Energiewende

Wind, Wasser und Sonne - die erneuerbaren Energien sind der Schlüssel zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Die Energiewende basiert auf Innovationen, deren Erfoschung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird.  

Effizientere Energieversorgung: Bis 2020 soll 20 Prozent weniger Energie verbraucht werden als noch im Jahr 2008. © thinkstock

Der Wohlstand unserer Gesellschaft hängt von einer funktionierenden Energieversorgung ab. Ohne Strom, Wärme und Mobilität ist unser Alltag nicht mehr denkbar. Das Ziel der Energiewende ist es deshalb, eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung zu realisieren. Die Erforschung von Technologien und gesellschaftlichen Konzepten zur nachhaltigen Energieerzeugung, -umwandlung und -verteilung stehen daher im Fokus dieses Projekts.

Für eine nachhaltige Energieversorgung muss der Verbrauch fossiler Energieträger, wie Erdöl, Erdgas und Kohle, gesenkt werden. Bei der Verbrennung dieser fossilen Energieträger entsteht Energie in Form von Wärme sowie das Treibhausgas Kohlendioxid, das in hohem Maß umweltbelastend wirkt und wichtiger Mitverursacher der globalen Erwärmung ist. Der Schlüssel zu mehr Klimaschutz ist eine Energiewende, die durch den Ausbau der Erneuerbare Energien und mehr Energieeffizienz fossile Energieträger einspart.

Auf dem Weg zu mehr Energieffizienz

Im Zuge der Energiewende ersetzen Erneuerbare Energien, wie Wasser- und Solarkraft, Windenergie, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe die fossilen Energieträger kontinuierlich. Sie sollen bis 2050 rund 60 Prozent am Bruttoendenergieverbrauch und 80 Prozent am Bruttostromverbrauch ausmachen.

Die zweite Säule der Energiewende, neben dem Ausbau der Erneuerbaren Energien, ist eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz. Die Potentiale reichen von Kraftwerksmodernisierung über energieeffiziente Motoren und energiesparende Industrieprozesse bis hin zu und energieeffizienter Gebäudesanierung und Haushaltsgeräten. So soll bis 2020 insgesamt 20 Prozent und bis 2050 rund 50 Prozent weniger Primärenergie verbraucht werden als noch im Jahr 2008. Ein essentielles Werkzeug zur Erhöhung der Energieeffizienz ist beispielweise die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der die Abwärme der Stromerzeugung zum Heizen oder für Produktionsprozesse genutzt wird.

Speicherlösungen entwickeln

Neue Speicherkonzepte und intelligente Energienetze sind zentrale Elemente eines Energiesystems, das auf Erneuerbaren Energien basiert. Da Sonne und Wind nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen, ist eine regenerative Stromerzeugung unbeständiger als die der Großkraftwerke. Für Überschüsse, die zu sonne- oder windreichen Zeiten erzeugt werden, müssen Speicherlösungen oder intelligente Netze entwickelt werden. Speicher trennen den Zeitpunkt der Erzeugung und des Verbrauchs voneinander. Die „Förderinitiative Energiespeicher“ soll dazu die notwendigen technologischen Durchbrüche liefern und zu einer schnellen Markteinführung neuer Energiespeichertechnologien beitragen.   

Für eine Zukunft mit einem sehr hohen Anteil an regenerativer Stromerzeugung ist das Konzept von Power-to-Gas vielversprechend. Es sieht vor, überschüssigen Wind- oder Solarstrom zur Wasserspaltung zu nutzen und den entstehenden Wasserstoff über Brennstoffzellen zurück in Strom zu wandeln oder in das Erdgasnetz einzuspeisen. Ebenso denkbar ist die Umwandlung von überschüssigem Wind- oder Solarstrom in Wärme (Power-to-Heat), in flüssige Kraftstoffe (Power-to-Fuel) oder in Basischemikalien (Power-to-Chemicals).

Dezentrale Versorgung ist die Zukunft

Der Charakter des Energieversorgungssystems wandelt sich von konventionellen, zentralen Großkraftwerken stärker zu einer dezentralisierten Struktur mit zahlreichen kleinen Erzeugungsanlagen. Dies erfordert eine Anpassung der regionalen und kommunalen Verteilnetze hin zu intelligenten Stromnetzen, in denen Erzeuger, Verbraucher, Speicher und Netzbetriebsmittel miteinander vernetzt sind. Die Forschung zum Ausbau der Stromnetzinfrastruktur und zur Einspeisung hoher Anteile Erneuerbarer Energien in die Übertragungs- und Verteilnetze erfolgt im Rahmen der Förderinitiative "Zukunftsfähige Stromnetze“. 

Die Materialforschung ist dabei nicht nur zur Verbesserung von Anlagen zur Energieproduktion erforderlich, sondern auch zur Steigerung der Energieeffizienz und der Ausrichtung fossiler Kraftwerke auf die Energiewende. Materialien können beispielsweise Windkraftanlagen standfester und Baustoffe energieeffizienter und kostengünstiger machen. Auch werden neue Materialien zur Energieerzeugung, wie für Photovoltaik, und -speicherung, beispielsweise zur Wasserstofferzeugung, erforscht. Diese Themen stehen im Zentrum der Förderinitiative "Materialforschung für die Energiewende".

Forschung für die Energiewende

Mehr als 180 Hochschulen und 120 außeruniversitäre Forschungseinrichtungen treiben die Forschung für die Energiewende heute an. Ihre Aktivitäten decken den gesamten Forschungsprozess ab, von der Grundlagenforschung über Forschung und Entwicklung mit konkretem Anwendungsbezug bis hin zu Demonstrations- und Pilotanlagen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert damit Grundlagenwissen, das die Basis für die Entdeckung neuer Technologien und Innovationen ist. Darüber hinaus ist das Bundesforschungsministerium zuständig für die institutionelle Energieforschung der Zentren der HGF (mit Ausnahme des DLR), der Fraunhofer Gesellschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und der Leibniz-Gemeinschaft.