Der Forschungsbereich "Energie"

Forschungsbereichskoordinator: Prof. Dr. Holger Hanselka, Karlsruher Institut für Technologie

Beteiligte Helmholtz-Zentren

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  • Forschungszentrum Jülich (FZJ)
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
  • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
  • Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
  • Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
  • Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)
  • Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)

Programme: Der Forschungsbereich bündelt seine Aktivitäten ab 2015 in sieben Programmen.

  • Energy Efficiency, Materials and Resources
  • Renewable Energies
  • Storage and Cross-Linked Infrastructures
  • Future Information Technology - Fundamentals, Novel Concepts, and Energy Efficiency (gemeinsames Programm mit dem Forschungsbereich Schlüsseltechnologien)
  • Technology, Innovation and Society (gemeinsames Programm mit dem Forschungsbereich Schlüsseltechnologien)
  • Nuclear Waste Management, Safety and Radiation Research
  • Nuclear Fusion

Wissenschaftliche Herausforderungen

Sichere, bezahlbare und umweltverträgliche Energie bereitzustellen und effizient zu nutzen, ist eine der großen Aufgaben der Gegenwart und Zukunft. Im Rahmen der Energiewende soll in Deutschland bis zum Jahr 2050 der Primärenergieverbrauch gegenüber 2008 halbiert werden, der Anteil Erneuerbarer Energien mindestens 60 Prozent des Bruttoendenergieverbrauchs und 80 Prozent des Stromverbrauchs decken. Die Treibhausgasemissionen sollen bis 2050 gegenüber 1990 um mindestens 80 Prozent sinken. Dabei unterstützt die Helmholtz-Gemeinschaft die Ziele der Energiewende nachdrücklich und bündelt hierfür ihre wissenschaftliche Kompetenz und Exzellenz auch im Verbund mit anderen Wissenschaftseinrichtungen Dazu bedarf es ganzheitlicher Forschungsansätze, die alle sicheren und umweltfreundlichen Energiequellen und alle relevanten Wandlungs-, Verteilungs-, Speicherungs- und Nutzungstechniken betrachten, sowie Systemzusammenhänge und gesellschaftliche Aspekte einbeziehen. Langfristig müssen risikobehaftete, klimaschädliche und begrenzt verfügbare Energiequellen durch solche ersetzt werden, die dauerhaft verfügbar und klimaneutral sowie sicher nutzbar sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungsbereichs Energie in der Helmholtz-Gemeinschaft stellen sich dieser Herausforderung und entwickeln wissenschaftliche Grundlagen, technische Lösungen und innovative Konzepte für morgen und übermorgen. Dem Auftrag der Helmholtz-Gemeinschaft entsprechend, greifen die Arbeiten des Forschungsbereichs Energie die aktuellen Anforderungen aus Politik, Industrie und Gesellschaft aktiv auf. Dabei bietet die strategische Langzeitperspektive der Helmholtz-Forschung eine geeignete Basis für die notwendige Transformation des Energiesystems. Der Forschungsbereich stimmt seine Aktivitäten eng mit industriellen Partnern ab und wird seinem Auftrag gerecht, die notwendige Vielfalt technologischer Optionen zu sichern.

Gutachteraussaugen und Empfehlungen zum gesamten Forschungsbereich Energie

Die Gutachter schätzten die wissenschaftliche Qualität aller Programme und der beitragenden Zentren im nationalen und internationalen Vergleich als exzellent ein und wiesen auf deren besondere strategische Relevanz für Gesellschaft, Industrie und Forschung hin. Die Gutachtergruppen gaben eine Reihe von Stellungnahmen und Empfehlungen ab, die für die künftige Entwicklung der Programme von großer Bedeutung sind. Dabei stellten sie einige übergreifende Aspekte und die für alle Programme des Forschungsbereichs relevanten Empfehlungen heraus.

Talent Management: Die Programmbeteiligten und die Vorstände der beteiligten Zentren sollten aufbauend auf den beeindruckenden Aktivitäten zur Personalentwicklung eine einheitliche Strategie zur Rekrutierung von Wissenschaftlerinnen aus international renommierten Forschungsinstitutionen umsetzen.

Innovationsmanagement: Trotz der exzellenten wissenschaftlichen Leistungen aller Programme, ist das Potential auf dem Gebiet des Technologietransfers noch nicht vollkommen ausgeschöpft. Aus diesem Grund regte das Gutachtergremium an, eine gemeinsame Strategie zur Förderung der Innovation mit industriellen Partnern zu entwickeln.

Die strategische Ausrichtung des forschungsbereichsübergreifenden Programms Technology, Innovation and Society soll gestärkt werden, um die hohe Relevanz der im Programm im sozio-ökonomischen Kontext adressierten einzelnen Themen in den Forschungsbereichen abzubilden. Die Koordinatoren der beteiligten Forschungsbereiche und der Programmsprecher sollen unter Einbeziehung des internationalen Beirats des Programms die Rahmenbedingungen für die Stärkung der Zentren-übergreifenden Kohärenz des Programms und eine verbesserte Abstimmung des Programms mit den Forschungsstrategien der Forschungsbereiche Energie und Schlüsseltechnologien etablieren.

Programmübergreifende Initiative Energy System 2050

Die Gutachter der Programme Energy Efficiency, Materials and Resources (EMR), Renewable Energies (RE), Storage and Cross-Linked Infrastructures (SCI), und Technology, Innovation and Society (TIS) waren von der wissenschaftlichen Qualität der Forschungsaktivitäten und dem strategischen Beitrag der einzelnen Programme zur Transformation des Energiesystems beeindruckt. Trotz der besonderen Wertschätzung der Aktivitäten der einzelnen Programme empfahlen sie den Blick gesamtheitlich auf das Energiesystem durch die Stärkung des Systemansatzes zu erweitern, um die technologischen Herausforderungen für die Energiewende zu adressieren. Während die Forschung für Energiesystemanalyse und Netzintegration in einzelnen Programmen verfolgt wird, könnte die Realisierung des Großprojekts Energiewende stark von einer gemeinsamen umfassenden Initiative des Forschungsbereichs Energie, basierend auf den bereits existierenden strategischen Forschungsaktivitäten, profitieren.

Die Mission der Initiative sollte die Entwicklung von technologischen Lösungen für eine erfolgreiche Integration der Erneuerbaren Energien in das Energiesystem abbilden, indem technologisch-orientierte Forschung betrieben und durch eine umfassende Energiesystemanalyse programmübergreifend im Forschungsbereich Energie komplementiert wird. Die Programme sollten zum Projekt einen Beitrag leisten, der auf deren Expertise und den im Evaluationsprozess erhaltenen Empfehlungen basiert. Das Programm Future Information Technology (FIT) wird in die Initiative integriert, um gezielt die mit der Digitalisierung verbundenen Anstrengungen zur Energieeffizienz im 21. Jahrhundert zu thematisieren.

Empfehlungen zur Finanzierung durch den Helmholtz-Senat

Für den Forschungsbereich Energie sind für 2015 Zuwendungen in Höhe von 370 Millionen Euro geplant. Vorgesehen ist für die fünfjährige Förderperiode ein jährlicher Aufwuchs von drei Prozent, um die Aktivitäten des Forschungsbereichs gezielt zu stärken. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Programm Nuclear Fusion durch die forschungspolitischen Vorgaben von einer Teilhabe am Aufwuchs des Forschungsbereichs Energie ausgeschlossen ist (Deckelung der Kernfusion) und die forschungspolitischen Vorgaben darüber hinaus einen besonderen Schwerpunkt bei den die Energiewende der Bundesregierung unterstützenden Programmen setzen. Insgesamt 15 Millionen Euro des Budgets des Aufwuchses werden dabei für die programmübergreifende Initiative Energy System 2050 bereitgestellt. Weitere 1,375 Millionen Euro werden jährlich für die anteilige Finanzierung des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien aufgewendet - eines von mehreren Instituten des Forschungsbereichs Energie, das mit Universitäten zusammenarbeitet. Das Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg ermöglicht eine enge Kooperation zwischen dem Forschungszentrum Jülich, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und dem Helmholtz-Zentrum Berlin auf spezifischen Forschungsfeldern.

Wesentliche Schwerpunkte und Gutachteraussagen zu den einzelnen Programmen im Forschungsbereich

Energy Efficiency, Materials and Resources

Gutachtervorsitzende: Prof. Dr. Rachel Thomson, Loughborough University, Loughborough, UK

Das Forschungsprogramm kombiniert die Notwendigkeit für höhere Effizienz bei der Energiegewinnung und dem Ressourcenverbrauch mit der Entwicklung neuer Materialien. Es verknüpft somit Herausforderungen aus den Bereichen Energie, Materialien und Ressourcen und erarbeitet vielversprechende wissenschaftliche und technologische Innovationen, die zu einer Effizienzsteigerung in industriellen Prozessen beitragen können. So ist die Forschung auf die technologischen Treiber des Energiemarkts ausgerichtet, adressiert die notwendige Steigerung der Energieeffizienz und Flexibilität von konventionellen zentralen und dezentralen Kraftwerken, und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Technologien, die potentiell den Energieverbrauch in der industriellen Produktion minimieren können. Auch wird die Entwicklung von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für Energieumwandlungssysteme und von flexiblen und effizienten Umwandlungsprozessen und -prozessketten vorangetrieben sowie die Implementierung von innovativen Technologien erschlossen, um die Energie- und Ressourceneffizienz im Bereich der Rohmineralproduktion und des Recyclings zu verbessern. Die Gutachter bestätigten, dass jedes dieser Themen Elemente enthält, die Weltklasse sind, und im internationalen Umfeld eine führende Rolle übernehmen könnten. Insbesondere ermöglicht die Expertise des Teams im Bereich der Kraftwerkstechnologien weltweit einzigartige Möglichkeiten. Weiterhin wurde aufgrund der komplexen Struktur der Thematik Materialentwicklung empfohlen, eine gute Managementstruktur und Koordination zu etablieren, die über Synergien eine Maximierung des wissenschaftlichen Mehrwerts ermöglicht,.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: DLR, FZJ, HZB, HZDR, KIT

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Manfred Aigner, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; Pressestelle: Andreas Schütz, Telefon: 02203 / 601- 2474, andreas.schuetz(at)dlr.de

 

Renewable Energies

Gutachtervorsitzender: Prof. Dr. Ferdi Schüth, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr, Germany

Die Strategie des Programms umfasst die Erforschung von komplementären Technologien für die Nutzbarmachung erneuerbarer Energiequellen und beschäftigt sich mit wissenschaftlichen Fragestellungen im Energiekontext, die hochkomplexe und langzeitliche Entwicklungen erfordern. Die Programmthemen erstrecken sich von der Erforschung neuartiger Materialien, Solarzellkonzepte und -komponenten und hocheffizienten konzentrierten Solarsystemen über Konvertierungsprozesse von Biomasse bis hin zu Studien zu geothermischen Energiesystemen. Weiterhin adressiert das Programm als neue Thematiken den Bereich Windenergie, sowie die direkte Konvertierung von Sonnenenergie in Brennstoff. Die Gutachter waren von dem hohen Niveau der wissenschaftlichen Qualität und der Breite der behandelten Themen im Programm beeindruckt, die sich in einem ausgewogenen Verhältnis aus grundlagenorientierten bis zu angewandten Forschungsprojekten zusammensetzen. Die Gutachter bestätigten dem Programm eine exzellente langfristige Perspektive über für die geplante dritte Programmorientierte Förderperiode (POF III) hinaus. Das Programm ist ein Eckpfeiler in der POF III und könnte seine Position weiter stärken, indem es Systemaspekte verstärkt in seine ganzheitliche Forschungsstrategie integriert. Aufgrund der hohen Bedeutung der Windenergie für die Energiewende, schätzen die Gutachter den Beginn der Helmholtz-Aktivitäten auf diesem Gebiet und erachten den jetzigen Stand als Basis, auf der ein hohes Niveau an Originalität in einer zukünftigen Phase erreicht werden kann. Die Gutachtergruppe hob hervor, dass die Qualität des neu geschaffenen Bereichs Solar Fuels schon jetzt exzellent sei. Sie betonte, dass sich die Thematik durch die Breite der verfolgten Forschungsansätze und deren Integration in die Gesamtstruktur auszeichnet.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: DLR, FZJ, GFZ, HZB, KIT, UFZ

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Bernd Rech, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie; Pressestelle: Ina Helms, Telefon: 030 / 8062-42034, ina.helms(at)helmholtz-berlin.de

 

Storage and Cross-Linked Infrastructure

Gutachtervorsitzender: Prof. Dr. Jack Fletcher, University of Cape Town, South Africa

Das neu etablierte Programm umfasst die Erforschung von Energiespeichern, Technologien zur Energieumwandlung und Energie-Infrastrukturen. Es werden konkret die Technologien adressiert, die im Rahmen der Energiewende für ein nationales nachhaltiges Energiesystem, das Techniken zur Speicherung und Verteilung von Energie im gesamten Netz erfordert, von großer Bedeutung sind. So verbindet es Forschung und Entwicklungsprojekte für thermische, elektrische und chemische Energiespeicher mit Prozess- und Verfahrensentwicklung und schließt die Erforschung von Infrastrukturen zur Verteilung und Speicherung mit ein.

Die Gutachter sehen das Programm als zentral für den Forschungsbereich an, da es die nicht-nuklearen Programme im Hinblick auf die technologische Entwicklung für die Realisierung der Energiewende zusammenführt. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten seien beeindruckend, deren zentrale Themen von international anerkannten Wissenschaftlern vorangetrieben werden. So bestätigte das Gremium die zweifelsohne hohe strategische Relevanz der Forschung auf dem Gebiet der mobilen und stationären elektrochemischen Speicher. Auf dem Gebiet der Brennstoffzellen sei die definierte Ausrichtung der Arbeiten exzellent und spiegelt sich in einer sehr guten strukturellen Kohärenz wider. Im Bereich der technologischen Entwicklung von supraleitenden Verbindungen existiere weltweit keine vergleichbare Forschungsaktivität. Die Forschungsvorhaben im Bereich der Netzstrukturen zeichneten sich allerdings durch eine starke interdisziplinäre Kollaboration zwischen den Ingenieurswissenschaften und Wirtschaftswissenschaften aus. Die Gutachter empfahlen daher, eine eindeutige Fokussierung und Positionierung der Aktivität zu entwickeln und umzusetzen.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: KIT, DLR, FZJ, HZB, HZDR

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr-Ing. Mathias Noe, Karlsruher Institut für Technologie; Pressestelle: Monika Landgraf, Telefon: 0721 / 608-47414, monika.landgraf (at) kit.edu

 

Future Information Technology (FIT) - Fundamentals, Novel Concepts, and Energy Efficiency

Gutachtervorsitzender: Prof. A. Paul Alivisatos, Lawrence Berkeley National Laboratory, USA

Zu diesem forschungsbereichsübergreifenden Programm, das die Forschungsbereiche Schlüsseltechnologien und Energie verbindet, tragen das Forschungszentrum Jülich und das Helmholtz-Zentrum Berlin bei. Der Energieverbrauch von Informations- und Kommunikationstechnologien ist in den letzten Jahren signifikant gestiegen. Forschungsziel ist es daher, mittels neuer innovativer Forschungsansätze Rechenleistung, Datenspeicherdichten und Datenübertragungsraten von Informationstechnologien zu erhöhen und gleichzeitig den Bedarf an elektrischer Energie drastisch zu reduzieren. Hierzu verfolgt das Programm zwei Ansätze: Zum einen werden grundlegend neue Ansätze festkörperbasierter Technologien erforscht und neuartige Strategien untersucht, um für zukünftige Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz zu erreichen und den Energieverbrauch zu senken. Zum anderen beschäftigt sich das Programm punktuell mit auf Materialeffekten basierenden Eigenschaften zur Energiegewinnung, -umwandlung und -speicherung. Das Gutachtergremium bescheinigte dem Programm eine exzellente in Teilen sogar herausragende wissenschaftliche Qualität. Sie wiesen ebenfalls auf die hohe strategische Relevanz des Programms für Gesellschaft und Wirtschaft hin. Auch im internationalen Vergleich seien Teile des Programms weltweit führend. Die Erforschung von energieeffizienten Informationstechnologien sei hoch aktuell. Die Gutachter regten an, die theoretischen Bemühungen innerhalb des Programms noch weiter zu intensivieren und die bestehenden Synergien zwischen einigen Programmthemen noch stärker auszunutzen, um die Weiterentwicklung des Programms zu befördern.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: FZJ, HZB

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Rainer Waser, Forschungszentrum Jülich; Pressestelle: Anne Rother, Telefon: 02461 / 61-4661, a.rother(at)fz-juelich.de

 

Technology, Innovation and Society

Gutachtervorsitzender: Prof. Dr. Harald Rohracher, Linköping University, Schweden

Das forschungsbereichsübergreifende Programm, das die Forschungsbereiche Schlüsseltechnologien und Energie verbindet, beschäftigt sich mit der Erforschung nicht-technologischer Aspekte des Innovationsprozesses, indem es die Zusammenhänge zwischen der technologischen Entwicklung und den damit in Verbindung stehenden Veränderungen ökonomischer und ökologischer Faktoren, politischen Kontexten und ethischen Fragestellungen erörtert. Das Programm vereint in den Forschungsbereichen Energie und Schlüsseltechnologien interdisziplinäre Forschung im Bereich der Systemanalyse, Technologiefolgenabschätzung, Nachhaltigkeitsforschung sowie Risiko- und Innovationsforschung. So werden Ansätze zur Technikfolgenabschätzung auf neue technologische Felder angewandt und Politikberatung durchgeführt, integrale Strategien für die optimale Nutzbarmachung von erneuerbaren Energien im Rahmen der damit verbundenen Risiken und Konflikte erarbeitet. Die einzelnen Themen adressieren hochrelevante wissenschaftliche Fragestellungen und sind für die Bewältigung der großen Herausforderungen und deren sozialen Einflusses ein elementarer Bestandteil der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Gutachter bestätigten die hohe wissenschaftliche Qualität des Programms, schlugen jedoch Strategien zur kontinuierlichen Weiterentwicklung vor. Dabei wurden vor allem die strukturelle Vernetzung der Forschungsthemen im Programm und im Forschungsbereich, das Portfolio der gewählten Forschungsansätze und der wissenschaftliche Impact kritisch analysiert. So empfahlen die Gutachter die Integration der Themen im Programm und im Forschungsbereich zu verbessern, das Portfolio der gewählten Forschungsansätze strategisch zu schärfen und neue konzeptionelle und methodologische Gebiete im Bereich der Modellierung zu erschließen.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: DLR, FZJ, KIT, UFZ

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Armin Grunwald, Karlsruher Institut für Technologie; Pressestelle: Monika Landgraf, Telefon: 0721 / 608-47414, monika.landgraf(at)kit.edu

 

Nuclear Waste Management, Safety and Radiation Research

Gutachtervorsitzende: Prof. Dr. Sue Clark, Washington State University, USA

Das Forschungsprogramm ist auf Sicherheitsfragen der nuklearen Entsorgung einschließlich der Langzeitsicherheit der Endlagerung sowie der Sicherheit von Kernkraftwerken ausgerichtet und verfolgt technisch stimmige und überzeugende Forschungsstrategien, die das national angestrebte Vorhaben zum Rückbau der Kernenergie beflügeln. Es bearbeitet Problemstellungen zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen, zur nuklearen Reaktorsicherheit sowie zur Durchführung des kompletten nuklearen Rückbaus.

Die Gutachter unterstützen mit Nachdruck die geplanten Aktivitäten und bewerteten sowohl die Forschungsergebnisse als auch die vorgeschlagene Forschungsstrategie als hervorragend. Sie waren überzeugt, dass der Forschungsantrag für die Wissenschaftler eine Roadmap definiert, die weiterhin die Standards für die internationale Wissenschaft setzt und einen erheblichen Einfluss auf den sicheren Betrieb und Rückbau der nuklearen Anlagen in Deutschland und im Ausland haben wird. In diesem Kontext empfahlen sie die Entwicklung einer Forschungsstrategie für die zukünftige Periode, in der der Rückbau der Kernenergie erfolgt und vollzogen ist und die es erlaubt, Kompetenzen in der Kerntechnik in Deutschland zu halten.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: FZJ, HZDR, KIT

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Dirk Bosbach, Forschungszentrum Jülich; Pressestelle: Anne Rother, Telefon: 02461 / 61-4661, a.rother(at)fz-juelich.de

 

Nuclear Fusion

Gutachtervorsitzender: Prof. Dr. Albrecht Wagner, Savièse, Switzerand

Das Programm trägt in Zusammenarbeit mit seinen europäischen und internationalen Partnern dazu bei, ein Fusionskraftwerk zu realisieren und thematisiert in einem komplementären Ansatz die Schlüsselelemente für die Nutzbarmachung der Kernfusion als Energiequelle. Neben der Erforschung der Plasma-Wand Wechselwirkung und Arbeiten an Materialien und Fusionstechnologien werden Forschungsarbeiten an Reaktoren des Typs Stellarator und Tokamak vorangetrieben. Die Gutachter hoben hervor, dass die beteiligten Wissenschaftler weltweit führend in ihrem Forschungsgebiet seien, einzigartige Infrastrukturen etabliert hätten und Fragestellungen adressierten, die von außerordentlicher Wichtigkeit für die Kernfusion als Energiequelle sind. Des Weiteren betonten die Gutachtergremien die Vielschichtigkeit und Tiefe der Analysen, die herausragende Produktivität und das umfassende Portfolio. Insbesondere im Bereich der Stellarator-Forschung sei die wissenschaftliche Qualität und Originalität der Forschungsaktivität überragend. Nach einer erfolgreichen Inbetriebnahme und Upgrade der Infrastruktur Wendelstein 7-X werden einzigartige Lösungen für essentielle wissenschaftliche Herausforderungen angeboten. Dies macht die Forschung in diesem Gebiet auf einem entscheidenden Bereich der Energieforschung unbestritten zur weltweit führenden Aktivität.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: IPP, FZJ, KIT

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Robert Wolf, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Pressestelle: Isabella Milch, Telefon: 089 / 3299-1317, milch(at)ipp.mpg.de

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    • Dr. Tobias Sontheimer
    • Forschungsbereichsbeauftragter Energie
      Helmholtz-Gemeinschaft