Projekte für die Energiewende
Das Thema Energiewende ist von großer Bedeutung. Umweltverschmutzung und der Klimawandel mahnen zur schnellen Wandlung der Energieerzeugung. Fossile Brennstoffe sind aufgrund ihrer Umweltbelastung und ihrem endlichen Vorrat nicht mehr zukunftsfähig. Gleiches gilt für die Atomenergie, die zwar klimaneutral ist, deren Gefahren jedoch von globaler Bedeutung sind. Erneuerbare Energie sind daher die Energiequellen, die uns zukünftig mit Strom versorgen sollen. Um dies zu realisieren, forschen deutschlandweit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Lösungen für Aufgaben, die in diesem Zusammenhang stehen. Beispielsweise müssen Zeiten, in denen durch schlechtes Wetter oder Windflaute zu wenig Strom über Solaranlagen und Windparks erzeugt werden kann, durch intelligente Speicherstrategien aufgefangen werden. Aber auch die Effizienz von Kraftwerkstechnologien müssen in Bezug auf ihre Effizienz und Emission optimiert werden.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert im Zuge der Initiative „Materialforschung für die Energiewende“ unterschiedliche Projekte, um den Wechsel zu volatilen Energiequellen voranzubringen. Zwei dieser Projekte werden federführend vom Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1) durchgeführt. Geleitet wird das Institut von Prof. Olivier Guillon, der Mitglied von JARA-ENERGY ist.
Volatile Energiequellen sind abhängig von Wetterbedingungen, so kann es an Tagen mit stundenlanger Sonne oder starkem Wind zu Überschüssen in der Stromproduktion kommen. Es ist somit mehr Strom vorhanden, als verbraucht werden kann. Um den Strom dennoch effizient verbrauchen zu können, sind Stromspeicher ein wichtiges Element zukünftiger Stromversorgung.
In dem Projekt ProtOMem entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neuartige Membranen, die in der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie eine wichtige Rolle spielen. Dabei müssen die dünnen Trennschichten besondere Eigenschaften erfüllen. Beispielsweise müssen Membranen für protonenleitende Brennstoffzellen undurchlässig für Gasgemische sein, gleichzeitig jedoch Wasserstoffionen durchlassen. Das Projekt wird über drei Jahre mit circa 1,4 Millionen Euro gefördert.
Aktuell gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Leistungsfähigkeit von keramischen Membranen, die Abgase von herkömmlichen Kohle- und Gaskraftwerken filtern, steigern. Die Membranen haben die Aufgabe aus dem in den Abgasen enthaltenen Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf, reinen Wasserstoff abzutrennen. Wasserstoff ist ein sauberer Energieträger und kann zum Beispiel in Brennstoffzellen zum Einsatz kommen. Im Fokus der Forschung stehen hier zweiphasige Membranen, die sowohl ionisch als auch elektronisch leitfähig sind. Auf diese Weise können Elektronen und Protonen, die Bestandteil des Wasserstoffs sind, gleichzeitig durch die Membranen transportiert werden. Die Ergebnisse wurden jüngst in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.
Das Projekt MAXCOM (MAX-Phasenkomposite / MAX phase COMposites) widmet sich der Erforschung von neuartigen Materialien, die in Hochtemperaturanwendungen zum Einsatz kommen sollen. Im Fokus stehen dabei keramische Faserverbundwerkstoffe, die die Eigenschaften von keramischen und metallischen Materialien vereinen. Grundlage dieser Materialien sind Stickstoff- oder Kohlenstoffverbindungen (MAX-Phasen). Ziel ist es, durch den Einsatz der neuen Materialien, zum Beispiel höhere Betriebstemperaturen für Gasturbinen zu ermöglichen. Durch die höheren Temperaturen steigt auch die Effizienz der Anlage bei gleichzeitig geringeren Emissionen. Darüber hinaus zeichnen sich die keramischen Werkstoffe durch ihr leichtes Gewicht aus und ihre Resistenz gegenüber oxidierenden und korrodierenden Atmosphären ist höher als bei herkömmlichen metallischen Legierungen. Das Projekt wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mit etwa 1,7 Millionen Euro gefördert.
Weitere Informationen stehen auf der Website des Forschungszentrums Jülich zur Verfügung