Forschung für Klimaschutz und Energiewende 01. Okt 2020 Von Stephan W. Eder

Helmholtz präsentiert Lösungen für die Energiewende

Die Forschungsinitiative der Helmholtz-Gemeinschaft „Energie System 2050“ präsentierte auf ihrer Abschlusskonferenz Lösungen für die Energiewende wie Strategien, Technologien und Open-Source-Werkzeuge.


Foto: Karlsruher Institut für Technologie/www.kit.edu

Wie, mit welchen Mitteln und möglichst auch genau bis wann kann Deutschland alles tun, was nötig ist, um seiner Verpflichtung aus dem Weltklimaabkommen von Paris nachzukommen? Die Frage treibt viele Menschen um, und die klügsten Köpfe unseres Landes forschen daran, hierfür der Gesellschaft die benötigten Grundlagen liefern zu können.

Eine dieser Forschungsinitiativen ist das „Energie System 2050“ der Helmholtz-Gemeinschaft; gestern präsentierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der beteiligten Forschungszentren auf der Abschlusskonferenz des Projekts in Berlin ihre Ergebnisse. Es ging darum konkrete Strategien sowie technologische Ansätze zu erarbeiten, die für mehr Klimaschutz und für mehr Sicherheit sorgen können – und die bereits heute von Politik und Wirtschaft aufgegriffen werden können.

Die Energiewende zum Erfolg machen

Professor Holger Hanselka, der Koordinator der Forschungsinitiative, Vizepräsident für den Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft und Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), formulierte die Aufgabenstellung so: „Die Energiewende zu einem Erfolg zu machen!“ Acht Forschungsreinrichtungen waren mit von der Partie (s. Kasten).

„Entscheidende Voraussetzungen für den klimafreundlichen Umbau des Energiesystems sind geeignete Technologien und klare systemische Lösungen“, so Hanselka. Es sei gelungen, sie im Realbetrieb zu testen und flexible Strategien für deren Einsatz zu erarbeiten.

Strategien und Technologien für Energiewende und Klimaschutz

Auf Grundlage einer systemischen Betrachtung des gesamten deutschen Energieversorgungssystems haben 170 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wirtschaftliche und klimafreundliche Transformationspfade bis zum Jahr 2050 entwickelt. Hinzu kam die Forschung zur Architektur und Sicherheit des zukünftigen Stromnetzes, zur Integration von Wasserstoff und biogenen Energieträgern in das Energiesystem. Außerdem waren einzelne Energienetzkomponenten, wie Redox-Flow-Netzspeicher, Biogasanlagen oder Gasturbinen zur Rückverstromung von Synthese- und Biogas, Gegenstand der Untersuchungen.

Energy Lab 2.0 am Karlsruher Institut für Technik: Hier werden Technologien für die Energiewende in der Praxis erprobt.
Foto: Karlsruher Institut für Technologie/www.kit.edu

Dabei haben die Forschenden Technologien zum einen detailliert getestet, zum anderen aber im Zusammenspiel systemisch betrachtet. So konnten die besten „Teamplayer“ für die Sektorenkopplung gefunden werden, also etwa Technologien zur Verknüpfung der Wärme- und Stromversorgung. Ein weiterer Bestandteil der Betrachtung technologischer Mittel waren zudem lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalysen, die neben Kosten und CO2-Ausstoß auch weitere ökologische sowie gesellschaftliche Faktoren berücksichtigten – etwa bei der Produktion von Kraftstoffen aus biogenen Reststoffen.

Transformationsstrategien für das deutsche Energiesystem bis 2050

Teil von „Energie System 2050“ ist die Entwicklung konkreter Transformationspfade bis ins Jahr 2050 hinein. Deutschland als Industrieland braucht Leitplanken, um seine Wirtschaft erfolgreich durch die Energiewende geleiten zu können. Mögliche Transformationspfade wurden am Forschungszentrum Jülich von Detlef Stolten und Martin Robinius untersucht. Ziel ihrer Studie war es, die kosteneffizientesten CO2-Minderungsstrategien zur Erreichung der Klimaschutzziele Deutschlands bis zum Jahr 2050 zu identifizieren.

Stolten und Robinius analysierten hierzu zwei CO2-Reduktionsszenarien, die sich ausschließlich an den Minderungszielen für das Jahr 2050 von –80 % (Szenario 80) und –95 % (Szenario 95) orientieren. Das Institut für Techno-ökonomische Systemanalyse (IEK-3) entwickelt eine neue Modellfamilie, die sich vor allem dadurch auszeichnet, dass sie eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung erlaubt, detailliert Power-to-X-Pfade abbildet oder auch zukünftige globale Energiemärkte simuliert, auf denen dann zum Beispiel mit Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffe gehandelt wird. Die Analysen zeigen, dass eine Minderung der Treibhausgasemissionen um –80 % sowohl aus technischer als auch ökonomischer Perspektive machbar ist.

Klimaschutz geht in der Praxis am besten mit Open-Source-Werkzeugen

Ein Kernergebnis von „Energie System 2050“, so die Helmholtz-Gemeinschaft: Es braucht neue Technologien, aber vor allem starke Modelle, Algorithmen und IT-Systeme, um das System umweltfreundlich, wirtschaftlich und sicher zu gestalten. Und diese stellt die Wissenschaft dann auch zur Verfügung. All diese Werkzeuge werden frei zugänglich sein, also anderen Forschenden innerhalb und außerhalb der Helmholtz-Forschungsgesellschaft zur Verfügung gestellt.

Und in Zukunft soll es noch konkreter werden, so Hanselka. Er kündigt an, dass man nun in eine neue Phase eintreten werde: „Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Forschungszentrum Jülich werden zu großen Laboren, in denen wir neue Techniken zur Überwachung und Steuerung von Stromnetzen im realen Betrieb testen: Das Energy Lab 2.0 in Karlsruhe und der Living Lab Energy Campus in Jülich realisieren konkret im größeren Maßstab eines Reallabors, was bislang in der Praxis noch in den Kinderschuhen steckt.“

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