Forschen für die Energiewende

Damit die Energiewende funktionieren kann, brauchen wir die Forschung.
Die Entwicklung neuer Technologien, die Strategieplanung für die Energiemärkte der Zukunft oder die Analyse verschiedener Infrastrukturmodelle: Dies ist nur eine Auswahl der Gebiete, an denen in Baden-Württemberg zurzeit geforscht wird. Wir stellen Power-to-Gas Baden-Württemberg und C/sells vor, zwei Forschungsprojekte, die die Energiewende im Land mit großem Einsatz unterstützen.

Leuchtturmprojekt setzt Signale für die Energiezukunft

Wasserstoff ist ein gutes Energiespeichermedium, bei dessen Verbrennung Energie freigesetzt wird. Der Vorteil dabei ist, dass bei dieser Verbrennung kein klimaschädliches CO₂ (Kohlendioxid) entsteht, welches als Treibhausgas die globale Erwärmung fördert. 
Das Leuchtturmprojekt Power-to-Gas Baden-Württemberg geht die Herausforderung an, ökostrombasierten Wasserstoff effizient und wirtschaftlich herzustellen. Dafür wurde in Grenzach-Wyhlen am Rhein ein Referenzstandort für grünen, strombasierten Wasserstoff aufgebaut. Das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) koordiniert die Unternehmung in Zusammenarbeit mit mehreren Partnern aus Forschung und Industrie. Gefördert wird das Projekt vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg

Dr. Marc-Simon Löffler vom ZSW konkretisiert das Ziel des Leuchtturmprojekts: „Wir haben in Baden-Württemberg einen industriellen Referenzstandort für strombasierten Wasserstoff geschaffen und wollen dort die Elektrolysetechnologie im kommerziellen Maßstab im Detail vermessen, Verbesserungspotentiale ableiten und diese vor Ort erproben. Die künftige Kernherausforderung besteht für uns darin, die Technologie in größere Maßstäbe zu skalieren und sie so auf eine marktfähige Ebene zu heben. Dafür müssen wir sie v. a. günstig und effizient machen.“

Mit klimafreundlichem Strom aus dem Wasserkraftwerk der Energiedienst Holding AG in Grenzach-Wyhlen testen die Forscherinnen und Forscher eine 300-kW-Elektrolyse. Der Power-to-Gas-Standort zählt zu den im Sommer 2019 gekürten Gewinnern des Ideenwettbewerbs „Reallabore der Energiewende“ des BMWi.

Power-to-X: vielfältige Möglichkeiten

Das Projektteam arbeitet neben mehreren Partnern aus der Wissenschaft auch mit acht Partnern aus der Industrie zusammen, um zusätzlich zur Forschungskomponente auch einen umfassenden Blick auf die Bedarfsstruktur von industriell genutztem Wasserstoff zu erhalten.
Wasserstoff wird in der Industrie z. B. zur Herstellung von Ammoniak, als Kühlmittel (auch für extrem tiefe Temperaturen), als Reduktionsmittel zum Sauerstoffentzug in der Metallverarbeitung und als Treibgas verwendet.
Aber insbesondere in der Mobilität der Zukunft spielt Wasserstoff eine große Rolle. So kann er z. B. in Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden oder zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen genutzt werden.
Löffler erklärt: „Man kann Power-to-Gas (‚aus Strom-wird-Gas‘) sinnvollerweise auch Power-to-X nennen – dieser Begriff umfasst die vielfältigen Möglichkeiten zur Speicherung und nachgelagerten Nutzung von strombasiertem Wasserstoff besser“.

Baden-Württemberg – Standort mit Alleinstellungsmerkmal

Für die künftige großtechnische Erzeugung von strombasiertem Wasserstoff sind aufgrund der Wind- und Sonnenverhältnisse Regionen wie z. B. Nordafrika, Chile oder Australien besonders gut geeignet.
Baden-Württemberg hat für die Energiewende auf globaler Ebene jedoch eine ebenso wichtige Funktion: „Wir hier im Land entwickeln die nötigen Technologien, Fertigungsverfahren und Methoden, mit denen Energiewendeprojekte weltweit erfolgreich umgesetzt werden können“, so Dr. Löffler. So wie im Rahmen des Leuchtturmprojekts Power-to-Gas Baden-Württemberg, das mit seiner Forschung zur Elektrolysetechnologie Signale für die Zukunft des Wasserstoffs setzt.

Im Wasserkraftwerk in Grenzach-Wyhlen wird grüner Strom für die strombasierte Wasserstoffherstellung erzeugt. Quelle: Energiedienst
Elektrolyseeinheit des ZSW: Hier wird Wasser unter Verwendung von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.
Im Verdichter wird Wasserstoff unter Druck gesetzt und komprimiert, um den Transport zu erleichtern und effizienter zu machen.

Das Fenster zur Energielandschaft der Zukunft

Weniger spezifisch, aber ebenso praxisnah arbeitet das Team im Schaufensterprojekt C/sells. Das „C“ im Namen C/sells steht für „cells“, engl. für Zelle. Die Namensgebung der Initiative beruht auf der Leitidee des zukünftigen Energiesystems: Einzelne autonome „Zellen“, wie bspw. Städte, Liegenschaften oder auch ein Flughafen partizipieren am Energienetz. „Sells“, engl. für verkaufen, steht für die Tatsache, dass in dieser Vernetzung auch neue Geschäftsmodelle und Werteangebote entstehen. 
C/sells agiert in den Bundesländern Baden-Württemberg, Bayern und Hessen. „Wir schaffen einen Einblick in die Energiezukunft dieser Länder“, erklärt Nikolai Klempp vom IER (Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung) der Universität Stuttgart.
Auch C/sells ist eine vom BMWi geförderte Initiative. Das entsprechende Förderprogramm heißt „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“, kurz: SINTEG.
SINTEG unterstützt Projekte, die intelligente Rahmenbedingungen für die flächendeckende Umsetzung der Energiewende in Deutschland entwickeln und erproben. Diese Schaufensterprojekte befassen sich schwerpunktmäßig mit der „intelligente[n] Vernetzung von Erzeugung und Verbrauch sowie [dem] Einsatz innovativer Netztechnologien und -betriebskonzepte“, so das BMWi.
C/sells besteht aus mehreren Teilprojekten, die verschiedene Unterziele verfolgen.
Trotzdem gibt es drei übergreifende, zentrale Projektziele – politisches Marketing zugunsten der Energiewende betreiben, flexible technische und marktwirtschaftliche Bedingungen für Akteure der Energiewende schaffen und die praktische Umsetzung von Energiewendelösungen fördern. Dafür arbeiten die Forscherinnen und Forscher von C/sells an Konzepten für funktionstüchtige Rahmenbedingungen im Markt, in der Technologie und im Marketing.

Akteure vernetzen

Zellulär, partizipativ, vielfältig – so sieht laut C/sells die Energiezukunft aus. Eine bedeutende Aufgabe des Projekts ist das Schaffen eines funktionalen Netzwerks zwischen Akteuren der Energiewende wie z. B. Privatpersonen, Kommunen, Unternehmen und Verteilnetzbetreibern, sowie die Stärkung des Netzbereichs bei der Umstellung auf erneuerbare Energien. Akteure sollen autonom agieren können, aber dabei nicht autark sein. Sie sollen alleine handlungsfähig sein, ohne dabei von anderen abgetrennt zu sein. Ebenso wie Zellen im menschlichen Körper – diese liegen nebeneinander und tauschen sich untereinander aus, kommen aber trotzdem eigenständig ihren Aufgaben nach.

Verteilung der Zellen in Süddeutschland nach C/sells: Partizipationszellen sollen die Beteiligung aller möglichen Energiewende-Akteure bewirken, Demozellen für eine realistische Darstellung der potenziellen Energiezukunft sorgen. Quelle: Smart Grids-Plattform Baden-Württemberg e.V.

Forschung, die Wissen schafft

Die Forschung zur Energiewende hat noch einen weiteren, wichtigen Effekt: „Indem wir forschen, machen wir Wissen zugänglich und bereiten so Diskussionsgrundlagen für die Bevölkerung, die Politik und die Wirtschaft. Diese Grundlagen sind ein wichtiger Bestandteil für eine partizipative und vielfältige Energiezukunft, an der alle Akteure tatkräftig mitwirken können“, so Nikolai Klempp, der bei C/sells als Experte für Energiemärkte fungiert.

Forschungsprojekte wie C/sells und Power-to-Gas Baden-Württemberg leisten einen wesentlichen Beitrag für eine funktionierende Energiewende im Land und bundesweit.

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