Die Energiewende ist beschlossene Sache. Bis 2022 sollen alle Atomkraftwerke in Deutschland abgeschaltet sein, die CO2-Emissionen enorm verringert – und die Energie damit sicher, sauber und bezahlbar werden. Damit das wie geplant gelingt, fordert Johanna Wanka, Bundesministerin für Bildung und Forschung, die Wissenschaft auf: Sie soll Antworten auf drängende Fragen finden und Energiekonzepte für die Zukunft entwerfen. Insgesamt 400 Millionen Euro beträgt die Förderung, die vier ausgewählte Initiativen, die sogenannten Kopernikus-Projekte , über einen Zeitraum von zehn Jahren von der Bundesregierung erhalten. Davon 120 Millionen Euro in den ersten drei Jahren, und anschließend bis zum Jahr 2025 noch einmal 280 Millionen Euro. Beteiligt sind neben Universitäten auch andere Forschungseinrichtungen, Unternehmen und gesellschaftliche Akteure. Das Ziel: umsetzbare Lösungen für die Energiewende erarbeiten – und nicht weniger als einen Paradigmenwechsel einläuten. Wie auch schon vor über 500 Jahren der Namensgeber Nikolaus Kopernikus, der Begründer des damals neuen, heliozentrischen Weltbildes.

Aus zentral wird dezentral

Die größte Herausforderung der Energiewende: Aus unserem derzeit zentralen ein dezentrales Energiesystem zu schaffen. Wenn sich der Strom in den kommenden Jahren zu 80 Prozent aus erneuerbarer Energie speisen soll, "müssten die Energien in der Fläche abgeerntet werden", so Prof. Dr. Veit Hagenmeyer, Kollegialer Institutsleiter am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). "In der Folge wandeln sich Netze vielleicht eher in ein Stadt-Umland-Szenario, die eine Vernetzung auf einer geeigneten Spannungsebene brauchen. Wie diese aussehen kann, erforschen wir am KIT".

Neue Netzstrukturen

Neben den neuen Netzstrukturen identifizierte das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) drei weitere Forschungsfelder für die erfolgreiche Energiewende. Das Karlsruher Institut für Technologie ist an drei der vier Projekte beteiligt . Als Koordinator des ENSURE-Projekts (Neue Energienetzstrukturen für die Energiewende) beschäftigt es sich federführend mit der Frage, wie man das Stromnetz an eine unregelmäßige Versorgung anpassen kann. Dazu gehört, stabile Mechanismen und die Integration neuer Technologien zu untersuchen, sowie die Antwort darauf, wie die Transformation des Energiesystems auch gesellschaftlich gelingt. "Unser Ziel ist, darzustellen, wie die Energieversorgung in einer Stadt mit bis zu 300.000 Einwohnern zukünftig aussehen kann", sagt Hagenmeyer. "Dabei ist auch wichtig, dass wir in Vorhersagemethoden von Big Data investieren, zum Beispiel zum Stromverbrauch und zur Wärmenutzung. Und auch die IT-Sicherheit rückt immer stärker in den Fokus." In Zeiten, in denen alles vernetzt ist, kann die komplette Energieversorgung einer Stadt das Ziel von Cyberangriffen sein. Im schlimmsten Fall wird sie vom Netz abgeschnitten.

Im Rahmen des ENSURE-Projektes entwerfen die Teilnehmer zunächst auf dem Papier, welche Grundlagen und Technologien für eine neue Netzstruktur nötig sind . Anschließend bauen sie das Netz der Zukunft im Energy Lab 2.0 des KIT im Pilotmaßstab auf. "Wir testen, wie alles miteinander harmoniert", so Hagenmeyer.

Power-to-X-Technologien

Die Stromerzeugung aus Sonne und Wind unterliegt starken Schwankungen. "In Zukunft muss die zeitweise überschüssige erneuerbare Energie durch Speicherung zum Teil in anderen Energieträgern, Demand-Side-Management und Netzmanagement nutzbar gemacht werden", fordert Hagenmeyer deshalb. Wie Strom aus erneuerbaren Quellen gespeichert werden kann, erforscht das Kopernikus-Projekt Power-to-X. Gegenstand des Konsortiums ist, welche Möglichkeiten es gibt, erzeugte Energie in andere Energieträger umzuwandeln, beispielsweise in gasförmige Substanzen (Power-to-Gas), flüssige Substanzen (Power-to-Liquid) oder Basischemikalien (Power-to-Chemicals).

Das dritte Projekt der Forschungsinitiative beschäftigt sich mit neuen Technologien, die Industrieprozesse an eine neue Energieversorgung anpassen. Denn energieintensive Produktionen, wie die Chemieindustrie oder die Stahl- und Aluminiumbranche, stehen vor der Herausforderung, sich an die schwankende Stromversorgung anpassen und dementsprechend flexibilisieren zu müssen. Wie schließlich Strom, Gas und Wärme zusammenspielen, damit Haushalte und Industrie verlässlich versorgt sind, ist Forschungsfeld des letzten Konsortiums zur Systemintegration .

Zahlen und Fakten zur Energiewende – in Echtzeit

Wie viele Smart Meter wurden weltweit bereits installiert? Wie viel Sonnenenergie hat heute die Erde erreicht? Und wie viele Ölvorräte sind überhaupt noch übrig? Die Antworten auf diese und andere Fragen finden Sie in der Echtzeit-Infografik zur neuen Energiewelt .

Energy , die internationalen Leitmesse für integrierte Energiesysteme und Mobilität, bietet im Rahmen der HANNOVER MESSE ein breites Spektrum an Foren, Tagungen und Sonderveranstaltungen zum Thema Energie und Energiewende. Das KIT stellt die Kopernikus-Projekte an seinem Stand H51 in der Energy-Halle vor.