Das Bundeskabinett hat das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung „Innovationen für die Energiewende“ beschlossen. Die aktuelle Finanzplanung sieht vor, die Energieforschung im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms im Zeitraum 2018 bis 2022 mit rund 6,4 Mrd. € zu fördern. Das entspricht einer Steigerung von rund 45 Prozent gegenüber dem Vorläuferprogramm im Vergleichszeitraum 2013 bis 2017, wie die Bundesregierung ausführt.
Neben den zentralen Forschungsfeldern Energieeffizienz und erneuerbare Energien setze das 7. Energieforschungsprogramm neue Schwerpunkte bei der Digitalisierung, der Sektorkopplung und der Energiewende im Wärme-, Industrie- und Verkehrssektor „einschließlich gesellschaftlicher Fragestellungen“, heißt es seitens der Regierung. Mit diesen systemübergreifenden Forschungsthemen rücke die Transformation des Gesamtsystems in den Fokus der Forschungsförderung.
„Erhebliche Flexibilitätspotenziale“ durch die Sektorkopplung
Durch die Sektorkopplung könnten sich „erhebliche Flexibilitätspotenziale“ ergeben, heißt es in Energieforschungsbericht. Im Blickpunkt stehen neben der direkten Nutzung von Strom in anderen Sektoren auch Power-to-Gas-Lösungen. Mit Blick auf die Anbindung stellt der Bericht das gesteuerte Laden und Entladen von Elektrofahrzeugen (vehicle-to-grid) sowie die Entwicklung verbesserter Batterien in den Fokus. Weitere Forschungsthemen beträfen das netzdienliche Laden, innovative Oberleitungssysteme oder effiziente DC-Netze.
Im Bereich der Wärme- und Kälteversorgung könne erneuerbarer Strom entweder direkt oder mittels Wärmepumpen (inkl. Klimaanlagen) eingesetzt werden. „Neben der Forschung und Entwicklung zu Einzeltechnologien sind hier ganzheitliche Konzepte für Wärme-/Kältesysteme vor allem im Kontext von Gebäuden und Quartieren gefragt“, heißt es weiter.
In vielen Fällen erfordere die Sektorkopplung aber die Umwandlung elektrischer Energie in synthetische Gase, alternative Kraftstoffe oder chemische Rohstoffe über Power-to-X-Konzepte wie Power-to-Gas, Power-to-Liquids und Power-to-Chemicals. Und diesen Power-to-X-Lösungen räumt der Bericht einen breiten Raum ein. „Die Effizienz, die Flexibilität und die Wirtschaftlichkeit entsprechender Anlagen sind deutlich zu steigern“, gibt der 7. Energieforschungsbericht vor. Die entsprechenden Technologien müssten für unterschiedliche Größenklassen verfügbar gemacht werden, „inklusive effizienter Pfade der weiteren Umwandlung“.
Da zur Herstellung der meisten synthetischen Kraft- und Brennstoffe neben elektrischer Energie auch Kohlenstoff als Rohstoff benötigt wird, habe die Sektorkopplung enge Bezüge zu CO2-Technologien und zur Biogaserzeugung. CO2 werde auf diese Weise neben Wasserstoff ein „weiteres Scharnier der Sektorkopplung“.
Auch Technologien wie die Methanpyrolyse sollen erforscht werden
Bei der Erzeugung von regenerativem Wasserstoff nennt der Bericht als „wesentliche Herausforderungen“ neben den Kosten die Steigerung der Energieeffizienz der Prozesse und die sinnvolle Nutzung nicht vermeidbarer Abwärme. „Technologische Optionen und Design-Revisionen hinsichtlich Konzepten, Systemtechnologien, Prozessen, Peripherie, Komponenten und Materialien sind genauso Forschungsgegenstand wie eine ferngesteuerte, automatisierte und systemdienliche Betriebsführung im Strommarkt“, heißt es mit Blick auf den „grünen“ Wasserstoff weiter.
Bei der nachhaltigen Produktion von Wasserstoff setze die Bundesregierung „wie im gesamten Energieforschungsprogramm“ auf Technologieoffenheit. Sie unterstütze daher die Erforschung vielversprechender neuer Pfade wie z. B. die Methanpyrolyse zur kontrollierten, klimaneutralen Aufspaltung von Methan in Wasserstoff und elementaren Kohlenstoff, der als wertvoller Rohstoff in der chemischen Industrie benötigt werde. Die Erzeugung von Wasserstoff oder anderen chemischen Energieträgern mittels erneuerbarer Energie im Sonnengürtel der Erde eröffne zudem eine „globale Perspektive“.
Leuchtturmprojekte mit großen Elektrolyseanlagen in Metropol- und Industrieregionen und dezentralen Anlagen für Vorort-Verbraucher könnten die komplette Wertschöpfungskette untersuchen, heißt es im Bericht weiter. „Die Erweiterung auf energiemarktnahe, systemische Projekte, z. B. als Reallabore oder als Weiterentwicklung von KopernikusProjekten kommt diesem Forschungsbedarf entgegen.“ Dies gelte insbesondere für die Systemintegration der Wasserstofferzeugung, mögliche Wasserstoff-Leitungsnetze, die Überführung der Wasserelektrolyse in den industriellen Maßstab und die digitale Vernetzung innerhalb der gesamten Energiewirtschaft.
Energieforschungsbericht denkt Power-to-Gas im großen Stil
Betrachtungen zur Gesamtsystemsicht im Energieforschungsbericht zeigen, dass die Bundesregierung Power-to-Gas „groß“ denkt und nicht nur als Lückenfüller für eine regenerative „Überschussproduktion“ von Strom. Aus einer entsprechenden Gesamtsystemsicht seien vor allem Salzkavernen (Kavernenspeicher) und poröse Formationen (Porenspeicher) zur großvolumigen Langzeitspeicherung geeignet. „Sie bedürfen aber weiterer Erforschung“, macht der Bericht deutlich. Untersuchungen zum Potenzial geologischer Formationen, zur Auslegung notwendiger technischer Installationen, aber auch von Fragen zu Genehmigung, Bau und Betrieb sowie möglichen Risiken seien „wichtige Grundlagen für die künftige Errichtung realer Gigawatt-Elektrolyse-Speicher-Anlagenparks“.
Weitere Forschungsfragen beziehen sich auf funktionsfähige feste Wasserstoffspeicher und alternative, neuartige Speicher wie organische Flüssigkeiten. Die sichere und benutzerfreundliche Verwendbarkeit von Wasserstoff sei eine Grundvoraussetzung der Technologieentwicklung. Akzeptanz- und Partizipationsforschung könne hier helfen, die Bedürfnisse und Präferenzen von Nutzern frühzeitig zu identifizieren und einzubinden.
Altmaier: „Digitalisierung und Sektorkopplung Schlüssel zu einer weiter erfolgreichen Energiewende“
„Wir gehen die Zukunftsthemen an, indem wir uns systemübergreifenden Fragestellungen widmen. Digitalisierung und Sektorkopplung sind der Schlüssel zu einer weiter erfolgreichen Energiewende“ sagte Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU) anlässlich der Verabschiedung des Programms. Mit den neuen Innovationen sollen nicht nur beim Strom, sondern gerade auch bei Wärme Fortschritte erreicht werden.
„Nur mit anwendungsorientierter Grundlagenforschung können wir die notwendigen Innovationen schaffen – etwa für die Wasserstoffproduktion, die Wärme- und Mobilitätswende und auch für die gesellschaftliche Beteiligung“, merkte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek (CDU) an.
Lesen Sie hier, wie der 7. Energieforschungsbereich die künftige Rolle der Bioenergie definiert:
Bioenergie: Von der Produktion erneuerbarer Energie zum Angebot von Flexibilität