Das Programm Materialien und Technologien für die Energiewende

Für eine CO₂-neutrale Energieversorgung müssen Umwandlung, Transport, Speicherung und Nutzung von Energie ineinandergreifen. Im Programm „Materialien und Technologien für die Energiewende“ entwickeln wir spezifische Lösungen für diese einzelnen Bereiche. Die Forscher:innen konzentrieren sich auf fünf Themen:

• Photovoltaik und Windenergie stehen als die wichtigsten technologischen Säulen für die CO₂-freie Stromerzeugung im Fokus. Wir beantworten grundlegende Materialfragen und entwickeln sowohl Hochleistungskomponenten und -systeme als auch Produktionstechnologien, die kostengünstig, nachhaltig und über lange Zeit stabil sind.
• Wir widmen uns der elektrochemischen Energiespeicherung, mit der sich kompakte und hocheffiziente Speicher für dezentrale Versorgungssysteme und eine nachhaltige Elektromobilität bereitstellen lassen. Wir erforschen neue Batteriematerialien und -technologien, entwickeln innovative Prozesse zur Zellherstellung und leistungsfähige Batteriesysteme für stationäre und mobile Anwendungen.
• Das Thema chemische Energieträger befasst sich mit effizienten chemischen und elektrochemischen Umwandlungstechnologien zur Überbrückung der Lücke zwischen Energieangebot und -bedarf im Stromsektor sowie Anwendungen im Mobilitäts- und Industriesektor. Neue Verfahren wie Power-to-X-Technologien sollen erneuerbaren Strom umweltschonend in chemische Energieträger umwandeln. Das können etwa grüner Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe sein. Diese lassen sich gut speichern, transportieren und sind vielseitig im Energiesystem einsetzbar.
• Um Strom und Prozesswärme künftig klimaschonend bereitstellen, speichern und nutzen zu können, forschen wir zu thermischen Hochtemperaturtechnologien: Dabei stehen fünf Schlüsseltechnologien und ihre Integration im Fokus:  brennstoff- und lastflexible Gasturbinen, solarthermische Kraftwerke, geothermische Anwendungen, Hochtemperaturwärmepumpen sowie Hochtemperaturwärmespeicher.
• Zur Energiewende gehört auch die Schaffung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft, um den Verbrauch natürlicher Ressourcen zu begrenzen. Wir beschäftigen uns daher mit der Steigerung der Ressourcen- und Energieeffizienz.Unser Ziel ist, die großen Grundstoff- und Produktkreisläufe für Kohlenstoff, Metalle und Mineralien zu schließen. Hierfür entwickeln wir neue Technologien und Konzepte für energieintensive Prozesse, für die Nutzung von Primär- und Sekundärrohstoffen und für den hocheffizienten Transport elektrischer Energie.

Der Transfer von Erkenntnissen – aus der Forschung in marktfähige Produkte und Dienstleistungen für die deutsche Industrie – ist für die Helmholtz-Gemeinschaft von hoher strategischer Bedeutung. Wir verstehen die Energiewende als eine globale Herausforderung. Deshalb wollen wir auf der Basis anwendungsorientierter Forschung exportfähige, skalierbare Technologielösungen entwickeln, die rund um den Globus anwendbar sind und individuell zugeschnitten werden können – abgestimmt auf die verfügbaren Ressourcen und Budgets der Länder.

Überblick:

• Das Programm „Materialien und Technologien für die Energiewende“ erarbeitet Optionen, um innovative Materialien und skalierbare Technologien für die Energieversorgung der Zukunft zu entwickeln, die eine Umsetzung in Deutschland wie auch in Exportmärkten erlauben.
• Wir entwickeln marktfähige Technologien für die Speicherung und Wandlung von Energie unter Berücksichtigung der Schließung von Stoffkreisläufen und der Schonung von Ressourcen.
• Unser Ziel ist, unsere Forschungsergebnisse schnell als Produkte und Dienstleistungen für die Industrie in die Anwendung zu bringen.

Themen:

• Photovoltaik und Windenergie
• Elektrochemische Energiespeicherung
• Chemische Energieträger
• Thermische Hochtemperaturtechnologien
• Ressourcen- und Energieeffizienz

Beteiligte Helmholtz-Zentren:

• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
• Forschungszentrum Jülich (FZJ)
• Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
• Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT)