendigen Verdopplung der Energieproduktivität zwischen 1990 und 2020 beizutragen. Mit dem Förderkonzept werden insbesondere folgende Aufgabenschwerpunkte aufgegriffen:

• Forschungsarbeiten, die Bedeutung für die hocheffiziente Energieerzeugung, -umwandlung, -speicherung, Endenergienutzung und den verlustarmen Energietransport haben. Auch nicht-technologische Arbeiten werden einbezogen, wie die Untersuchung ganzer Energiesysteme, Wertschöpfungsketten und Verhaltensweisen der Verbraucher, um neue Lösungen für den sparsamen und effizienten Umgang mit Energie zu finden.
• Der Anteil erneuerbarer Energien an unserer Energieversorgung muss erhöht werden. Dazu sind Entwicklungen für Technologien der nächsten Generation notwendig, insbesondere für die photovoltaische Stromerzeugung und die Bioenergie.
• Die Kohle wird noch für Jahrzehnte eine wichtige Rolle für unsere Energieversorgung spielen. Daher hat die Entwicklung von Technologien zur Abscheidung von CO₂ aus Kohlekraftwerken und die anschließende Speicherung strategische Bedeutung. Forschungsarbeiten zur untertägigen Speicherung von CO₂ kommt dabei eine besondere Rolle zu.
• Die kerntechnische Kompetenz für den geordneten Ausstieg aus der Kernenergie soll gesichert werden durch Arbeiten zur Strahlenforschung und zur nuklearen Sicherheits- und Entsorgungsforschung.
• Mit der Fusionsforschung soll eine langfristige Option für eine sichere Stromversorgung erschlossen werden.

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  Aus dem Themenbereich Hightech-Strategie

  Innovationsallianz "Lithium Ionen Batterie LIB 2015"

  Die Umsetzung der Hightech-Strategie zielt darauf ab, die Kräfte von Wissenschaft und Wirtschaft auf wichtigen Zukunftsfeldern zu bündeln und mit öffentlichen Mitteln ein Vielfaches an privaten Investitionen in Forschung und Entwicklung zu mobilisieren. Im Rahmen der Innovationsallianz "Lithium Ionen Batterie LIB 2015" hat sich ein Industriekonsortium von BASF, BOSCH, EVONIK, LiTec, und VW verpflichtet, in den nächsten Jahren 360 Millionen Euro für Forschung und Entwicklung an der Lithium Ionen Batterie zu investieren. Gleichzeitig wird das BMBF 60 Millionen Euro für diesen Bereich zur Verfügung stellen.
  mehr (URL: http://www.bmbf.de/de/11828.php)
   
  
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  Aus dem Themenbereich Forschung

  Speicherung von Kohlendioxid

  Nach dem Energiekonzept der Bundesregierung verpflichtet sich Deutschland, die Emissionen der anthropogenen Treibhausgase bis zum Jahr 2050 um 80 % bis 95 % zu vermindern. Dies erfordert in allen Bereichen massive Anstrengungen zur Reduktion der Emission von Kohlendioxid - kurz CO₂. Kohlendioxid entsteht insbesondere bei der Verbrennung von Kohle, Öl, Gas und Biomasse. Trotz der geplanten Steigerung der Energieeffizienz und des Einsatzes erneuerbarer Energien wird der Einsatz fossiler Brennstoffe auf absehbare Zeit notwendig bleiben.
  mehr (URL: http://www.bmbf.de/de/7869.php)
   
  
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  Aus dem Themenbereich Hightech-Strategie

  BioEnergie 2021

  Die Bundesregierung verfolgt das Ziel, den Anteil von Biomasse an der Energieversorgung zukünftig deutlich zu erhöhen. Um das Ziel zu erreichen, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung die Forschungsförderung in diesem Bereich verstärkt. 2012 starten erste Verbundforschungsvorhaben der Förderinitiative "BioProFi - Bioenergie - Prozessorientierte Forschung und Innovation" (BioProFi), die Ansätze der Förderaktivität "BioEnergie 2021 - Forschung für die Nutzung von Biomasse" aus dem Jahr 2008 aufgreift sowie Fragestellungen der gesamten Wertschöpfungskette in den Mittelpunkt stellt. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, durch Innovationen auf dem Gebiet der Bioenergie den Anteil erneuerbarer Energien an der Energieversorgung zu steigern und damit Treibhausgasemissionen zu senken.
  mehr (URL: http://www.bmbf.de/de/12075.php)
   
  
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  Aus dem Themenbereich Forschung

  Fusionsforschung: Wie Sonne und Sterne ihre Energie erzeugen

  Fusion, das heißt die Verschmelzung von Atomkernen, ist der Prozess, mit dem die Sonne und die Sterne ihre Energie erzeugen. Es ist ein uralter Traum der Menschheit, "die Sonne auf die Erde zu holen" und diese Energie für sich nutzbar zu machen. Die Fusionsforschungsarbeiten in Deutschland, die ein integraler Bestandteil des europäischen Fusionsforschungsprogramms sind, reichen von sehr grundlegenden Untersuchungen der Plasmaphysik bis hin zur Realisierung technologisch äußerst anspruchsvoller Komponenten für Fusionsanlagen und dem Aufbau des Großexperiments Wendelstein 7-X in Greifswald.
  mehr (URL: http://www.bmbf.de/de/2242.php)