Karlsruher Institut für Technologie

Energie

Das Energiesystem der Zukunft entsteht am KIT

Ein verlässliches, sicheres und nachhaltiges Energiesystem für die klimaneutrale Gesellschaft der Zukunft – daran arbeiten am KIT rund 1 500 Forscherinnen und Forscher. An einem der der größten Energieforschungszentren Europas nehmen sie ein für die Existenz und Weiterentwicklung unserer Gesellschaft fundamentales Projekt in Angriff: den Umbau unseres Energiesystems.  

In ihren Forschungs- und Ingenieursprojekten widmen sie sich über die Fachgrenzen hinweg physischen und virtuellen Infrastrukturen, neuen Technologien und der Erweiterung des Grundlagenwissens für alle Energien, die wir für unsere Industrie, unsere Haushalte, unsere Dienstleistungen und unsere Mobilität brauchen.

Zu den Forschungsthemen gehören selbstverständlich die Erneuerbaren Energien, Energieeffizienz und Energiespeicher, aber auch der Aufbau und der Betrieb der zugehörigen Netze sowie die energetischen Aspekte der Elektromobilität. Außerdem ist das KIT ein führender Akteur bei Energiesystemanalyse, Simulationen und Technikfolgenabschätzung.

Post Lithium Storage

Eines bei der aktuellen Exzellenzstrategie geförderten Cluster ist Post Lithium Storage. Die erfolgreiche Realisierung der Energiewende erfordert neue Materialien und Technologien für die Speicherung von Elektrizität. In der gemeinsam von KIT und Universität Ulm getragenen Initiative „Energy Storage Beyond Lithium“ arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Elektrochemie, Materialwissenschaften, theoretischer Modellierung und Ingenieurwissenschaften in einem multidisziplinären Ansatz zusammen.

Zentrales Ziel des geplanten Forschungsclusters ist es, ein fundamentales Verständnis der elektrochemischen Energiespeicherung in neuartigen Systemen zu erarbeiten, grundlegende Materialeigenschaften mit kritischen Leistungsparametern zu verbinden und so die Grundlagen für die praktische Nutzung von Post-Lithium-Technologien zu schaffen.

Luftaufnahme des Energy Labs
Blick von oben: Der Anlagenverbund des Energy Labs

Energy Lab 2.0

Hier wird die Zukunft des Energiesystems erprobt

Um ein Energiesystem frei von fossilen Energieträgern aufzubauen, müssen Stromnetze an neue Formen der dezentralen und schwankenden Energieerzeugung durch erneuerbare Energien sowie an neue Anforderungen, etwa durch den schwankenden Energiebedarf durch Elektromobilität oder Klimatechnik, angepasst werden. Am KIT werden die unterschiedlichen Komponenten, Technologien und Konzepte für das Energiesystem der Zukunft erprobt. Im Energy Lab 2.0. werden etwa die intelligente Verknüpfung von Stromerzeugern, Speichern und Verbrauchern, unterschiedliche Verfahren der Stromerzeugung untersucht sowie sichere Informations- und Datennetze oder Methoden zur Netzstabilisierung entwickelt. Auch Grundlagenforschung zu experimentellen Zukunftstechnologien wie der Stromtransport über Supraleiter gibt es im Energy Lab 2.0. Mit der bioliq-Pilotanlage, die Reststoff-Biomasse in Synthesegas und Kraftstoffe wandelt, ist zudem die Bioökonomie als ein weiterer Baustein für ein intelligentes Energiesystem an das Enery Lab 2.0 angebunden.

Start frei für die Wasserstoffwirtschaft

Als mögliche Lösung für viele Herausforderungen der Transformation zur klimaneutralen Gesellschaft gelten Technologien, die auf der Produktion von Wasserstoff mit regenerativ erzeugtem Strom basieren. Durch weitere Syntheseschritte dieser auch als Power-to-X bekannten Prozesskette gelangt man vom Wasserstoff zu synthetischem Methan, mit dem große Mengen erneuerbarer Energie gespeichert und über das Erdgasnetz verteilt werden können. Außerdem können aus Wasserstoff Treibstoffe hergestellt werden, die Mobilität ohne zusätzliche Treibhausgasemissionen auch mit konventionellen Antriebstechnologien ermöglichen.
In der Energieforschung des KIT am Energy Lab 2.0 befinden sich solche Ansätze im Praxistest. In integrierten Prozessketten werden unterschiedliche Power-to-Gas oder Power-to-Liquid-Ansätze erprobt, etwa eine Power-to-Fuel-Anlage zur Herstellung von Flugbenzin aus Umgebungsluft und regenerativem Strom.

 

Batterieforschung am Helmholtz-Institut Ulm KIT
Mit CELEST hat eine der ambitioniertesten Forschungsplattformen weltweit die Arbeit auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicher aufgenommen.

Forschungsplattform CELEST

Maßstäbe in Energiespeicherforschung

Damit fossile Energieträger überflüssig werden, sind Technologien zur Speicherung regenerativ erzeugter Energie nötig. Eine der weltweit größten Forschungsplattformen mit 45 Arbeitsgruppen aus 29 Instituten betreiben im Zentrum für elektrochemische Energiespeicherung Ulm-Karlsruhe (CELEST) das KIT, die Universität Ulm und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gemeinsam. CELEST ist in drei Forschungsfeldern aktiv: Lithium-Ionen-Technologie, Energiespeicherung jenseits von Lithium sowie alternative Techniken zur elektrochemischen Energiespeicherung und -konversion. Auch das Exzellenzcluster POLiS (Post Lithium Storage Cluster of Excellence), das bei der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder eingeworben wurde, ist Teil von CELEST. Hier werden neue, vielversprechende Speicher wie die Natriumbatterie und Magnesiumbatterie entwickelt, aber auch Kalzium, Aluminium und Chlorid als Ladungsträger erforscht.

Solarfeld am Campus Nord des KIT KIT
Solarfeld am Campus Nord des KIT.

KeraSolar

So entsteht die Solarzelle der Zukunft

Die Energieversorgung der Zukunft soll flexibel, dezentral und preisgünstig sein. Ideal wären dafür ungiftige Solarzellen, die einfach, günstig und energiesparend gefertigt und im Betrieb effizient sind. So könnte nahezu jede Fläche – von der Hausfassade bis hin zur Autokarosserie – zur Energieproduktion genutzt werden.

Im Forschungsprojekt KeraSolar entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT und der Carl-Zeiss-Stiftung ein neues Materialkonzept für Solarzellen, die diese Vision einer omnipräsenten Photovoltaik zur Realität machen sollen. Dafür werden die Vorteile verschiedener Solarzellentechnologien wie die Druckbarkeit organischer Solarzellen und die Langzeitstabilität kristalliner Solarzellen vereint. An Robusten Materialien vom Molekül bis zum fertigen Bauteil für diese Zellen arbeiten am Materialwissenschaftlichen Zentrum für Energiesysteme (MZE) Chemiker, Physiker, Materialwissenschaftler, Elektrotechniker und Verfahrenstechniker.