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.

Kompetenzerhalt Kerntechnik

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Ein Baustein für die Energiewende in Deutschland ist der sichere Rückbau der kerntechnischen Anlagen. Dies stellt große Herausforderungen an Wissenschaft, Technik und Industrie. Um das vorhandene Know-how zum Rückbau kerntechnischer Anlagen zu sichern und praxisbezogen zu vertiefen, hat das KIT das Kompetenzzentrum „Rückbau“ gegründet. Es ist Teil des Helmholtz-Programms Nukleare Entsorgung und Sicherheit sowie Strahlenforschung (NUSAFE).

Der Rückbau kerntechnischer Anlagen umfasst zum Beispiel innovative Rückbautechnologien, radiologische Charakterisierung kontaminierter Anlagenteile, Dekontaminationsund Konditionierungstechnologien, Schutz der Beschäftigten, der Bevölkerung und der Natur vor Strahlenexposition. Das Management komplexer Prozesse, Analyse der politischen und gesellschaftlichen Bedingungen sowie Strategien zur angemessenen Beteiligung und Information der Öffentlichkeit sind ebenso von Bedeutung. Das neugegründete Zentrum des KIT kann dabei auf eine umfangreiche Expertise und eine leistungsstarke Infrastruktur zurückgreifen. Ein Ziel des Projekts ist die langfristig gesicherte Ausbildung und Weiterbildung junger Wissenschaftler und Ingenieure in diesem Arbeitsfeld. Bereits 2008 wurde die Professur „Rückbau konventioneller und kerntechnischer Bauwerke“ eingerichtet, die es in dieser Form in Deutschland nur am KIT gibt. Die ebenfalls an das KIT angebundene AREVA Nuclear Professional School bietet ein Weiterbildungsprogramm zum Thema an.

Das Kompetenzzentrum Rückbau ist Teil des Clusters „Rückbau kerntechnischer Anlagen“, der im Februar 2016 gestartet ist. Mit dem Cluster werden die Kompetenzen von fünf Partnern aus drei Ländern gebündelt und die Fachkräfteausbildung gestärkt. Gründungsmitglieder sind das KIT als Koordinator, die Duale Hochschule Baden-Württemberg mit dem Standort Karlsruhe, die Universität Stuttgart mit dem Institut für Kernenergetik und Energiesysteme sowie der Materialprüfungsanstalt Stuttgart, das Paul Scherrer Institut in der Schweiz sowie das Institut für Transurane in Karlsruhe und das Institute for Reference Materials and Measurements in Belgien, die beide Teil der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission sind.


Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Betrieb

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)

Nach neun Jahren Bauzeit leuchtete am 3. Februar 2016 in der Fusionsanlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald das erste Wasserstoff-Plasma. Ein Puls der Mikrowellenheizung verwandelte auf Knopfdruck von Kanzlerin Angela Merkel eine winzige Menge Gas in ein ultradünnes, zehn Millionen Grad heißes Plasma. Damit haben – nach dem Start mit einem Helium- Plasma im Dezember 2015 – die Experimente begonnen. Wendelstein 7-X, der weltweit größte Stellarator, soll die Kraftwerkseignung dieses Anlagentyps untersuchen.


Flüssigmetall-Zelle im Labormassstab entwickelt

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)

Eine neuartige Batterie, die aus einer stabilen Schichtung zweier Flüssigmetalle und einer dazwischenliegenden Salzschmelze besteht, gilt als aussichtsreicher Kandidat für stationäre Großspeicher von Elektroenergie. Der Grund: Sie ist kostengünstig und lässt sich beliebig oft auf- und entladen. HZDR-Forscher haben einen Prototyp entwickelt, der mit Natrium als Anode und Bismut als Kathode arbeitet. Die Zelle liefert bei einer Betriebstemperatur von 400 Grad Celsius einen Strom von einem Ampere, was einer hohen Stromdichte (mehr als 20 kA/m2) entspricht.


Neue Ideen, um Rotorblätter stabiler und leichter werden zu lassen

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Wie können Windenergieanlagen Strom in Zukunft effizienter produzieren? Im Projekt SmartBlades entwickelten und prüften Forscher des Forschungsverbunds Windenergie mit dem DLR, dem Fraunhofer IWES und dem Hochschulverbund ForWind intelligente Rotorblätter, die sich dem Wind anpassen können. Ergebnis sind zum einen Rotorblätter, die sich beispielsweise durch eine Biege-Torsions-Kopplung passiv an die Windstärke anpassen können. Zum anderen wurden aktive Steuerelemente wie bewegliche Hinterkanten eines Rotorblatts angebracht. So lässt sich auf unterschiedliche aerodynamische Belastungen reagieren und die Windenergieanlagen können besser ausgenutzt werden.


Photosyntese für eine nachhaltige Energieversorgung

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ

Wasserstoff könnte bei der vollständigen Ablösung fossiler Energieträger eine wichtige Rolle spielen. Um Wasserstoff zu gewinnen, setzen UFZ-Wissenschaftler auf Cyanobakterien. Mithilfe des Sonnenlichts können die Einzeller aus Wasser Strom und Wasserstoff erzeugen. Normalerweise nutzen sie Sonnenlicht für den Stoffwechsel, um sich zu vermehren und zu wachsen. Die Forscher arbeiten daran, den Stoffwechsel gezielt zugunsten der Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger zu verschieben. Ein Ansatz, der klimafreundlicher und wirtschaftlicher ist als bisher erprobte Alternativen.


Neuer Weltrekord-Wirkungsgrad für Wasserstoff aus Sonnenlicht

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)

Um die Energie der Sonne chemisch zu speichern, entwickeln Arbeitsgruppen am HZB komplexe Materialsysteme, die mit Sonnenlicht Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegen. Einem internationalen Team ist es im Sommer 2015 gelungen, den Wirkungsgrad für die direkte solare Wasserspaltung deutlich zu steigern. Sie nutzten dafür extrem leistungsstarke Tandem-Solarzellen und modifizierten gezielt ihre Oberflächen. Der neue Bestwert liegt bei 14 Prozent und damit deutlich über dem bisherigen Rekordwert von 12,4 Prozent. Ein Rekord, der zuvor 17 Jahre Bestand hatte.


Wärmespeicher für Stadtviertel

Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Die Energieversorgung der Parlamentsgebäude in Berlin erfolgt seit Jahren durch Wärmespeicherung im Untergrund. Was aber, wenn es um ganze Stadtquartiere geht? Hier setzt das Projekt ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) des GFZ, der TU Berlin und der Universität der Künste an. Mitten in Berlin hat das GFZ eine Forschungsbohrung begonnen, die 500 Meter tief reichen soll. Dort gibt es Schichten, die Salzwasser führen. Für die Quartiersversorgung würde im Sommer Wärme, beispielsweise aus Blockheizkraftwerken oder Solarthermie, nach unten gepumpt und im Winter genutzt.

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