Forschungsbereich Energie

Globale Engpässe sind vorhersehbar: in der Energieversorgung, der Entsorgung von Rückständen und Emissionen. Helmholtz-Energieforscher suchen nach Lösungen, um die Bedürfnisse heutiger und künftiger Generationen zu befriedigen.

Einblicke in den Forschungsbereich Energie

Hier stellen wir Ihnen aktuelle Forschungsprojekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Helmholtz-Zentren vor.


Geothermie: Für eine nachhaltige Energieversorgung

Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Die Wärme aus dem Erdinneren ist eine klimafreundliche Energiequelle, die unabhängig vom Wetter rund um die Uhr zur Verfügung steht. In Süddeutschland gibt es etliche Anlagen, die Strom und Wärme liefern. Im Norden, der geologisch etwas anders aufgebaut ist, wird das Potenzial erst ansatzweise genutzt. Wie diese Ressource optimal erschlossen werden kann, erforscht das GFZ u.a. in der Schorfheide, nördlich von Berlin. Die zwei vorhandenen Bohrungen bis in 4 km Tiefe sollen nun um eine weitere ergänzt werden. Um einen günstigen Standort dafür zu finden, erfolgte im Frühjahr 2017 eine große seismische Messkampagne. Wie bei einer Tomografie des menschlichen Körpers können mit Hilfe niederfrequenter Schallwellen verborgene Strukturen in der Tiefe identifiziert werden.

Aus einer Fülle von Messdaten wurde mittels ausgeklügelter Softwareverfahren der Untergrund im 8 mal 8 km großen Untersuchungsgebiet virtuell abgebildet. Dabei zeigte sich etwa ein Salzkissen, das im Lauf der Jahrmillionen aus großer Tiefe zur Oberfläche hin aufgestiegen ist und angrenzende Sedimentschichten verbogen und zerbrochen hat. Die neuen Daten erlauben eine deutlich verbesserte Interpretation von Strukturen im dreidimensionalen Raum und helfen somit, die Erforschung und Nutzung der Geothermie zu stärken.

Der Untergrund kann nicht nur Energiequelle sein, sondern auch Speicher. Im November 2017 wurden an einer Erkundungsbohrung auf dem TU Campus in Berlin Messungen durchgeführt, die Aufschluss über die hydraulischen und geochemischen Eigenschaften der Sedimentschichten geben. Anhand der Ergebnisse kann eingeschätzt werden, ob sich bestimmte Schichten für die saisonale Speicherung von Wärme eignen. Die gewonnenen Erfahrungen werden zunehmend für weitere Projekte mit großvolumigen saisonalen Speichern in urbanen Gebieten genutzt. 

Auch im Ausland ist das GFZ aktiv. So wurde im Herbst 2017 das erste geothermische Niedertemperatur-Demonstrationskraftwerk in Indonesien erfolgreich in Betrieb genommen. Gesteuert wird die Anlage in Lahendong zur Zeit noch von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Potsdam, Mitte 2018 soll sie an eine indonesische Partnerorganisation übergeben werden. Die vielseitig einsetzbare Technologie ermöglicht es, Dampf-Wasserreservoire effizienter zu nutzen und netzferne Gebiete dezentral zu versorgen. 


Wasserstoff einfacher speichern

Forschungszentrum Jülich

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Universität Erlangen-Nürnberg haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich das Speichern von Wasserstoff als Energieträger stark vereinfacht. Es reduziert den technischen Aufwand für die chemische Bindung des Wasserstoffs an organische Trägerflüssigkeiten: Ein neuartiger Katalysator wird für Be- als auch Entladung eingesetzt. Ein zukünftiger industrieller Einsatz des Verfahrens kann Kosten- und Energieaufwand der Wasserstoffspeicherung bedeutend reduzieren – ein möglicherweise wichtiger Schritt für die Energiewende.


Gebogen, nicht gerade

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)

HZDR-Chemiker haben eine Uranylverbindung mit einer einmaligen geometrischen Grundstruktur hergestellt. In normalen Uranyl-Komplexen bilden zwei Sauerstoff- und ein Uran-Atom eine lineare, stabile Einheit im 80-Grad-Winkel. In der neuen Substanz verbiegt sie sich allerdings zu 161,8 Grad – einer der bislang kleinsten nachgewiesenen Winkel für dieses Molekül. Die strukturell bedingt erhöhte Reaktivität des Uran-Zentrums kann für zukünftige Synthesen neuer Verbindungen wirkungsvoll eingesetzt werden.


Zweite Experimentierrunde an Wendelstein 7-X

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)

Die Fusionsanlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald hat die erste planmäßige Umbaupause durchlaufen. Um die Anlage fit für höhere Heizleistung und längere Plasmapulse zu machen, wurde das Plasmagefäß mit Grafitkacheln verkleidet; neue Heiz- und Messapparaturen wurden angebaut. So wurden Experimente möglich, die bereits erste Elemente des optimierten Konzepts der Anlage bestätigen. Wendelstein 7-X, die weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator, soll die Kraftwerkseignung dieses Bautyps untersuchen.


Preiswerte und standortunabhängige Stromspeicher im Gigawattbereich

Mit der Carnot-Batterie entwickelt das DLR einen Stromspeicher im Gigawattstundenmaßstab. Dabei wird Strom mittels einer Hochtemperaturwärmepumpe in Wärme umgewandelt, die preisgünstig in Wasser (50 °C) und Flüssigsalz (500 °C) gespeichert werden kann. Bei Bedarf wird die Energie wieder in Strom zurückverwandelt. Damit steht ein zyklenfester Stromspeicher an beliebigen Standorten weltweit zur Verfügung. Das DLR arbeitet an diesem Instrument zur Sektorenkopplung zusammen mit der Industrie.


Wasserstoff aus Sonnenlicht: „Künstliches Blatt“ mit günstigen Metall-Oxiden

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)

Metall-Oxide sind preiswerte, stabile Photoelektroden für die Aufspaltung von Wasser mit Sonnenlicht. Leider zeigen sie nur mittelmäßige Wirkungsgrade. Eine Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre erhöht ihre Effizienz jedoch. Nun hat ein HZB-Team mit internationalen Partnerinnen und Partnern herausgefunden, welche Mechanismen dabei eine Rolle spielen: Durch die Behandlung wandert Wasserstoff ins Material. Dies reduziert Defekte und verdoppelt die „Lebensdauer“ von Ladungsträgern, so dass die Effizienz steigt. Die Arbeit zeigt Möglichkeiten auf, solche Photoelektroden weiter zu optimieren.


Smiles erprobt die Energieinfrastruktur der Zukunft

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Mit der Energiewende werden die Speicherung von erneuerbarer Energie
und die Integration der Speicher in dezentrale Netze immer wichtiger. Koordiniert
vom KIT führt das Projekt SmILES (Smart Integration of Energy
Storages in Local Multi Energy Systems) Knowhow und Forschungsprojekte
europäischer Forschungspartnerinnen und -partnern in der Simulation,
Optimierung und Nutzung solcher Infrastrukturen zusammen. Ziel ist der
Aufbau einer Plattform zum Austausch von Daten und „Best Practices“ zur
Integration heterogener Energiequellen und Speichertechnologien.

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