Bund investierte 2021 gut 1,3 Milliarden in Energieforschung

Damit die Energiewende ein Erfolg wird, braucht es vor allem eines: effiziente Systeme in allen Bereichen der Gewinnung, Speicherung, Übertragung und Nutzung von Energie. Entsprechend breit ist das Spektrum der fast 7.000 Forschungsprojekte, die im Jahr 2021 vom 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung profitierten. Mehr als 1,3 Milliarden Euro betrug das Budget nach Angaben des federführenden Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) – acht Prozent mehr als im Jahr 2020.

In seinem „Bundesbericht Energieforschung 2022“ gibt das BMWK einen detaillierten Überblick über die geförderten Projekte. Über einige ganze Reihe hat der en:former berichtet. Wir präsentieren Ihnen eine Auswahl.

Aufbau der Wasserstoff-Wirtschaft

Seit 2020 ist es ein erklärtes Ziel der deutschen Energiewende, Wasserstoff zu einem maßgeblichen Energieträger zu machen. Insgesamt will die Bundesregierung für ihre Wasserstoffstrategie neun Milliarden Euro ausgeben. Entsprechend groß ist auch das Fördervolumen von rund 690 Millionen Euro der 654 Forschungsprojekte, die sie im Jahr 2021 bereits förderte oder neu bewilligte. Dabei stechen die drei sogenannten Wasserstoff-Leitprojekte im Zeitraum 2021 bis 2025 hervor.

Allein bis zu 500 Millionen Euro stehen bis 2025 bereit, um im Rahmen von H₂Giga zu erforschen, wie verschiedene Arten von Elektrolyseuren in Serie hergestellt werden können. Auf diese Weise soll die Produktion hochskaliert werden. Das Ziel: Die Kosten von Elektrolyseuren und damit der Elektrolyse selbst drastisch zu senken.

Ebenfalls auf die Wasserstoff-Gewinnung, allerdings speziell in Offshore-Windenergieanlagen, zielt H₂Mare (Fördervolumen: 104,5 Mio. Euro) ab. Auch die Offshore-Herstellung der Power-to-X-Produkte Methan, Methanol, Ammoniak und synthetischer Kraftstoffe (eFuels) ist Teil des Projekts.

Um unterschiedliche Transportlösungen geht es beim Projekt TransHyDE, in dem 84 Partner den Transport von Wasserstoff in Hochdruck- und Flüssigbehältern, in bestehenden und neuen Gasleitungen sowie gebunden in Ammoniak oder dem Trägermedium LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) erforschen.

Reallabore der Energiewende

In den Reallaboren der Energiewende werden Zukunfts-Technologien sozusagen am “offenen Herzen” der Energieversorgung erforscht, erprobt und weiterentwickelt. Die zehn Projekte unterteilt das BMWK in die beiden Bereiche „Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien“ sowie „Energieoptimierte Quartiere“.

So wird im Norddeutschen Reallabor die Erzeugung von Wasserstoff und seine Nutzung als Energieträger in industriellen Prozessen und im Mobilitätssektor erforscht. In H₂Stahl geht es unter anderem um Bau und Betrieb einer Versuchsanlage mit wasserstoffbasierter Direktreduktion – einem Verfahren, bei dem Kohlenstoff in der Stahlproduktion durch Wasserstoff ersetzt wird.

Im Darmstädter Energie-Labor DELTA untersuchen Forscher am Beispiel der „typischen mittelgroßen Stadt“ zum Beispiel die energetische Effizienz von Wohn- und Industriequartieren oder wie sich Synergien besser nutzen lassen, etwa die Nutzung industrieller Abwärme. Im Reallabor Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen werden konventionelle Kraftwerke ins Visier genommen: Die Projektpartner erforschen wie sich Kohlekraftwerke, die allein rund 40 Terawattstunden Fernwärme erzeugen, durch große, hocheffiziente Wärmepumpen ersetzen lassen. Ein Ziel: Die neuen Wärmequellen an vorhandenen Kraftwerksstandorten möglichst nahtlos integrieren.

Erneuerbaren Strom gewinnen

Wind- und Solarenergieanlagen werden – zumindest mittelfristig – das Gros des erneuerbaren Stroms in Deutschland bereitstellen, im Jahr 2021 waren es 70 Prozent. Insgesamt haben sie einen Anteil von 35 Prozent an der nachhaltigen Energiebereitstellung.

Viele Produkte sind mittlerweile technisch relativ ausgereift, daher befasst sich die Forschung oft mit der Optimierung bestehender Technologien. So geht es bei InGROW um das Repowering von Offshore-Anlagen: Entwickelt werden soll ein Verfahren, um die Gründungen, also die Befestigung im Meeresgrund, vorhandener Anlagen kostengünstig so zu verstärken, dass größere Türme und Turbinen darauf installiert werden können.

Die Entwicklung hocheffizienter Tandemsolarzellen ist Thema der Verbundpartner von MeSa-Zuma. Im Jahr 2021 trug die Forschungsgruppe dazu bei, einen neuen Labor-Rekord beim Wirkungsgrad von 29,8 Prozent aufzustellen. Das Projekt High Performance Solar 2 erforscht, wie sich solarthermische Parabolrinnenkraftwerke effizienter betreiben und regulieren lassen. Bei dem Ansatz wird das bisher übliche Thermoöl durch Flüssigsalz ersetzt, um die von den Parabolrinnen gebündelte Wärme zu speichern und den Dampfturbinen zuzuführen.

Übertroffen werden Wind und Sonne bei der Energiegewinnung insgesamt nur von der Biomasse mit einem Gesamtanteil von 55 Prozent, einschließlich Wärmeerzeugung (37 Prozent), Biokraftstoffen (7 Prozent) und Stromerzeugung (11 Prozent). Aufholen könnte – vor allem im Wärmesektor – in den nächsten Jahren die Geothermie. Gefördert wird beispielsweise HuKmeN: Darin wird ein neu entwickelter „Kollektorweber“ in der Praxis erprobt. Die Maschine ähnelt einem Bagger und verlegt Erdwärmekollektoren zur Nutzung oberflächennaher Geothermie.

Systemintegration und übergreifende Themen

Letztlich werden all diese Technologien nur erfolgreich sein, wenn auch die übergreifende Infrastruktur auf sie eingerichtet ist. Allein mit Netzausbau ist es nicht getan. Die Bereitstellung von Stromspeichern, Reserveleistung und Transportnetzen mit passender Kapazität sind die Basis für die verlässliche Distribution der Energie.

Dazu gehört auch ein effizientes Stromnetz-Management. Dazu wollen die Forschenden des Projekt SPANNeND beitragen, indem sie standardisierte Methoden erarbeiten, wie Blindleistung bei minimalem Kraftwerkseinsatz bereitgehalten werden kann.

Einen umfassenden Ansatz für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft soll der H2-Kompass entwickeln. In den DiMA-Grids geht es darum, Energiekunden zu sogenannten Prosumern zu machen, ihnen also die Möglichkeit zu geben, privat erzeugten Strom über das Netz zu vermarkten.