Presseinformationen 2020

Wasserstoff ist das Schlüsselelement zur Etablierung einer nachhaltigen Chemieindustrie. Mit der Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP in Leuna, für die heute der feierliche erste Spatenstich erfolgte, übernimmt Sachsen-Anhalt eine Pionierrolle beim Erreichen dieses Ziels. Die Pilotanlage wird Grünen Wasserstoff zur emissionsarmen Herstellung von Grundchemikalien und Kraftstoffen produzieren, das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) bündeln dazu ihre Kräfte.

Reis ist das wichtigste Grundnahrungsmittel weltweit. Doch gerade die Produktion ist mit hohem Energieaufwand und den damit verbundenen negativen Umweltauswirkungen verbunden. Forschende des Fraunhofer UMSICHT entwickeln eine vielversprechende nachhaltige Alternative, indem sie bisher ungenutzte Biomasse für die dezentrale Stromproduktion verwenden.

Als überwiegend trockenes Land steht Südafrika vor der enormen Aufgabe, vorhandene Ressourcen nachhaltig zu bewirtschaften. Dies betrifft neben den knappen Wasservorkommen auch den Ausbau regenerativer und dezentraler Energiesysteme sowie die Ernährungssicherheit. Die Universität Stellenbosch und die Fraunhofer-Gesellschaft haben nun im Rahmen einer strategischen Partnerschaft die »Fraunhofer Innovation Platform for the Water-Energy-Food Nexus« eingerichtet. Gemeinsam sollen in dieser langfristigen Kooperation bedarfsgerechte technologische und sektorübergreifende Lösungen zur Wasser-, Energie- und Ernährungssicherheit erarbeitet werden – zum Wohle der Menschen und der Umwelt.

Die Energiewende ist ein entscheidender Schlüssel auf dem Weg in eine klimaneutrale Zukunft. Insbesondere die Transformation der energieintensiven Grundstoffindustrie erfordert große Mengen an Strom aus regenerativen Quellen. Um die Entwicklung einer klimaneutralen Industrie zu fördern, muss daher der Ausbau erneuerbarer Energien vorangetrieben werden – und das bei wettbewerbsfähigen Strompreisen. Zu diesem Schluss kommt das von der Landesinitiative IN4climate.NRW veröffentlichte Positionspapier »Industriezukunft konsequent gestalten«. Unterzeichner des Papiers sind zahlreiche Unternehmen der energieintensiven Industrie (darunter BASF, BP, LANXESS, Shell, thyssenkrupp und Uniper) sowie das Fraunhofer UMSICHT.

Fraunhofer beteiligt sich an einer binationalen Forschungs- und Entwicklungskooperation zwischen Deutschland und Marokko zur Entwicklung und Förderung der Wasserstofftechnologie bzw. des »Power-to-X«-Sektors in dem Maghrebstaat. Das Fraunhofer IGB hat dort bereits entsprechende Studien erstellt und arbeitet im Projekt »Green Ammonia« mit marokkanischen Forschungs- und Industriepartnern beim Aufbau einer Demonstrationsanlage zusammen.

Elektrische Wärmepumpen stellen im Neubau inzwischen die dominierende Heiztechnologie dar. Doch auch in Bestandsgebäuden funktionieren die Wärmeerzeuger zuverlässig und sind ökologisch vorteilhaft. Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. Die Ergebnisse des Abschlussberichts liegen nun vor. In dem Projekt »WPsmart im Bestand« untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 56 bestehende Gebäude mit Wärmepumpen. Die Geräte funktionierten meist einwandfrei, beim Betrieb kam es nur selten zu Störungen. Die auf Basis der Messungen errechneten CO2-Emissionen lagen im Vergleich zu Erdgas-Brennwertheizungen um 19 bis 57 Prozent niedriger. Wie auch im Neubau wird die Effizienz maßgeblich von der erforderlichen Heizkreistemperatur beeinflusst, die aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Heizwärmebedarfe und Wärmeübergabesysteme eine große Bandbreite aufweist. Das Monitoringprojekt lief über fünf Jahre bis Mitte 2019 und wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziell gefördert. Projektpartner waren acht Wärmepumpenhersteller und drei Energieversorger. Ein Nachfolge-Projekt wird sich künftig mit der Qualitätssicherung von Wärmepumpen in sanierten Häusern befassen.

Schlacken aus der Stahl- und Metallherstellung enthalten wichtige Elemente, die derzeit noch ungenutzt bleiben. Es fehlen hochspezialisierte Methoden, um diese stofflich nutzbar zu machen und in einen effizienten Weiterverarbeitungsprozess einzubringen. Das gerade gestartete Forschungsprojekt »NuKoS« hat zum Ziel, mithilfe von Kohlendioxid aus Prozessgasen Schlacken zu höherwertigen Produkten für die Bau-, Kunststoff-, Zement- und Papierindustrie aufzubereiten. Das auf drei Jahre angelegte Projekt wird im Rahmen der Fördermaßname »CO2 als nachhaltige Kohlenstoffquelle - Wege zur industriellen Nutzung (CO2-WIN)« vom BMBF gefördert.

Vor dem Hintergrund von Klimawandel und Energiewende sowie steigenden Energiekosten für Endverbraucher koppeln immer mehr Privathaushalte ihre Solaranlagen mit Batteriespeichern. Eine der großen Herausforderungen bei diesen Heimspeichersystemen besteht darin, dass die Batterien bei intensiver Sonneneinstrahlung innerhalb weniger Stunden aufgeladen und dann über einen längeren Zeitraum (nachts) bei sehr geringer Leistung (Teillast) entladen werden. Daher sollten Batteriewechselrichter einen hohen Umwandlungswirkungsgrad über einen möglichst breiten Leistungsbereich haben. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat in dem 2017 gestarteten Projekt »HyBaG« in Zusammenarbeit mit Kaco New Energy und STS - Spezial-Transformatoren Stockach einen auch im Teillastbereich verlustarmen Hybrid-Wechselrichter entwickelt. Privathaushalte können mit dem neuen Wechselrichter bis zu 250 Euro jährlich sparen.

Wenn es um die Frage geht, wie erneuerbare Energien in unsere Energiesysteme integriert werden können, lautet die Antwort meist: mit Hilfe klassischer Stromspeicher wie Batterien oder Wärmeversorgungsanlagen in Kombination mit thermischen Energiespeichern. Dass auch der Sektor Kälte ein hohes Potenzial zur Lastverschiebung mitbringt, ist den wenigsten bekannt. Für Abhilfe will das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT im Projekt »FlexKaelte« sorgen und lädt in einem ersten Schritt Anlagenbetreiber und -bauer zum virtuellen Austausch: Am 9. September findet der Online-Workshop »Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen für den elektrischen Energieausgleich in Deutschland« statt. Die Teilnahme ist kostenlos.

Für eine erfolgreiche Energiewende braucht es neue gesellschaftliche und politische Handlungsgrundlagen. Ein nun vom BMWi bewilligtes Projekt identifiziert internationale Best Practice-Beispiele für regulatorische Rahmenbedingungen, um in Schwellenländern das Potenzial von erneuerbaren Energien aufzuzeigen.

Abwärme aus der energieintensiven Industrie ist oft für den Einsatz in Fernwärmesystemen geeignet, jedoch meistens ungenutzt. Eine detaillierte Übersicht der in der EU verfügbaren Potenziale liefert jetzt eine Datenbank des Projekts sEEnergies. In Deutschland könnten 29 Petajoule Abwärme aus Industriestandorten genutzt werden, was dem Bedarf von mehr als einer halben Million Haushalte entspricht. So könnten unter anderem die in der Fernwärme typischen Kohle- und Gaskraftwerke ersetzt werden. Die Informationen stehen als Karten und herunterladbare Datensätze zur Verfügung.

Die Papierherstellung ist in Deutschland eine der energieintensivsten Branchen. Seit knapp 125 Jahren wird am Standort in Hagen-Kabel grafisches Feinpapier produziert. Die enormen Energie- und Wärmemengen für die Trocknung des Papiers – rund 550.000 MWh Wärme jährlich – werden heute noch zu einem großen Teil über fossile Energieträger bereitgestellt. Die Lösung: Erneuerbare Energien. Zukünftig soll ein Maximum der benötigten Wärme aus Tiefengeothermie gewonnen werden.

Bisher nicht gekannte Präzision und Geschwindigkeit sind die herausragenden Merkmale einer neuartigen Hochdurchsatz-Anlage für die Metallisierung von Silicumsolarzellen sowie andere funktionale Druckverfahren. Die Anlage ist in der Lage, hochpräzise Beschichtungsprozesse im Rotationssiebdruck- und Flexodruckverfahren mit einer Druckgeschwindigkeit zu realisieren, die im industriellen Maßstab einem Durchsatz von bis zu 8000 Bauteilen pro Stunde entspricht. Entwickelt wurde sie von einem Projektkonsortium unter der gemeinsamen Federführung der Asys Automatisierungssysteme GmbH und dem Fraunhofer ISE. Neben Solarzellen kann die Anlage funktionale Bauteile z.B. für Anwendungen im Bereich Wasserstofftechnologie, Sensorik oder Leistungselektronik beschichten.

Mit einer Förderung des Freistaats Thüringen über 13,5 Millionen Euro nimmt das Batterie-Innovations- und Technologie-Center (kurz: BITC) am 10. Juli 2020 im Industriegebiet Erfurter Kreuz seine Arbeit auf. Die Eröffnung unter Anwesenheit von Professor Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, Marco Wanderwitz, Beauftragter der Bundesregierung für die neuen Länder, Thüringens Wirtschaftsminister Wolfgang Tiefensee und weiteren Gästen aus Politik, Wirtschaft und Presse markiert einen wichtigen Schritt beim Ausbau und der Vernetzung der Aktivitäten im Bereich der Batterie- und Energiespeichertechnik in Thüringen. Als Außenstelle des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS ist das BITC an eines der größten Batterieforschungsinstitute Deutschlands angebunden und greift auf starke Verbindungen in die Wirtschaft zu.

Die Zeitschrift "Energie und Management (E&M)" hat das Erdgas-BHKW am Fraunhofer IISB zum "BHKW des Monats" ernannt. In der E&M-Ausgabe 11-12 vom 15. Juni 2020 berichtet die "Zeitung für den Energiemarkt" über das intelligente Lastmanagement mit BHKW, Batterie und Wärmespeicher am IISB.

Das Projekt ARIADNE analysiert politische Maßnahmen, mit denen sich die Energiewende erfolgreich umsetzen lässt. Es ist eines der Kopernikus-Projekte, die eine der größten Forschungsinitiativen der Bundesregierung zum Thema Energiewende bilden. Das Fraunhofer IEE ist einer von über 26 Verbundpartnern und leitet das Arbeitspaket »Sektorale Fokusanalyse Ausbau erneuerbare Energien im Strommarkt«.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat heute Daten zur öffentlichen Nettostromerzeugung für das erste Halbjahr 2020 vorgestellt, die aus der Datenplattform Energy-Charts hervorgehen. Mit einem Anteil von 55,8 Prozent an der Nettostromerzeugung zur öffentlichen Stromerzeugung – also dem Strommix, der aus der Steckdose kommt – stellten die erneuerbaren Energien einen neuen Rekordwert auf. Im Februar lag ihr Anteil sogar bei 61,8 Prozent. Solar- und Windenergieanlagen speisten gemeinsam 102,9 Terawattstunden (TWh) in das öffentliche Netz ein, gegenüber 92,3 TWh im ersten Halbjahr 2019. Die Stromproduktion aus Kohle ging dagegen stark zurück: der Anteil der Braunkohle sank auf 13,7 Prozent, Steinkohle kommt nur noch auf 6 Prozent. Die Windenergie war mit einem Anteil von 30,6 Prozent erneut stärkste Energiequelle.

In der To-Syn-Fuel-Anlage wird Klärschlamm mittels des TCR Verfahrens in wertvolle Fest-, Flüssig- und Gasfraktionen umgewandelt. Das erzeugte flüssige Bioöl wird mit dem Wasserstoff aus der erzeugten TCR-Gasfraktion zu geeigneten Kraftstoffen raffiniert.

Kürzere Prozessschritte, schnellere Produktionszeiten, kurzfristige Änderungen, geringerer Materialverbrauch, erhöhte Funktionalität und dadurch verringerte Kosten: Additive Fertigungsverfahren erschließen immer mehr Anwendungsgebiete und werden zunehmend relevanter für die Industrie. Gemeinsam mit dem Kupferhalbzeughersteller KME möchte das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in einem neuen Projekt den Einsatz von additiven Fertigungstechnologien für hochwärmeleitfähige Bauteile aus Kupfer und Kupferlegierungen erforschen. Dadurch sollen neue Marktsegmente im Bereich der Kühlelemente für die Leistungselektronik erschlossen werden.

Prof. Dr. Karsten Pinkwart, Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, in den Nationalen Wasserstoffrat der Bundesregierung berufen

Mittelständische Unternehmen müssen immer höhere Stromrechnungen bezahlen. Doch das muss nicht so bleiben. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA wollen die Stromlast mit intelligenten Algorithmen möglichst zuverlässig prognostizieren und so die Voraussetzung für ein Energieflexibilitätsmanagementsystem schaffen.

Das Energiesystem ist im Wandel. Variable Energieerzeugung, Dekarbonisierung, Dezentralisierung und sektorübergreifende Ansätze verlangen nach innovativen Speichern, um Nachfrage und Produktion auszugleichen. Um solche Energiespeicher zu entwickeln, werden Modelle zur Betriebs- oder Strukturoptimierung sowie zur Bewertung von Speichersystemen benötigt. Das Problem: Noch gibt es keine einheitlichen, wissenschaftlich abgesicherten Open-Source-Modelle für elektrische und thermische Energiespeicher, mit deren Hilfe technische, wirtschaftliche und regulatorische Fragestellungen gelöst werden können. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT will das ändern.

Windenergie in Form von Wasserstoff speichern, ein Elektrolyseur-Testfeld aufbauen und fünf Anwendungsfälle erproben: das Modellprojekt „Grüner Wasserstoff für Bremerhaven“, gefördert mit 20 Millionen Euro vom Land Bremen und der Europäischen Union (EFRE), ist nun offiziell gestartet. Die Forschungspartner Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES, Hochschule Bremerhaven und Technologie-Transfer-Zentrum (ttz) Bremerhaven legen in zwei Jahren Projektlaufzeit damit den Grundstein für ein „Kompetenzzentrum Wasserstoff“ in der Seestadt.

Der erste deutsche Offshore-Windpark alpha ventus wurde im Frühjahr 2010 eingeweiht. Er dient gleichzeitig auch als Forschungsplattform für die weitere Entwicklung der Offshore Windenergie. Die begleitende Forschungsinitiative RAVE (Research at alpha ventus) hat den Windpark seit seiner Errichtung mit umfangreicher Messtechnik vermessen und in zahlreichen Forschungsprojekten wichtige Fragestellungen bearbeitet. Das Ergebnis nach 10 Jahren ist durchweg positiv: Der Bereich Forschung und Entwicklung hat dazu beigetragen, dass heute Windparks mit rund 7.500 Megawatt installierter Leistung in deutschen Gewässern Strom produzieren. Der in RAVE entstandene weltweit einmalige Datensatz steht jetzt in einer vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) betriebenen Datenbank allen Forscherinnen und Forschern zur Verfügung, um die Offshore Windenergie weiter voranzubringen.

Elektrolyse und Wasserstoff werden in vielen Studien als wichtige Bausteine des zukünftigen Energiesystems anerkannt. Trotz des großen Potenzials zur Emissionssenkung und erfolgreicher Demonstrations- und Erprobungsprojekte ist grüner Wasserstoff in Deutschland jedoch bis auf Nischenfälle immer noch nicht im Energiesystem präsent. Im Projekt »Wasserstofftechnologien am Südlichen Oberrhein« untersuchen 21 Projektpartner unter Koordination des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme das Potenzial in der Region und erarbeiten Lösungswege, um diese Technologien aus der Nische zu holen.

Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) vergibt seit 2017 die Vorerkundungen von Windparkflächen in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) in Nord- und Ostsee zentral über ein Ausschreibungsverfahren nach dem Windenergie-auf-See-Gesetz (WindSeeG). Auf Basis dieser Vorerkundungen können interessierte Windparkbetreiber die Flächen einschätzen und sich auf deren Bebauung bewerben. Wichtige Informationen zu Meeresumwelt, Baugrund, Wind und ozeanographischen Verhältnissen ermöglichen den Bietern, Bauaufwand und zu erwartenden Ertrag besser abzuschätzen.

Hocheffiziente Siliziumsolarzellen ohne Wirkungsgradverlust nach der Inbetriebnahme: Darauf zielt das kürzlich gestartete, vom BMWi geförderte Verbundprojekt „Zero-Degradation in mono- und multi-kristallinen PERC-Solarzellen (ZORRO)“ ab. ZORRO wird vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen koordiniert.

Innerhalb weniger Monate hat die Corona-Krise den Handlungsdruck dramatisch erhöht – über einzelne nationale Interessen hinaus. Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion über den von der Europäischen Kommission als strategische Priorität eingeleiteten Green Deal haben 176 Unternehmen, FuE-Einrichtungen und Verbände aus ganz Europa eine gemeinsame Erklärung mitunterzeichnet. Die von der European Solar Thermal Electricity Association (ESTELA) angeführte Initiative fordert die Anerkennung der wichtigen Rolle der europäischen Solarthermie- Industrie im Kampf gegen den Klimawandel und für die Bereitstellung sofort verfügbarer Lösungen zur Dekarbonisierung von Energiesystemen.

Für die Optimierung von industriellen Energiesystemen reicht die Betrachtung eines einzelnen Bereichs, zum Beispiel der Wärmeerzeugung, nicht aus. Die verschiedenen Energiesektoren sind über Erzeugungsanlagen und Verbraucher eng gekoppelt, was zu einer hohen Komplexität bei der Analyse, Optimierung und beim Betrieb der Energiesysteme führt. Verbesserungen in einem Teilsystem führen in Bezug auf das gesamte System nicht unbedingt zu Effizienzerhöhungen und wirtschaftlichen Vorteilen, weshalb stets das Gesamtsystem betrachtet werden muss. Die Optimierungsziele Effizienzerhöhung, Lastspitzenreduktion und Eigenverbrauchserhöhung führen häufig zu Widersprüchen. Am Fraunhofer IISB wurde daher die Plattform ToSyCo (TotalSystemControl) zur Simulation und Steuerung sektorengekoppelter Energiesysteme entwickelt und erfolgreich validiert. Für das Reallabor IISB konnten durch die Betriebsstrategien aus ToSyCo Einsparpotentiale in Höhe von 25 % bezüglich des Leistungspreises und 6,5 % hinsichtlich des Arbeitspreises nachgewiesen werden.

In Deutschland und Europa wird die energiepolitische Diskussion derzeit stark von Wasserstoff als universellem Energieträger für die Energiewende geprägt. Die unterschiedlichen Sektoren erfordern aber eine differenzierte Betrachtung. Eine Studie des Fraunhofer IEE in Kassel hat den Einsatz von Wasserstoff im zukünftigen Energiesystem mit dem besonderen Fokus auf die Gebäudewärmeversorgung untersucht und in Bezug zur direkten Nutzung von elektrischem Strom in Wärmepumpen gesetzt.