Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Jahr 2025 unter das Thema „Zukunftsenergie“ gestellt. Wir von Helmholtz Energy beteiligen uns am Wissenschaftsjahr und werden das Thema Zukunftsenergie in all seinen Facetten beleuchten sowie spannende Einblicke in die Arbeit unserer Forschenden geben.

Energie spielt in unserem Leben eine zentrale Rolle. Ohne Energie fahren unsere Autos nicht, kann die Industrie keine Produkte herstellen und wären unsere Wohnungen im Winter eiskalt. Statt aus Kohle, Gas oder Öl soll die Energie in Zukunft aus erneuerbaren, klimafreundlichen Energien wie Sonne und Wind kommen. 

Die Energiewende ist eine Herkulesaufgabe, die uns alle betrifft und die wir alle beeinflussen können. Wir brauchen neue Ideen und Lösungen, insbesondere neue Technologien, um ein klimafreundliches und bezahlbares Energiesystem zu gestalten. Die Wissenschaft spielt bei der Gestaltung des Energiesystems der Zukunft eine zentrale Rolle. Sie erforscht innovative Technologien, um klimaschädlicher Emissionen zu reduzieren. Gleichzeitig zielt sie darauf ab, dass die Gesellschaft und die Wirtschaft vom Wandel profitieren. Wir in Helmholtz Energy verfolgen bei unserer Forschung einen interdisziplinären Ansatz, d.h. verschiedene wissenschaftliche Disziplinen wie Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Sozialwissenschaften und Informatik arbeiten zusammen, um das Energiesystem der Zukunft zu gestalten.

Wir möchten im Zuge des Wissenschaftsjahres 2025 unsere Forschung näher beleuchten und zeigen welchen Beitrag wir beim Thema Zukunftsenergien leisten. Wir stellen im ersten Quartal die erneuerbaren Energien vor und dabei vor allem die Entwicklung neuer Technologien. Den Anfang machen die Themen Solarenergie und Windenergie.

Diese erneuerbaren Energien waren im Jahr 2024 die wichtigsten Energiequellen für die Stromversorgung in Deutschland. Windkraft- und Photovoltaikanlagenerzeugten zusammen mehr als 200 TWh, was 46,5% der gesamten Stromerzeugung in Deutschland entspricht (Bundesnetzagentur). Innovationen in diesen Bereichen sind weiterhin wichtig, um die Transformation des Energiesystems voranzutreiben und Klimaneutralität zu erreichen.

Solarenergie

Zur Solarenergie arbeiten Forschende von Helmholtz Energy an der Entwicklung und Skalierung von Perowskit-Solarzellen, die als die Zukunft der Photovoltaik-Industrie gelten. Ziel dieser Forschungsprojekte ist die Entwicklung hocheffizienter und vollständig kreislauffähiger Solarzellen und Module, um die Nachhaltigkeit des Energiesystems zu erhöhen.

Windenergie

Windenergie ist die wichtigste Stromquelle in Deutschland und liefert bereits mehr als ein Viertel unseres Stroms. Im Jahr 2023 erzeugten die über 28.677 Windenergieanlagen in Deutschland genug Energie für 34 Millionen Haushalte (Daten vom Bundesverband erneuerbare Energie e.V.). Bis 2030 soll die Stromerzeugung aus Windenergie etwa verdoppelt werden. Forschung ist weiterhin notwendig, um die Effizienz, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen weiter zu verbessern.

2023 wurde der Forschungspark WiValdi (Wind Validation) eröffnet. Diese einzigartige Großforschungsanlage wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit Partnern aus dem Forschungsverbund Windenergie betrieben und ist Teil von Helmholtz Energy. Die Technologie und die Zusammensetzung des Forschungsparks sind einmalig und ermöglichen Wissenschaft im Originalmaßstab mit einem bisher unerreichten Detailgrad unter realen Umweltbedingungen. Das Ziel dieser Forschung ist es, die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Windenergie weiter zu steigern, die Schallemissionen zu verringern und damit die Akzeptanz dieser Technologie voranzutreiben.

Fusion

Eine langfristige Option zur Deckung des global steigenden Energiebedarfs ist die Kernfusion.

Anders als bei der Kernspaltung (Fission) werden bei der Fusion leichte Atomkerne (z. B. Wasserstoff) unter Einsatz von Energie dazu gebracht, miteinander zu schwereren Atomkernen (z. B. Helium) zu verschmelzen. Beim Prozess des Verschmelzens wird eine große Menge Energie frei. Zum Beispiel gewinnen Sterne wie die Sonne ihre Energie aus Kernfusion.

Die Technologien für ein Fusionskraftwerk sind noch lange nicht ausgereift. Bis ein funktionstüchtiges und wirtschaftliches Fusionskraftwerk Strom in unsere Steckdosen speist, ist es noch ein langer Weg. Mit dem Programm „Fusion“ will Helmholtz dazu beitragen, die Kernfusion als nahezu unerschöpfliche Energiequelle nutzbar zu machen.

Im Programm Fusion erforschen und entwickeln wir als Teil der europäisch koordinierten und geförderten Fusionsforschung die physikalischen und technischen Grundlagen für die Auslegung und den Bau von Fusionskraftwerken. Zentrale Anlagen hierfür sind Wendelstein 7-X in Greifswald – als weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator – sowie das Tokamak-Experiment ITER, welches derzeit in Cadarache/Frankreich aufgebaut wird.

Energiesystem: Netze und Speicherung

Im zweiten Quartal werden wir das Thema Energiesystem vorstellen. Das Energiesystem umfasst die Gesamtheit der Netze - wie z. B. das Strom- oder Wärmenetz -, die alle Komponenten zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Energie miteinander verbinden. Sie sind für unsere Wirtschaft und unseren Alltag unverzichtbar, da sie die Energie für Haushalte, Industrie und Verkehr bereitstellen.

Unsere Forschenden arbeiten an einer Vielzahl von technologischen Entwicklungen, die für den Umbau unseres Energiesystems eine entscheidende Rolle spielen. Ob innovative Speichersysteme, grüner Wasserstoff oder KI-Methoden für das Energiesystem - all diese Technologien sind notwendig, um eine bezahlbare, sichere und nachhaltige Energieversorgung zu schaffen.