Forschen für das Klima

Saubere Energie, Mobilität und Wirtschaft: Das Bundesforschungsministerium unterstützt die Nachhaltigkeitsforschung seit 2015 mit etwa zwei Milliarden Euro. Damit fördert es Lösungsoptionen für eine nachhaltige Zukunft.

Das Bundesforschungsministerium fördert von 2015 – 2019 mit rund 2 Milliarden Euro die Nachhaltigkeitsforschung.
Das Bundesforschungsministerium fördert von 2015 – 2019 mit rund 2 Milliarden Euro die Nachhaltigkeitsforschung. © BMBF

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen für die Menschheit. Viele Forschende mahnen daher zu einem entschlossenen Handeln der Weltgemeinschaft: Wird die Erderwärmung nicht gestoppt, könnten schon bald sogenannte Kipppunkte erreicht werden. Dabei könnten Prozesse in Gang kommen, die sich nicht mehr aufhalten lassen. Um das zu verhindert braucht es eine starke Forschung, die innovative Konzepte und Technologien für eine nachhaltige Wirtschaft und Gesellschaft entwickelt. Das Bundesforschungsministerium unterstützt daher die Nachhaltigkeitsforschung mit zwei Rahmenprogrammen und vielen Fördermaßnahmen.

Einen beispielhaften Überblick über einige Programme und Projekte haben wir hier zusammengestellt:

Kopernikus-Projekte: Saubere, sichere und bezahlbare Energieversorgung

Neue Energiesysteme so weit voranzubringen, dass sie alle Regionen Deutschlands sicher und stabil mit Energie versorgen – das ist das Ziel der Kopernikus-Projekte für die Energiewende. Es ist die bislang größte Forschungsinitiative zur Energiewende.

Nahaufnahme eines Strommastes
Nahaufnahme eines Strommastes © Thinkstock

Neue Netzstrukturen

Ob mithilfe von Windparks auf dem Meer und auf Anhöhen oder mit Solarzellen auf dem heimischen Dach – Strom kann viele Quellen haben. Erneuerbare Energie wird zunehmend dezentral erzeugt. Das führt dazu, dass die erzeugte Strommenge künftig stärker schwanken wird, beispielsweise ist die Einspeisung an guten Sonnen-  und Windtagen hoch, fehlen Sonne und Wind ist die Stromerzeugung niedriger.

Bislang wurde Energie mehrheitlich zentral erzeugt – in großen Kohle- oder Atomkraftwerken. Auf diese konstante Einspeisung von Energie sind die Stromnetze ausgerichtet. Wie genau das Stromnetz auch an schwankende Strommengen angepasst werden kann, muss noch besser erforscht und erprobt werden, damit erzeugte Energie nicht wegen Engpässen im Netz verloren geht.

Der Anpassung und dem Ausbau der Stromnetze wird das Konsortium unter der Führung des Karlsruher Technologie Instituts, Siemens, ABB, der RWTH Aachen, E.On und Tennet nachgehen. Von besonderem Interesse wird hier die Frage sein, wie durch eine Kombination von dezentral und zentral erzeugtem Strom die Kosten für den Netzumbau verringert werden könnten.

Wasser
Wasser © Thinkstock

Speicherung erneuerbarer Energie

Wie kann man überschüssige Energie aus alternativen Energiequellen wie Wind, Wasser oder Sonne speichern, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen? Wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für diese Herausforderung geeignete Lösungen finden, dann könnten künftig über 90 Prozent der überschüssigen Energie noch genutzt werden. Denn mit dem stetigen Ausbau der Erneuerbaren Energien steigt auch die Menge des Stromüberschusses, wie etwa an windreichen Sommertagen.

Als Speichermöglichkeiten eignen sich beispielsweise gasförmige Substanzen wie Wasserstoff oder Methan, flüssige Kraftstoffe für den Verkehr und Grundstoffe für die weiterverarbeitende chemische Industrie.

Welche dieser stofflichen Energieträger sich am besten für die Speicherung von Strom einsetzen lassen, wird das Konsortium unter Führung des Forschungszentrums Jülich, der RWTH Aachen und des DECHEMA Forschungsinstituts erforschen. Insgesamt sind in diesem Projekt 62 Partner beteiligt.

Herstellung von metallischen Zahnrädern
Herstellung von metallischen Zahnrädern © Thinkstock/ozgursengelli

Neuausrichtung von Industrieprozessen

Da die Stromversorgung in Zukunft stärker schwanken wird, muss sich insbesondere die Industrie mit einem hohen Energiebedarf an die neuen Gegebenheiten anpassen. Für dieses Themenfeld hat ein Konsortium unter der Führung der Technischen Universität Darmstadt und der Universität Stuttgart überzeugt, die allein 40 Partner aus der Industrie und ebenso viele aus der Wissenschaft hinter sich versammeln. Das Projekt soll branchenübergreifend demonstrieren, wie Produktionsprozesse angepasst werden können.

Ökostrom
Ökostrom © Thinkstock

Systemintegration

Erneuerbare und konventionelle Energiequellen müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, um die lückenlose Versorgung in ganz Deutschland sicherzustellen. Das heißt Energie aus Sonne und Wind müssen beispielsweise mit Energie aus Kohle und Gas zusammengeführt werden. Bis zum Jahr 2025 sollen konsistente Konzepte zur Gestaltung eines nachhaltigen deutschen Energiesystems erarbeitet und dann unter Realbedingungen in Modellregionen überprüft werden. Das wird unter der Führung des IASS Potsdam in Zusammenarbeit mit 64 Partnern geschehen.

Neue Ansätze für den Erhalt der Artenvielfalt

Der Verlust an Artenvielfalt hat in den vergangenen Jahrzehnten besorgniserregende Ausmaße angenommen. Experten schätzen, dass die Aussterberate von Tier- und Pflanzenarten jetzt im Schnitt um das Hundert- bis Tausendfache über dem Wert liegt, der in der Evolution üblich ist. In Deutschland ist fast jede dritte Wildpflanze vom Aussterben bedroht. Besonders betroffen sind auch Vogel- und Insektenarten, darunter viele Wildbienenarten. Seit 1980 hat sich der Bestand der Feldvögel in der EU mehr als halbiert. Feldvögel wie der Kiebitz oder das Braunkehlchen sind in vielen Regionen bereits verschwunden. Damit ist der Verlust an Artenvielfalt heute eine unterschätzte Bedrohung und ein ebenso drängendes Problem wie der Klimawandel.

Viele Ursachen des Artenverlustes sind zwar bekannt. Dazu gehören der Verlust von Lebensräumen, der Klimawandel und die Übernutzung natürlicher Ressourcen. Das Wissen über das komplexe Zusammenwirken dieser Ursachen und das gesamte Ausmaß des Artenrückgangs ist jedoch lückenhaft. Daher hat das Bundesforschungsministerium die „Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt“ gestartet.

Innovative Lösungen für CO2-intensive Industrien

Damit Klimaschutz erfolgreich gestaltet werden kann, sind die Erforschung und Entwicklung innovativer Konzepte und Technologien essentiell. Dazu unterstützt das Bundesforschungsministerium einen systematischen Innovationsprozess für eine langfristige „Dekarbonisierung“ wichtiger Sektoren der Wirtschaft und des privaten Konsums. Denn letztlich wird jede eingesparte Tonne CO2 zählen. Ein Beispiel dafür ist das Projekt Carbon2Chem.

Carbon2Chem Anlage in Duisburg
Carbon2Chem Anlage in Duisburg © BMBF / Hans-Joachim Rickel

Praxistest läuft: Forschende recyceln Hüttengase

Am thyssenkrupp-Stahlwerk Duisburg werden Hüttengase in einer Testanlage in Methanol umgewandelt. Das ist ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie. Die langfristige Vision hinter dem Praxistest: Eine nahezu CO2-freie Stahlproduktion. Mehr dazu lesen Sie hier.

Carbon2Chem Infografik
Die Infografik zeigt den Prozess von Carbon2Chem. © BMBF

Vom Abgas zum Rohstoff

Ein gutes Recycling-Produkt setzt ein optimales Gasgemisch voraus. Wie sich das gewinnen lässt, testen die Carbon2Chem-Projektpartner in einem Labor am Standort von Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen. Mehr dazu lesen Sie hier.

Nachhaltige Mobilität

Dem Verkehrssektor kommt eine besondere Bedeutung beim Erreichen der Emissionsreduktionsziele zu. Das Bundesforschungsministerium setzt sich daher für nachhaltige Mobilität ein. Diese soll bezahlbar sein und nicht zu Lasten des Klimas gehen. Elektromobilität ist dabei ein Schwerpunkt. Dafür braucht es leistungsstarke Batterien. Diese sollen zukünftig aus Deutschland kommen. Daher unterstützt das BMBF die Batterieforschung.

Eine nachhaltige Mobilität wird sich aber nicht allein mit Elektroantrieben erreiche lassen. Es ist Aufgabe der Forschung, Optionen und Alternativen offen zu halten. Daher fördert das BMBF auch alternative Ansätze wie die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe. Diese werden im Gegensatz zu Benzin und Diesel nicht aus Erdöl, sondern aus erneuerbarem Strom und CO2 gewonnen. Sie können aber wie Benzin oder Diesel in Verbrennungsmotoren eingesetzt oder diesen beigemischt werden.

Umweltfreundliche Mobilität muss auch von der Gesellschaft akzeptiert werden. Dafür darf sie nicht zur sozialen, ökologischen oder wirtschaftlichen Belastung werden. Doch wie kann das gelingen? Um das zu klären, stärkt das BMBF die Mobilitätsforschung mit einer eigene Agenda.

Ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft

Schon heute verbrauchen wir mehr Ressourcen, als die Erde bereithält. Unser Umgang mit Rohstoffen muss dringend nachhaltiger werden. Das Bundesforschungsministerium fördert deshalb die Forschung zur effizienten Nutzung von Ressourcen. Dazu gehören auch der Schutz der Wasserqualität und die nachhaltige Landnutzung.

Die Forschung zu diesen Themen ist Teil der Forschung für nachhaltige Entwicklung. In dem Rahmenprogramm arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an innovativen Lösungen für Herausforderungen wie den Klimawandel und liefern Entscheidungsgrundlagen für zukunftsorientiertes Handeln. Das Spektrum reicht dabei von der Grundlagenforschung bis zur Entwicklung von einsatzbereiten Anwendungen.

RiverBoat
RiverBoat © FiW

Autonomes Boot nimmt Wasser unter die Lupe

Dieser Wasserkontrolleur ist unermüdlich: Das „RiverBoat“ kann selbstständig die Wasserqualität kleinerer Gewässer untersuchen. Geleitet von Satelliten findet es seine Messstationen immer exakt wieder – eine Voraussetzung für Langzeituntersuchungen. Mehr dazu lesen Sie hier.

Per E-Mobil Richtung Nachhaltigkeit: Die Gemeinde Sprendlingen-Gensingen lebt nach dem klimaneutralen Null-Emissions-Konzept.
Per E-Mobil Richtung Nachhaltigkeit: Die Gemeinde Sprendlingen-Gensingen lebt nach dem klimaneutralen Null-Emissions-Konzept. © Katharina Fial

Die Null-Emissions-Gemeinde

In Sprendlingen-Gensingen wächst die erste Generation Menschen mit einer grünen Null heran. Die rheinhessische Kommune lebt nach einem Konzept, mit dem sie klimaneutral werden will. Das hat Magnetwirkung, wie ein Ortsbesuch in der Gemeinde zeigt. Mehr dazu lesen Sie hier.

Thomas Rachel und Prof. Ben de Troit vor der vom BMBF finanzierten Messstation des CLIENT II Projektes FamImpact
Thomas Rachel und Prof. Ben du Troit vor der vom BMBF finanzierten Messstation des CLIENT II Projektes FamImpact © Lisette Andreae

Forschung weltweit: Ressourcen sparen für den „Brotkorb“ Südafrikas

Gemeinsam untersuchen deutsche und südafrikanische Forschende, wie sich am Südkap eine nachhaltige Landwirtschaft erreichen lässt. Mehr dazu lesen Sie hier.

Arbeiten im Labor
Arbeiten im Labor © Thinkstock

Wissenschaftler bekämpfen resistente Keime in Gewässern

Multiresistente Keime können über das Abwasser in die Umwelt gelangen. In einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt untersuchen Wissenschaftler, wie sich die Erreger aufspüren und bekämpfen lassen. Mehr dazu lesen Sie hier.

Klimaforschung: Den Wandel verstehen

Forschung und Innovation sind die zentralen Voraussetzungen, um mit dem Klimawandel umgehen zu können. Klimadaten können Aufschluss darüber geben, wie stark sich das Ökosystem der Erde verändert und die Wissensgrundlage für Entscheidungen liefern. Die Klimaforschung hilft damit auch der Politik, die Wirkungen von Maßnahmen des Klimaschutzes abzuschätzen und den Fortschritt der Klimapolitik zu bewerten – und das so unabhängig und offen wie nur möglich.

Von Klimawandel besonders betroffen ist der größte Lebensraum auf der Erde: Unsere Meere und Ozeane. Sie bedecken zwei Drittel der Erdoberfläche. Daher ist der Schutz der Ozeane besonders wichtig. Gefördert wird die Forschung zum Schutz unserer Meere, Küsten und Pole vom Bundesforschungsministerium. So sind beispielsweise Forschende des Alfred-Wegener-Instituts weltweit im Einsatz – für ein besseres Verständnis des Klimawandels.

Wissenschaftler des deutschen Alfred-Wegener Institutes bereiten eine automatische Wetterstation auf dem arktischen Meereis vor.
Wissenschaftler des deutschen Alfred-Wegener Institutes bereiten eine automatische Wetterstation auf dem arktischen Meereis vor. © Alfred-Wegener-Institut/Stefan Hendricks

Von Bremerhaven in die Welt

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek hat im Februar 2019 das Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven besucht. Von dort starten Forschende zu Expeditionen in die Polarmeere. „Was im Meer passiert, hat direkte Auswirkungen auf unser Leben an Land“, so Karliczek. Mehr dazu lesen Sie hier.

Tandemflug der GRACE- bzw. der geplanten GRACE-FO-Satelliten
Tandemflug der GRACE- bzw. der geplanten GRACE-FO-Satelliten © GFZ

Die Folgen des Klimawandels live dokumentieren

GRACE-FO ist eine deutsch-amerikanische Satellitenmission. Ihr Ziel: Forschende wollen monatliche Schwerefeldkarten für unseren Planeten Erde erstellen. So können sie die Folgen des Klimawandels live aufzeichnen – und auch rekonstruieren. Mehr dazu lese Sie hier.