Energieforschungsbericht NRW 2020

Der Energieforschungsbericht zeigt auf, wo wir in Nordrhein-Westfalen bei der Umsetzung der Energiezukunft stehen. Er klärt über Hintergründe auf, lässt Experten zu Wort kommen und stellt vielversprechende Praxisbeispiele vor. Entlang zentraler Schwerpunktthemen ergibt sich auf diese Weise ein umfassendes Bild, welchen Beitrag die Energieforschung zum Gelingen des Wandels leisten kann – und muss.

© MWIDE NRW/R. Pfeil
Wirtschafts- und Energieminister Prof. Dr. Andreas Pinkwart

Vorwort des Wirtschafts- und Energieministers Prof. Dr. Andreas Pinkwart

Eine starke und innovative Energieforschung ist die Grundlage für den wirtschaftlichen Erfolg Nordrhein-Westfalens und damit für den Wohlstand in unserem Land. Denn: Als deutsches Energie- und Industrieland Nummer eins mit 18 Millionen Einwohnern ist Nordrhein-Westfalen auf eine auch in Zukunft verlässliche Energieversorgung zu wettbewerbsfähigen Preisen angewiesen. Doch wie wird die Energieversorgung der Zukunft aussehen? Klar ist: Die Transformation unseres Energiesystems hat bereits begonnen, weg von der Nutzung fossiler Rohstoffe, hin zu einer verstärkten Nutzung insbesondere von erneuerbaren Energien und von idealerweise mit erneuerbaren Energien erzeugtem Wasserstoff. Das ist gut für den Klimaschutz, den wir auf diese Weise aktiv und mit voller Kraft unterstützen. Die aktuellen Zahlen zur Minderung der in Nordrhein-Westfalen ausgestoßenen Treibhausgase zeigen, dass wir hier auf dem richtigen Pfad sind.
Gleichzeitig ist es eine Mammutaufgabe, unser Energiesystem auf völlig neue Füße zu stellen. Eine Aufgabe, die nur mit einer starken und innovativen Energieforschung bewältigt werden kann, die hier vor Ort die für Nordrhein-Westfalen passgenauen Lösungen entwickelt und schnell in die Anwendung bringt. Nordrhein-Westfalen soll also nicht nur Ideenschmiede für das Energiesystem der Zukunft sein, sondern die Ergebnisse der Forschung auch direkt und hier vor Ort verwerten – das schafft neue Arbeitsplätze und Wertschöpfung für unser Land, es macht uns stark und unabhängig und trägt zum weltweiten Klimaschutz bei.
Schon heute sehen wir: Der Wandel hat begonnen. Die Kohleverstromung wird in den nächsten Jahren massiv zurückgefahren bis sie spätestens 2038 komplett eingestellt wird, die Erzeugung von erneuerbaren Energien nimmt rapide zu und große Unternehmen beginnen damit, ihre Energienutzung teilweise komplett neu zu denken, etwa indem sie bei der Stahlerzeugung Wasserstoff einsetzen. Ohne die Energieforschung an unseren wissenschaftlichen Einrichtungen, aber auch in den Forschungsabteilungen der Unternehmen selbst, sind solche innovativen Ansätze nicht denkbar. Hiervon brauchen wir in den nächsten zwei bis drei Jahrzehnten mehr, zum Beispiel auch im Verkehrsbereich, der heute noch weitgehend auf der Verbrennertechnologie beruht und weiter hohe Treibhausgasemissionen verursacht. Mit unserer Batteriezellenforschungsfabrik in Münster werden wir hier in Nordrhein-Westfalen an klimafreundlicheren Alternativen arbeiten.
Die Energieforschung sichert die Bedeutung Nordrhein-Westfalens als Energieland Nummer eins. Auch in diesem Energieland der Zukunft wird die Energieversorgung sicher, wettbewerbsfähig und bezahlbar bleiben. Insgesamt gesehen ist die Energieforschung ein zentrales Element für Innovation und Fortschritt, für Arbeitsplätze und wirtschaftlichen Erfolg sowie für Klimaschutz, Wohlstand und
Lebensqualität. Dies gilt auch, oder vielleicht insbesondere, in wirtschaftlich schwierigen Zeiten, wie wir sie aktuell erleben. Mit dem Energieforschungsbericht, der in diesem Jahr zum ersten Mal erscheint, möchten wir Sie nun mitnehmen in die Welt der Energieforschung. Dafür müssen Sie nicht weit reisen, denn diese Welt ist ganz nah: in Nordrhein-Westfalen und in unserem täglichen Leben.

Starke Forschungsinfrastruktur – in und für Nordrhein-Westfalen

Die Energieforschung in Nordrhein-Westfalen ist exzellent, vernetzt und lebendig. Zahlreiche Universitäten, Hochschulen und Forschungseinrichtungen prägen das Land. Sie arbeiten – oftmals disziplinübergreifend – zusammen, bilden Forschungsverbünde und Exzellenz-Cluster, und kooperieren vielfältig mit Partnern aus Unternehmen und Industrie. In dieser bereichernden und leistungsfähigen Atmosphäre werden Forschungsergebnisse möglich, die Nordrhein-Westfalen auf seinem Weg zu einem klimafreundlichen Energiesystem der Zukunft weiterbringen. Dabei gehen von den Forschungseinrichtungen im Land starke Impulse aus, die zusammen den Forschungsstandort Nordrhein-Westfalen weiter stärken, in einer erfolgreichen Wirtschaft resultieren und Arbeitsplätze sowohl sichern als auch neu schaffen. Die Forschungslandschaft ist somit ein zentrales Standbein für das Land – und wegweisend für die zukünftigen Entwicklungen und Neuerungen im Energiebereich.

Die nordrhein-westfälische Forschungslandschaft zeichnet sich aber nicht nur durch ihre Infrastruktur aus, sondern vor allem auch durch hervorragende und motivierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Sie sind es, die Forschungsschwerpunkte definieren, sich für wissenschaftliche Qualität einsetzen, Innovationspotenziale identifizieren und technologieoffen und lösungsorientiert an den drängenden Fragen der Zeit arbeiten.

Mehr als 30 Hochschulen und 20 Spitzenforschungsinstitute mit dem Fokus Energie

Mehr als 20 Studiengänge mit Energiebezug zur Auswahl

© MWIDE NRW/A. Buck
4MW-Systemprüfstand zur Analyse von Belastungen an Getriebe, Rotorlagerung und Generator am Center for Wind Power Drives in Aachen.

Forschung in allen Bereichen der Energie

Die nordrhein-westfälischen Forschungseinrichtungen arbeiten intensiv an den vielfältigen Fragestellungen zum Energiesystem der Zukunft – und forschen dafür in allen Bereichen der Energie: Erneuerbare Energien und die entsprechenden Technologien bilden einen Schwerpunkt der Arbeiten, denn ihnen kommt im Energiesystem der Zukunft eine Schlüsselrolle zu. So werden beispielsweise am Center for Wind Power Drives (CWD) der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen Antriebstechnologien für Windenergieanlagen weiterentwickelt. Solarenergie wird am Solarthermischen Versuchskraftwerk des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) erforscht. Die Geothermie fokussiert das Geothermie-Zentrum Bochum, das Anfang 2020 in die Fraunhofer Gesellschaft integriert wurde und Kernbaustein der neuen Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (IEG) ist.

Die Themen der Digitalisierung – die ebenfalls eine Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Transformation zum Energiesystem der Zukunft sind – werden im neuen Fraunhofer-Zentrum Digitale Energie gebündelt. Am Forschungszentrum für Hochspannungs Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am zukünftigen Stromtransport und -netz. Für Stabilität im Stromnetz sorgt die Energiespeicherung. Sie wird zum Beispiel im MEET – Münster Electrochemical Energy Technology, im Forschungszentrum Jülich und an der RWTH Aachen erforscht und spielt auch in der Elektromobilität eine tragende Rolle. Am Ende der Forschungspipeline zu Batterietechnologien soll in Zukunft die Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) stehen, die aktuell in Münster aufgebaut wird.

Essenzielle Bestandteile im Energiesystem der Zukunft werden auch Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie sein. Beide werden in zahlreichen Bereichen zur Anwendung kommen und zur Flexibilität des Energiesystems beitragen. Aktuell arbeiten daher viele Forschungseinrichtungen an der Thematik, beispielsweise das Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (ZBT), das Forschungszentrum Jülich (FZJ), die Ruhr- Universität Bochum, das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT und die RWTH Aachen.

Flexibilität wird auch erzielt, indem verschiedene Energiebereiche miteinander verknüpft werden. Diese Sektorenkopplung hat zahlreiche Facetten und findet sich zum Beispiel in den Virtuellen Instituten wieder. Auch weitere Forschungsprojekte im Rheinischen Revier arbeiten an Themen der Sektorenkopplung.

Transfer aus dem Labor in die Anwendung

Der sich an die Forschung anschließende Schritt ist der Transfer in die Praxis. Jedoch zeigen sich oftmals neue Herausforderungen, wenn Forschungsergebnisse aus dem Labor in einen großen und anwendungsbezogenen Maßstab übertragen werden. Hier setzen die Technologietransferzentren an. Sie unterstützen Unternehmen und Forschungseinrichtungen dabei, diese Probleme zu lösen und Produkte herzustellen, die den Bedingungen der realen Welt gewachsen sind. Zu den Transferzentren in Nordrhein-Westfalen zählen unter anderem das NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ), das COPT – Zentrum für organische Elektronik und das MEET – Münster Electrochemical Energy Technology.

Energieland Nordrhein-Westfalen

Insgesamt bieten sich damit ideale Grundvoraussetzungen für die Transformation zum Energiesystem der Zukunft: die Forschungslandschaft ist exzellent, die Zusammenarbeit mit der Industrie ist eingespielt und das Know-how zu Energietechnologien wie Sektorenkopplung und Wasserstoff ist hoch angesehen.

Modernster und umweltfreundlichster Industriestandort Europas

Sichere und überwiegend auf erneuerbaren Energien basierende Energieversorgung

Strategie für Fortschritt, Modernität und Klimaschutz

Energie erzeugen – mehrere Jahrhunderte lang funktionierte das vor allem durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Öl. Dass wir zügig neue Konzepte für die Erzeugung, die Speicherung und Verteilung sowie die effiziente Nutzung von Energie benötigen, ist spätestens seit 2015 klar. Damals einigte sich die Weltgemeinschaft in Paris darauf, dass die durch den Menschen verursachte globale Erderwärmung auf deutlich unter 2 °C, und möglichst auf 1,5 °C gegenüber vorindustriellem Niveau begrenzt werden muss. Auf allen Ebenen wird nun weltweit daran gearbeitet, die entsprechenden Rahmenbedingungen zur Erreichung dieses Ziels zu schaffen.

Die Europäische Kommission hat mit dem „Green Deal“ die Weichen gestellt: Bis zur zweiten Hälfte des Jahrhunderts soll die Europäische Union – und damit auch Nordrhein-Westfalen – klimaneutral wirtschaften. Das bedeutet, dass dann nicht mehr CO2 und andere Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen dürfen als durch kompensierende Maßnahmen gebunden werden. Nordrhein-Westfalen steht fest hinter diesem Ziel. Und mehr noch: Die Landesregierung formuliert den Anspruch, Nordrhein-Westfalen zum modernsten und gleichzeitig umweltfreundlichsten Energie- und Industriestandort Europas zu entwickeln. Was wir vor allem dafür brauchen: innovative Ansätze, Konzepte und vor allem Lösungen für eine klimaschonende Energiewelt von morgen. Der strategische Schlüssel dafür: eine starke nordrhein-westfälische Energieforschung.

© MWIDE NRW/A. Buck
Nordrhein-Westfalen fördert ganz gezielt innovative und vielversprechende Ansätze wie hier am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt den Hochleistungsstrahler Synlight.

Strategie für die Energiezukunft

Wie die Energiewelt von morgen beschaffen sein wird, hat die Landesregierung in ihrer Energieversorgungsstrategie Nordrhein-Westfalen skizziert: Erneuerbare-Energien-Anlagen werden überwiegend dezentral Energie erzeugen. Mithilfe digitaler Technologien wird die Speicherung und Verteilung von Energie intelligent gesteuert werden. Auch bei der Wärmeversorgung, etwa im Gebäudesektor, werden lokal und regenerativ erzeugte Energie sowie Fernwärme an Bedeutung gewinnen. Im Verkehrsbereich werden Elektro- und Wasserstoffantriebe die Norm sein.

Zudem werden alle diese Sektoren – Strom, Wärme und Verkehr – wesentlich stärker als heute miteinander verknüpft sein. Die anstehende Transformation des Energiesystems ist eine komplexe Aufgabe, zumal die Versorgung mit Energie zu jedem Zeitpunkt gesichert sein und Energie bezahlbar bleiben muss. Das ist für die gesamte Gesellschaft essenziell, insbesondere aber auch für eine weiterhin wettbewerbsfähige Industrie, die große Energiemengen und zukünftig klimaneutral erzeugte Rohstoffe für ihre Produktionsprozesse benötigt. In Zukunft werden auf Basis von erneuerbaren Energien erzeugter Strom und Wasserstoff sowie synthetische Gase und synthetische Kraftstoffe für die Energie- und Rohstoffversorgung der Industrie benötigt (sogenannte Power-to-X-Technologien). Dadurch können fossile Energieträger wie Erdöl und Erdgas langfristig ersetzt werden. In diesem Wandel liegen große Chancen: Nordrhein-Westfalen kann mit innovativen Lösungen sowohl Vorreiter im Klimaschutz werden als auch führender Anbieter von sicheren und nachhaltigen Energieversorgungskapazitäten und -konzepten.

Energieforschung: Schmiede für Innovationen

Die Basis für solche erfolgreichen Innovationen sind erstens Rahmenbedingungen, die Erfindergeist, Ideenreichtum und Gründung ermöglichen, und zweitens die exzellente Forschungslandschaft in Nordrhein-Westfalen, die an zentralen Fragen zu Energiewende und Klimaschutz arbeitet. Das Land unterstützt diesen Prozess aktiv und setzt auf einen Ansatz in der Energieforschung, der die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität gleichermaßen berücksichtigt. Im Fokus steht eine Forschung, die untersucht, wie die einzelnen Komponenten des Energiegesamtsystems optimal, zuverlässig und effizient zusammenwirken können.

Durch Förderung rasch in die Anwendung

Erklärtes Ziel ist es zudem, Forschungsergebnisse rasch und innerhalb von Nordrhein-Westfalen anzuwenden, damit sie hier einen realen Beitrag für Klimaschutz und Versorgungssicherheit, aber auch für die Entstehung von Wertschöpfung und Arbeitsplätzen leisten können.

Nordrhein-Westfalen investiert daher in die Entwicklung von Forschungszentren, in deren Umfeld sich privatwirtschaftliche Initiativen ansiedeln. So etwa im Rheinischen Revier, das im Zuge des Strukturwandels zu einer Modellregion für Energie- und Ressourcensicherung entwickelt wird. Oder in Münster, wo die Forschungsfertigung Batteriezelle entsteht. Mit der Initiative IN4climate.NRW hat das Land zudem eine zentrale Plattform geschaffen, auf der Industrie, Wissenschaft und Politik gemeinsam Innovationen für eine klimaneutrale Industrie bis 2050 entwickeln.

Auch Start-ups unterstützt das Land intensiv. Insbesondere die Hot-Spots der Forschungslandschaft bieten beste Voraussetzungen für wissenschaftliche Ausgründungen. Hochschulen sollen deshalb zu führenden Gründerhochschulen in Deutschland weiterentwickelt werden. Dazu tragen unter anderem sechs landesgeförderte Exzellenz Start-up Center bei. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Gründungen aus Zukunftsbranchen, zu denen auch der Energiesektor zählt.
Darüber hinaus gibt es in ganz Nordrhein-Westfalen 75 Startercenter, die potenzielle Gründerinnen und Gründer unterstützen.

Auf dem Weg in die Energiewelt von morgen

Industrie, Energiewirtschaft, Verkehr und Gesellschaft: Ganz Nordrhein-Westfalen ist auf dem Weg in die Energiewelt von morgen. Während Klimaschutz die zentrale Motivation ist, bringen Innovationen die entscheidenden Fortschritte. Der Wandel wird entscheidend durch die Energieforschung geprägt. Sie ist in Nordrhein-Westfalen innovativ und stark – und verleiht den Rückenwind, mit dem wir nicht nur die Herausforderungen meistern, sondern auch die Chancen auf eine lebenswerte und erfolgreiche Zukunft ergreifen können.

Energieforschung fördern – Zukunft gestalten

Nordrhein-Westfalen versteht sich als Energieland Nummer eins: In großem Stil wird hierzulande Energie generiert, umgewandelt und genutzt – und sie resultiert in vielfältigen, vor allem aber in industriellen Produkten und Dienstleistungen, die weltweit gefragt sind. Dieser industrielle Kern Nordrhein-Westfalens wird dann eine erfolgreiche Zukunft haben, wenn die Energieversorgung von morgen sicher, bezahlbar und klimafreundlich ist.
Vor diesem Hintergrund hat die Energieforschung einen äußerst hohen Stellenwert. Dieser Stellenwert spiegelt sich auch in den Förderprogrammen des Landes wider, die einen maßgeblichen Schwerpunkt auf die Energieforschung legen.

Die Förderung gilt dabei als dynamischer Prozess. Immer wieder werden die Förderinstrumente und -richtlinien an die aktuellen Anforderungen und Ideen im Land angepasst. Solche Anpassungen können sowohl die thematische Ausrichtung einer Förderung als auch das Förderverfahren selbst betreffen. Zudem werden neue Fördermaßnahmen begründet, die junge und aufstrebende Forschungsfelder adressieren und bestehende Förderlücken schließen. Stets ist es das Ziel, die Förderung im Land zu optimieren und so bestmögliche Voraussetzungen für Innovationen, Wettbewerbsfähigkeit und Fortschritt in Sachen Energiewende und Klimaschutz zu schaffen.

Mit passgenauen Instrumenten zu einer umfassenden und flexiblen Förderung

Bestmögliche Voraussetzungen für Fortschritt und Wettbewerbsfähigkeit schaffen

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Die Energieforschungsförderung ermöglicht die Entwicklung vielversprechender Technologien und Lösungsansätze, um diese möglichst rasch in die Praxis zu bringen.

Landesförderung für Energie und Klimaschutz

Die Landesförderung zu Energie und Klimaschutz ist unter dem Dach „progres.nrw“ gebündelt, das unter anderem die Richtlinien „progres.nrw – Innovation“ und „progres.nrw – Research“ beinhaltet.

Durch progres.nrw – Innovation werden industrielle Forschung und experimentelle Entwicklung gefördert. So sollen in den Unternehmen und Forschungseinrichtungen die Grundlagen für die Bewältigung von Zukunftsaufgaben geschaffen werden. Schwerpunkte sind dabei erneuerbare Energien, Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologien, Speichertechnologien und Energienetze. Auch die Bereiche Energie und Digitalisierung, klimaneutrale Industrie in Verbindung mit IN4climate.NRW und klimagerechte Gebäude- und Quartiersentwicklung werden fokussiert.

Die Richtlinie progres.nrw – Research richtet sich an Hochschulen und Forschungsinstitute, die Forschungsergebnisse beispielsweise aus Master- und Doktorarbeiten weiterentwickeln und validieren möchten. So können Nutzungs- und Verwertungsmöglichkeiten identifiziert und im nächsten Schritt neue Produkte, Verfahren und Dienstleistungen entwickelt werden.

Kooperation als Basis für Innovationen

Aus einem Projekt entsteht oftmals erst dann eine Innovation, wenn Partner mit unterschiedlichen Stärken, Kenntnissen und Erfahrungen zusammenarbeiten. Das Land fördert deshalb bevorzugt Forschungsprojekte, die auf Kooperationen basieren. Eine besondere Form solcher Kooperationsprojekte sind die Virtuellen Institute, von denen es in Nordrhein-Westfalen vier gibt. Dort arbeiten Forschungseinrichtungen in einem virtuellen Zusammenschluss disziplinübergreifend zusammen.

Forschungsförderung als Wettbewerb

Über Wettbewerbe soll sichergestellt werden, dass nicht die am frühesten beantragten Projekte, sondern die besten
Projekte gefördert werden. Wettbewerbe sind daher ein wesentliches Element der Innovationsförderung in Nordrhein-Westfalen. Dies gilt insbesondere für die Förderung des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und seine Leitmarktwettbewerbe. Projekte zur Energieforschung werden insbesondere im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs EnergieUmweltwirtschaft.NRW gefördert, in bestimmten Aspekten aber auch in den Leitmarktwettbewerben MobilitätLogistik.NRW, Produktion.NRW sowie NeueWerkstoffe.NRW. Ergänzt werden die Leitmarktwettbewerbe durch die Klimaschutzwettbewerbe. Über sie werden Forschungsprojekte gefördert, die ganz speziell dazu beitragen, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren.

Hand in Hand: Förderung durch Land, Bund und EU

Die nordrhein-westfälische Forschungsförderung steht nicht für sich alleine, sondern geht stets Hand in Hand mit der Bundesförderung. So findet mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ein kontinuierlicher Austausch statt. Besonders intensiv ist diese Verbindung im Rahmen der „Reallabore der Energiewende“ des BMWi, wo vorgeschaltete Machbarkeitsstudien sowie projektinitiierende Förderungen vielfach durch das Land übernommen wurden. Auch die Förderinstrumente auf EU-Ebene hat Nordrhein-Westfalen im Blick. Dort können zum Beispiel durch den EU-Innovationsfonds oder im Rahmen des IPCEI-Programms (Programm für wichtige Vorhaben von gemeinsamem europäischem Interesse) Vorhaben mit enormem Finanzierungbedarf angestoßen werden, die das Potenzial haben, den Standort Nordrhein-Westfalen zu stärken.

Energiesystem der Zukunft

Von der Vision zur Realität

Zukunft – das klingt wie etwas, das in weiter Ferne liegt. Doch so ist es nicht. Mit jeder Handlung nehmen wir Einfluss, ja gestalten wir unsere Zukunft. Mit den Klimaschutzzielen von Paris wurde 2015 Zukunft gestaltet. Und mit dem Engagement für ein modernes und klimagerechtes Energiesystem gestalten wir die Zukunft heute weiter. Modern, lebenswert, klimaneutral, wirtschaftlich stark und mit einer weiterhin sicheren und nachhaltigen Energieversorgung. Das ist die Vision für die Zukunft Nordrhein-Westfalens im Jahr 2050. Um dies zu erreichen, wird sich unser Energiesystem in all seinen Teilbereichen wandeln müssen – hin zu einem Energiesystem der Zukunft und der Energiewelt von morgen. Damit dies gelingt, braucht es eine starke Energieforschung, Innovationen, neue Technologien, neue Produkte und Anwendungen: Sie sind der Schlüssel für eine klimaschonende Zukunft.

Das Energiesystem der Zukunft basiert nicht mehr auf fossilen Energieträgern wie Kohle und Öl. Auch stammt die Energie nicht mehr aus wenigen, zentralen Kraftwerken. Vielmehr rücken erneuerbare Energiequellen in den Fokus, die über das Land verteilt sind – also dezentral liegen – und zum Teil abhängig von Wetter und Tageszeit unterschiedliche Mengen an Energie liefern – das heißt volatil sind. Unser Energiesystem muss also weiter umgebaut werden zu einem flexiblen, dezentralen und intelligenten System. Denn nur diese Eigenschaften ermöglichen ein sicheres Zusammenspiel aus den verschiedenen erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft, Sonnenenergie, Geothermie, Biomasse und Wasserkraft. Hierfür braucht es moderne Speichertechnologien. Denn durch leistungsfähige Speicher kann überschüssige erneuerbare Energie, die an stürmischen Tagen oder bei intensiver Sonneneinstrahlung gewonnen wird, gespeichert und beispielsweise bei Windstille oder Dunkelheit wieder in das System eingespeist werden. Auch müssen die unterschiedlichen Sektoren wie Strom, Wärme/Kälte und Mobilität eng aneinander gekoppelt werden. 

zum Kaptitel

Transformationsforschung

Gemeinsam auf dem Weg

Das Motiv ist klar: Wir wollen unser Klima schützen. Dafür gibt es eine breite Mehrheit in der Bevölkerung. Doch wie sieht es aus, wenn es um konkrete Umsetzungen und Maßnahmen vor Ort geht? Hier kann die Transformationsforschung helfen, Lösungen zu entwickeln, die eine breite Zustimmung finden.
Für einen erfolgreichen Wandel hin zur Energiewelt von morgen braucht es Erfolg in vielen und ganz unterschiedlichen Dimensionen. Natürlich geht es um technologische Neuerungen und um Forschung zur weiteren Optimierung einzelner Komponenten und ganzer Prozesse. Natürlich geht es um industrielle Produktionsprozesse und um politische Strategien und Rahmenbedingungen. Aber zu einem sehr großen Anteil geht es bei der Transformation des Energiesystems auch um die gesellschaftliche Akzeptanz, um das Mitmachen-wollen und um den Willen, mit eigenen Handlungen und Initiativen das Ziel Klimaschutz zu ermöglichen.
Die Energiewende wird in der Gesellschaft im Grunde unterstützt: Meinungsumfragen zeigen, dass zum Beispiel die Nutzung erneuerbarer Energien eine breite Zustimmung findet. Dennoch geraten die Entwicklungen ins Stocken, wenn es darum geht, Standorte für Anlagen wie Windräder zu finden oder konkrete Projekte vor Ort zu realisieren. Der so wichtigen gesellschaftlichen Akzeptanz für die Energiewende als Ganzes steht häufig eine zum Teil eher geringe Unterstützung für die konkrete Umsetzung der Energiewende vor Ort gegenüber.

zum Kapitel
4 Gruppen
Zahlen bitte

Tansformation und soziale Innovationen für das Energiesystem der Zukunft und für den Klimaschutz funktionieren, wenn vier Personengruppen zusammenarbeiten: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Fachleute aus Wirtschaft und Industrie, Personen aus dem öffentlichen Sektor und der Verwaltung sowie Bürgerinnen und Bürger. Gemeinsam und aus den unterschiedlichen Perspektiven heraus entstehen gute Ideen für die Energiewelt von morgen.

Urbane Energielösungen

Konzentrierter Erfolg

In Nordrhein-Westfalen leben fast 50 Prozent der Bevölkerung auf nur 14 Prozent der Landesfläche. Dort, nämlich in den Städten, konzentrieren sich die Herausforderungen der neuen Energiewelt auf engstem Raum. Es lohnt sich daher, das Energiesystem in den Städten zu optimieren. Die hundert Städte mit dem größten CO2-Fußabdruck produzieren zusammen fast 20 Prozent des weltweiten CO2- Ausstoßes. Darin zeigt sich die Relevanz der Städte für das Energiesystem der Zukunft: Wenn wir die Klimaschutzziele von Paris erreichen wollen, ist die Transformation zu einem nachhaltigen Energiesystem in den Städten zwingend notwendig. Nicht nur in Köln, sondern in ganz Nordrhein- Westfalen. Denn das Land – und insbesondere die Rhein- Ruhr-Region – ist die bevölkerungsreichste Metropolregion Deutschlands und eine der größten in Europa.

Konzepte über Gebäude- und Sektorengrenzen hinweg

Es gilt, urbane Energielösungen zu finden. Das kann gelingen, indem die Energieversorgung von Städten nachhaltig gestaltet wird und die Potenziale der lokalen, klimagerechten Energieerzeugung und der Energieeffizienz ausgeschöpft werden. Um mit räumlich überschaubaren Einheiten arbeiten zu können und gleichzeitig die Vorteile des Verbundes von mehreren Erzeugern und Verbrauchern zu nutzen, bietet sich das Quartier als Betrachtungsraum an. Der Begriff „Quartier“ ist dabei nicht fest definiert. Ein räumlicher Zusammenhang muss gegeben sein, Größe und Nutzung können jedoch variieren. Die Spanne reicht von Wohnquartieren über Innenstadtviertel, die durch den Einzelhandel geprägt sind, bis hin zu Gewerbegebieten. Gemeinsam ist allen Quartieren jedoch, dass nicht nur einzelne Häuser, sondern das Energiesystem in einem räumlich-funktionalen Zusammenhang und über Gebäudegrenzen hinweg betrachtet wird.

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Emissionsarme Mobilität

Klimafreundlich unterwegs

Diversität ist aktuell wie nie. Wir verstehen sie heute vor allem in einem gesellschaftlichen Zusammenhang. In Zukunft werden aber auch Mobilität und Diversität eng zusammengehören. Für die Menschen wird es neue Konzepte der Mobilität geben und für die Fahrzeuge vielfältige Antriebsmöglichkeiten. Wir werden weiterhin mobil sein – auf diverse Art und Weise. Seit jeher ist die Mobilität Ausdruck von Freiheit, Unabhängigkeit, Individualität und Selbstbestimmung. Natürlich werden diese Werte hochgehalten und verteidigt. Doch ist Verteidigung notwendig? Klimaschutz bedeutet nicht das Ende der Mobilität. Im Gegenteil: Die neuen Technologien haben das Potenzial, die Mobilität modern und attraktiv zu gestalten, die Lebensqualität zu steigern und das Klima zu schützen. Auch der Wirtschaft steht der Klimaschutz nicht entgegen. Vielmehr ist er ein Treiber für Innovation, Forschung, Entwicklung, Effizienz und Optimierung. Nordrhein-Westfalen liegt zentral im europäischen Verkehrsnetz und beheimatet jedes dritte Unternehmen aus dem Automotive-Sektor. Gleichzeitig sind die nordrheinwest- fälischen Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen bestens miteinander vernetzt. Insgesamt bieten sich damit ideale Voraussetzungen, um neuartige Mobilitätskonzepte zu erforschen, zu entwickeln und anzuwenden. Solche neuen Mobilitätskonzepte bedeuten vor allem einen Mobilitätsmix – und das gleich in zweifacher Hinsicht: ein Mix der Mobilitätsformen und des Antriebs.

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45 Millionen
Zahlen bitte

Experten für emissionsarme Mobilität forschen nicht nur an Technologien für neue und innovative Fahrzeuge, sondern beschäftigen sich auch mit der aktuellen Flotte. Auch diese Autos mit konventionellem Antrieb sind Bestandteil der Energiewelt von morgen und müssen fit gemacht werden für die Zukunft. Allein in Deutschland betrifft das rund 45 Millionen Fahrzeuge.

Klimaneutrale Industrie

Industrie: Treiber für Wohlstand und Klimaschutz

Klimaschutz und Wirtschaft sind Konkurrenten und Treibhausgase sind zu nichts zu gebrauchen. Von diesen Vorurteilen können wir uns getrost verabschieden – das zeigen uns die Aktivitäten zur klimaneutralen Industrie in Nordrhein-Westfalen. Die Oberfläche der Sonne hat eine Temperatur von etwa 5.500 °C. Im Inneren einiger nordrhein-westfälischer Industrieanlagen herrschen Temperaturen von bis zu 3.600 °C. Dort wird Stahl hergestellt. Auch um Glas zu schmelzen oder neues, noch nasses Papier zu frischen Bögen zu trocknen, braucht es immens hohe Temperaturen. Diese lassen sich nur mit sehr viel Energie erzeugen.

Unternehmen, die mit solch hohen Temperaturen arbeiten, werden deshalb als „energieintensive Industrie“ bezeichnet. Zusätzlich zur Stahl-, Chemie-, Glas- und Papierbranche zählen dazu zum Beispiel auch Unternehmen, die Zement oder Aluminium herstellen. In Nordrhein-Westfalen ist ein Großteil der deutschen energieintensiven Industrie zu Hause. Sie hat sich traditionell dort niedergelassen, wo Energie in großen Mengen verfügbar ist, nämlich in der Nähe der Kohlekraftwerke. Heute bilden die energieintensive und die nicht energieintensive Industrie aus Nordrhein-Westfalen zusammen eine der stärksten Industrieregionen Europas. Sie produzieren die Grundstoffe für unsere Infrastrukturen und Konsumgüter, sie stehen für hohe Qualität und sie erwirtschaften rund 20 Prozent des gesamten deutschen Industrieumsatzes.

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Fokus- und Sonderthemen

Dossier: Wasserstoff

Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Ob auf Landes-, Bundes-, oder EU-Ebene: dieses Thema steht derzeit ganz weit oben auf der Agenda. Nordrhein-Westfalen soll zum Wasserstoffland Nummer 1 werden. Die Wasserstoff-Roadmap NRW der Landesregierung zeigt auf, welche Strategien und Maßnahmen dafür notwendig sind. Eine virtuelle Reise quer durch das Land zeigt, dass die Wasserstoffforschung in Nordrhein-Westfalen bereits vielversprechende Fortschritte und Ergebnisse erzielt.

zum Dossier

Sonderthema: Rheinisches Revier

Das Rheinische Revier steht mit dem beschlossenen Kohleausstieg großen Veränderungen gegenüber. Das ehemalige Braunkohlerevier muss intelligente und ganzheitliche Lösungen für den wirtschaftlichen, strukturellen und gesellschaftlichen Wandel erarbeiten. Der Strukturwandel eröffnet aber auch große Chancen: die Region kann sich zum weltweiten Vorbild für einen klimafreundlichen Wirtschafts-​ und Energiestandort entwickeln. 

zum Sonderthema

Von der Forschung in die Praxis

Um die Transformation des Energiesystems erfolgreich umzusetzen, müssen Forschungsergebnisse möglichst schnell in die praktische Anwendung gelangen. Aus einer guten Idee ein wirtschaftliches Unternehmen zu machen, ist kein Kinderspiel. Vier innovative Start-Ups aus Nordrhein-Westfalen haben diesen Schritt erfolgreich gemeistert und bieten praxistaugliche Lösungen für drängende Herausforderungen der Energiewende.

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Zahlen und Fakten

Die Förderung der nordrhein-westfälischen Energieforschung ist eine Erfolgsgeschichte – die sich mit ganz konkreten Zahlen belegen lässt. Neben den Fördermitteln tragen auch die Kooperations- und Netzwerkangebote in Nordrhein-Westfalen einen großen Teil zur Stärke der Forschungslandschaft bei. Eine Besonderheit mit großer Wirkungskraft sind die Virtuellen Institute, die über eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zentrale Aspekte der Systemtransformation beleuchten und innovative Lösungen entwickeln.

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