Kopernikus-Projekte für die Energiewende

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.

Sicher, sauber und bezahlbar – so stellen wir uns die Energieversorgung der Zukunft vor. Die Kopernikus-Projekte für die Energiewende sollen genau dieses Ziel verwirklichen und dazu beitragen, dass alle Regionen Deutschlands sicher mit Energie versorgt werden. Mit der bislang größten Forschungsinitiative zur Energiewende will das Bundesministerium für Bildung und Forschung die Wissenschaft, die Industrie und private Anwender dabei unterstützen, Grundlagenforschung zügig zur Anwendung zu bringen.

Die Projekte widmen sich vier zentralen Themen der Energiewende: Der Speicherung überschüssiger erneuerbarer Energie durch Umwandlung in andere Energieträger wie beispielsweise Wasserstoff, der Entwicklung von Stromnetzen, die an einen hohen Anteil erneuerbarer Energien angepasst sind, der Neuausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung und dem Zusammenspiel von  erneuerbarer und konventioneller Energie, um die lückenlose Versorgung mit Energie sicherzustellen.

Rund 1.000 Institutionen haben sich bis Anfang des Jahres 2016 mit 41 Projektvorschlägen beworben. Über 230 Forschungspartner werden als Zusammenschluss zu vier Konsortien die Forschung zur Energiewende vorantreiben.

Nahaufnahme eines Strommastes
Die IT-Infrastruktur der Stromnetze ist besonders anfällig für Cyberangriffe. © 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.

Die Forschungsthemen der vier Kopernikus-Projekte wurden in einem umfassenden  Beteiligungsprozess von Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft erarbeitet, die hierfür im "Forschungsforum Energiewende" zusammengearbeitet haben. Dazu wurden mehr als 90 Institutionen und Organisationen aus allen gesellschaftlichen Bereichen befragt, welche die aus ihrer Sicht zentralen Forschungsthemen für den Erfolg der Energiewende sind.

Die Kopernikus-Projekte sind auf einen Zeitraum von bis zu zehn Jahren angelegt. Das Bundesforschungsministerium stellt für die erste Förderphase bis 2018 bis zu 120 Millionen Euro bereit. Bis 2025 sollen für zwei weitere Förderphasen 280 Millionen Euro zur Verfügung gestellt werden. Die Kopernikus-Projekte sind Teil des Energieforschungsprogramms der Bundesregierung "Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung".

Die Projekte sind benannt nach Nikolaus Kopernikus. Der Mathematiker und Astronom hatte im 16. Jahrhundert entdeckt, dass sich die Erde um die Sonne dreht, nicht umgekehrt. Sein Name ist deshalb der Inbegriff für wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Wandel.