Die 17 globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung der Agenda 2030, die Sustainable Development Goals (SDGs), richten sich an alle: die Regierungen weltweit, aber auch an die Zivilgesellschaft, die Privatwirtschaft und die Wissenschaft.

1. Keine Armut
2. Kein Hunger
3. Gesundheit und Wohlergehen
4. Hochwertige Bildung
5. Geschlechtergleichheit
6. Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen
7. Bezahlbare und saubere Energie
8. Menschenwürdige Arbeit und Wirtschaftswachstum
9. Industrie, Innovation und Infrastruktur
10. Weniger Ungleichheiten
11. Nachhaltige Städte und Gemeinden
12. Nachhaltige/r Konsum und Produktion
13. Maßnahmen zum Klimaschutz
14. Leben unter Wasser
15. Leben an Land
16. Frieden, Gerechtigkeit und starke Institutionen
17. Partnerschaften zur Erreichung der Ziele

Strom aus erneuerbaren Energien
Der Anteil der erneuerbaren Energien im Stromsektor fiel von 45,2 Prozent (2020) auf 41,1 Prozent (2021) des Bruttostromverbrauchs. Insgesamt wurden im Jahr 2021 etwa 233,6 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom aus erneuerbaren Energieträgern erzeugt. Dies waren etwa 17 Milliarden kWh weniger als im Vorjahr (minus sieben Prozent). Dabei ist die negative Entwicklung vor allem auf die ungünstige Witterung im Jahr 2021 zurückzuführen.

Entwicklung der Anteile erneuerbarer Energien
Insgesamt entwickelte sich der Anteil der erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren positiv. Dabei gibt es jedoch große Unterschiede zwischen den einzelnen Sektoren: Während sich der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch in den letzten zehn Jahren mehr als verdoppelte und im Jahr 2021 bei 41,1 Prozent lag, steigen die Anteile in den Bereichen Wärme (16,5 Prozent) und Verkehr (6,8 Prozent) nur langsam.

Text: Umweltbundesamt

Fossile Energieträger – Primäre Energieform ist Wärme

Durch Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas und Öl sowie Kernspaltung in Atomkraftwerken wird Wärme generiert und daraus Kraft, die mithilfe von Generatoren in Strom umgesetzt wird. Nur ein kleiner Teil der Energieträger wird direkt stofflich genutzt, beispielsweise in der organisch-chemischen Industrie. Dort werden etwa 17 Millionen Tonnen Öl eingesetzt, was rund 15 Prozent des in Deutschland jährlich verbrauchten Erdöls entspricht.
Diese Kohlenwasserstoffe durch erneuerbare Moleküle zu ersetzen, würde einen zusätzlichen Energiebedarf (Strom) von circa 50 Prozent der heute bereits genutzten Strommenge in Deutschland bedeuten.

Zukünftiges Energiesystem – Primäre Energieform ist Strom

Die Energiewende strebt ein Energiesystem an, das auf regenerativ erzeugtem Strom durch Photovoltaik (Solarzellen) und Windkraftanlagen basiert. Ein entscheidender Erfolgsfaktor ist die Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologien, die im letzten Jahrzehnt erreicht wurde. Die Umstellung erfolgt damit von Wärme auf Strom, der als höchstwertige Energieform in alle benötigten Energieformen wie etwa Kraft, Kommunikation, Licht, Wärme und Chemie umgewandelt werden kann. Die direkte Nutzung des Stroms ist dabei in den meisten Fällen die effizienteste Variante, da dadurch die geringsten Wandlungsverluste auftreten.

Es gibt aber Ausnahmeanwendungen wie beispielsweise im internationalen Flugverkehr: Hier müssen aus Strom erzeugte stoffliche Kraftstoffe eingesetzt werden, die auf Wasserstoff basieren, der sich wiederum in Verbindung mit Kohlenstoff in sogenannte eFuels umwandeln lässt. Damit bezeichnet man synthetische Kraftstoffe, die wie klassisches Kerosin oder Diesel nutzbar sind. Für ihre Herstellung müssen jedoch weitere Umwandlungsverluste in Kauf genommen werden.

Mehr Informationen zum Profilbereich ECPE

Dass wir die Energiewende brauchen und Energie einsparen müssen, ist uns allen längst bewusst.
Die Dringlichkeit hat der russische Angriffskrieg in der Ukraine vielen noch einmal von einer anderen
Warte aus vor Augen geführt. Es geht nicht nur darum, wenn auch primär, Deutschland klimaneutral
zu machen, sondern auch unabhängiger von Energieimporten.

Gesetzesnovelle zum Klimaschutz Mit der Änderung des Klimaschutzgesetzes im Jahr 2021 hat die Bundesregierung die Klimaschutzvorgaben verschärft und die Treibhausgasneutralität bis 2045 festgeschrieben. Die Emissionen sollen bis zum Jahr 2030 um 65 Prozent und bis 2040 um 88 Prozent gegenüber dem Jahr 1990 gesenkt werden.

Energiewende – so wird es ein Erfolg

Der Ausbau erneuerbarer Energien und die Umstellung der Versorgungssysteme auf diese reichen nicht aus für eine erfolgreiche Energiewende.
Wir müssen Energie einsparen und effizienter verwenden. Unser Energiebedarf muss deutlich gesenkt werden, damit wir ihn decken können. Das gilt nicht nur beim Strom, sondern auch bei Wärme und Verkehr.
Nur wenn wir gemeinsam die Energieeffizienz steigern und unseren Energieverbrauch senken, kann die Energiewende gelingen.

Energiesparen schont Umwelt und Geldbeutel

Ein effizienter Umgang mit Strom und Wärme ist entscheidend, damit Klimawandel und Energiewende als große Herausforderungen angegangen werden können. Energieeffizientes Handeln und Wirtschaften sind gut für das Klima und führen zu weniger CO₂ -Emissionen. Energie lässt sich nahezu überall einsparen: im Haushalt, in der Industrie, im Gewerbe und Verkehr. Nicht nur die Umwelt profitiert davon. Eingesparte Energie und somit auch Energiekosten entlasten Bürgerinnen und Bürger, Unternehmen und Kommunen. Und ein kleinerer ökologischer Fußabdruck führt zu einem Kostenvorteil, der deutlicher wird bei einem Preisanstieg für den Ausstoß von Treibhausgasen.

Die RWTH und das Rheinische Revier, Folge 1 – Energie

Hier geht es zum Wissensquiz rund um das Thema Energie

Mit Energieeffizienz zu internationaler Wettbewerbsfähigkeit
Die internationale Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit der deutschen Wirtschaft hängt auch davon ab, wie energieeffizient sie ist. Energieeffizienz fördert in allen Sektoren neue Geschäftsmodelle, sie ist ein Impuls für die Wirtschaft, für innovative Technologien und Dienstleistungen deutscher Unternehmen, und sie eröffnet neue Märkte.

Die Broschüre Energieeffizienz in Zahlen vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) informiert über den Fortschritt der Umsetzung der Energieeffizienzpolitik in Deutschland.

Energieeffizienzstrategie 2050
Die Bundesregierung hat Ende 2019 hinsichtlich ihrer Energieeffizienzpolitik die Energieeffizienzstrategie 2050 (EffSTRA) verabschiedet und damit erstmals auch ein Ziel zur Senkung des Primärenergieverbrauchs bis 2030 festgelegt: Bis 2030 soll dieser um 30 Prozent sinken – im Vergleich zu 2008 – und bis 2050 sogar um 50 Prozent gegenüber 2008. Die EffSTRA leistet einen bedeutenden Beitrag zur Umsetzung der energie- und klimapolitischen Ziele sowohl auf nationaler wie auf europäischer Ebene.

Mehr Informationen zur EffSTRA

Zwei richtungsweisende Forschungsprojekte unter Beteiligung des FCN

Um die von der Bundesregierung für 2050 ausgegebenen Ziele der Energiewende zu erreichen, müssen Anzahl und installierte Leistung der Erneuerbare-Energien-Anlagen erheblich ausgebaut werden. Das erfordert weitreichende Veränderungen der bestehenden elektrischen Energieversorgung, die durch fortschreitende Digitalisierung und Sektorenkopplung ergänzt und teilweise sogar beschleunigt wird.

ENSURE 2-Projekt: Neue Energienetzstrukturen für die Energiewende

Das Institut für Future Energy Consumer Needs and Behavior (FCN) der RWTH zählt zum interdisziplinär zusammengesetzten Konsortium im Forschungsprojekt „Neue EnergieNetzStruktURen für die Energiewende (ENSURE)“ der KopernikusForschungsinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).
Die wirtschaftlich, technisch und gesellschaftlich verträgliche und erfolgreiche Gestaltung der Energiewende ist das Ziel des ENSURE 2-Projekts. Das zukünftige Energiesystem soll durch die Verhinderung von Fehlinvestitionen – infolge einer falschen Einschätzung der Entwicklung – und den gezielten Ausbau bestehender Netzinfrastruktur optimiert werden. Hierbei werden nicht nur Kostenreduktionen für Betreiber als auch für Endkunden angestrebt, sondern ebenfalls ökologische und makroökonomische Gewinne durch eine gesteigerte Systemeffizienz.

BeNutzLaSA-Projekt: Kostenentlastung für Lade-Hotspots

Das FCN ist auch an dem Forschungsprojekt „Bessere Nutzung von Ladeinfrastruktur durch Smarte Anreizsysteme“ (BeNutzLaSA) beteiligt, dessen Ziel die Entlastung von Lade-Hotspots mit sehr hoher Auslastung durch dynamische Preise ist. So wird nicht notwendige Ladung aus den Lade-Hotspots heraus verlagert.
Bei der Berechnung der Lade-Hotspots wird die Auslastung des Verteilnetzes mit berücksichtigt, die Prognose der Ladeinfrastruktur erfolgt über datenbasierte KIMethoden. Bereitgestellt werden die dynamischen Preise durch bestehende Systeme über die Projektpartner SMART/LAB und Hubject. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

Einen Überblick über die Forschungsthemen des FCN finden Sie hier.

Für sichtbare Innovationen und konsequenten Klimaschutz

Wärmenetze der fünften Generation
Während die Dekarbonisierung der Stromerzeugung in Deutschland deutliche Fortschritte macht,
gibt es im Wärmesektor noch viel ungenutztes Potenzial.
Das Reallabor TransUrban.NRW untersucht, welchen Beitrag 5GDHC („Fifth Generation District
Heating and Cooling“)-basierte Quartierenergiesysteme zur Wärmewende leisten können. Diese sogenannten Wärmenetze der fünften Generation sind in der Lage, erneuerbare Energien und Abwärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus in ein Versorgungssystem einzubinden.

Gemeinsam Energiezukunft gestalten
Als einer der Sieger des Ideenwettbewerbs „Reallabore der Energiewende“ des Bundesministeriums
für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gestaltet TransUrban.NRW den Übergang klassischer fossiler Fernwärmesysteme zu innovativen, CO₂-armen Energielösungen. Indem die klassische Fernwärmeversorgung in traditionellen Bergbaugebieten, die oftmals mit über 100 Grad Celsius betrieben wird, durch 5GDHC ersetzt wird, leistet das Reallabor einen Beitrag zur Verbesserung der CO₂ -Bilanz von Städten und zu einem nachhaltigen Strukturwandel in den Kohlerevieren Nordrhein-Westfalens.

Entstehung von vier Quartieren
Im Rahmen des Reallabors TransUrban.NRW entstehen vier mittels 5GDHC mit Wärme und Kälte
versorgte Quartiere. Zusammengearbeitet wird unter anderem mit Akteuren aus der Quartiersentwicklung, dem Energieversorger E.ON, Stadtwerken und der Wissenschaft. Für die Umsetzung des Reallabors wurden die Städte Gelsenkirchen, Mönchengladbach, Herne – hier entsteht der Shamrockpark – und Erkrath ausgesucht, da sie in von Stein- oder Braunkohle geprägten Strukturwandelregionen liegen.

TransUrban.NRW stellt sich vor

Mehr Informationen zu TransUrban.NRW

Für einen umweltfreundlichen Seeverkehr

Alternatives Stromerzeugungssystem für Passagierschiffe
Der Seeverkehr zählt mit zu den größten Verursachern von Treibhausgasen und Schadstoffen.
NAUTILUS (Nautical Integrated Hybrid Energy System for Long-haul Cruise Ships) ist ein EU-finanziertes Forschungsprojekt – unter Beteiligung der RWTH – und zielt darauf ab, den ökologischen Fußabdruck im Seeverkehr durch die Einführung eines alternativen hybriden Antriebsstranges für Passagierschiffe mittels Elektrifizierung und den Einsatz von Flüssigerdgas (LNG) zu verkleinern.
NAUTILUS strebt eine Erhöhung der Energieeffizienz des Antriebssystems um 10 Prozent sowie eine Senkung der CO₂-Emissionen um 40 Prozent und die anderer Luftschadstoffe um 99 Prozent an.

Neuartige Technologie erstmals für den Seeverkehr
Die im NAUTILUS-Projekt untersuchte Technologie ist die maritime Anwendung der Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) in Kombination mit einem Batteriesystem. SOFCs wandeln chemische Energie (etwa Wasserstoff, Erdgas, Diesel) direkt in elektrische Energie um. Die erfolgreiche Einführung dieser skalierbaren Technologie im Seeverkehr ermöglicht eine Kraftstoffflexibilität und führt zu einer hohen Umwandlungseffizienz.
Die Herausforderung bei einem Schiffsantriebssystem besteht darin, große Änderungen des Leistungsbedarfs zu bewältigen, beispielsweise beim Beschleunigen oder Manövrieren im Hafen.

RWTH entwickelt benötigte Energiemanagementeinheit
Für die kombinierte Wärme- und Stromversorgung des Schiffs entwickelt das Team um Cem
Ünlübayir vom Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH eine intelligente Energiemanagementeinheit. Damit wird der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle optimiert. Der Ladezustand der Lithium-Ionen-Batterie wird jeweils so eingestellt, dass sowohl eine maximale Unterstützung des Bordnetzes als auch eine Nachladung bei gleichzeitig langer Lebensdauer möglich sind.

Mehr zum Forschungsprojekt NAUTILUS

Video zum Forschungsprojekt NAUTILUS

CWD-Forschungsprojekt trägt zur Geräuschreduktion bei

Erschließung neuer Flächen notwendig
Aufgrund des global voranschreitenden Ausbaus von Onshore-Windenergie gewinnt die Akzeptanz der Bewohner naheliegender Siedlungen zunehmend an Bedeutung, wenn es um die Konzeption neuer Windenergieanlagen (WEA) geht. Neue Flächen müssen erschlossen werden, die oftmals näher an bewohnte Gebiete heranrücken. Einige Menschen fühlen sich durch die WEA gestört. Hierbei werden von den Anwohnerinnen und Anwohnern oft strengere Maßstäbe angesetzt als beim Straßen-, Schienen- und Luftverkehr. Zentraler Faktor ist die Schallabstrahlung der Anlage. Eine unzureichende Auslegung kann zu tonalen Geräuschen führen. Durch aktuelle Forschung setzt sich das Center for Wind Power Drives (CWD) der RWTH für mehr Akzeptanz für die Windenergie ein.

Ziel des Forschungsprojektes DynaWEA
Am CWD werden im Rahmen des Forschungsprojekts DynaWEA (Von der Dynamik zur Akustik einer getriebelosen Windenergieanlage) Modelle entwickelt, die zuverlässige Aussagen zum akustischen Verhalten der Anlage bereits vor dem Aufbau von Prototypen treffen können, um akustische Auffälligkeiten zu detektieren und zu vermeiden. Die von einem interdisziplinären Team entwickelte Werkzeugkette umfasst Simulationen des elektromagnetischen Feldes im Generatorluftspalt, Mehrkörpersimulationen der mechanischen Struktur sowie die Berechnung der Luftschallausbreitung in der Umgebung der WEA. Mithilfe dieser Werkzeugkette konnte im Projekt die Schallabstrahlung einer WEA der 3-MW-Klasse berechnet werden. Eine WEA dieses Typs kann bis zu 2.500 Haushalte mit Strom versorgen.
DynaWEA wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

Mehr zum Forschungsprojekt DynaWEA

Forschungscampus FEN leistet wichtigen Beitrag

DC-Netze für die zukünftige Energieversorgung
Die Energiewende kann nur gelingen, wenn unterschiedliche Maßnahmen zur CO₂-Reduktion wie in einem Bausatz miteinander verbunden werden. Hierzu leistet der „Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN)“ einen maßgeblichen Beitrag. Im FEN wird an flexiblen, automatisierten Gleichspannungsnetzen (DC-Netze) für die zukünftige Energieversorgung geforscht. Diese sollen die klassischen Wechselspannungsnetze ablösen, um bei stetig steigender Zahl dezentraler Energiequellen eine sichere, effizientere und flexible Versorgung zu gewährleisten.

Von der Forschung zur Realisierung
In unterschiedlichen, interdisziplinären Forschungsschwerpunkten wird daran geforscht, die Idee der DC-Netze zu realisieren: angefangen bei Materialien und Komponenten für DC-Netze über neue Energiedienstleistungen, Betriebs- und Sicherheitskonzepte bis hin zur Akzeptanz der Technologie. Dabei werden ökologische, ökonomische und städtebauliche Aspekte direkt in die Entwicklung der Netze einbezogen. Darüber hinaus wirken die im FEN beteiligten Partner aktiv an der Entwicklung von internationalen Standards und Normen für Gleichspannungsnetze und deren Komponenten mit.

Wissenschaft und Industrie – gleichwertige Partner unter einem Dach
Neben 16 Instituten der RWTH sind 17 renommierte Industriepartner am FEN, der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, beteiligt. Die Partner forschen unter einem Dach, und die Gremien des Campus sind paritätisch besetzt. So können Innovationen über die einzelnen Fachkompetenzen hinaus erzielt werden.

Film zur „Vision Gleichstromnetz“

Mehr Informationen zum FEN

RWTH-Professor leistet Pionierarbeit und erhält den Innovationspreis des Landes NRW

Enorme Herausforderung für Stromverteilnetze
Die von Deutschland angestrebte Klimaneutralität bis 2050, NRW will schon fünf Jahre früher klimaneutral sein, und die dazu erforderliche schrittweise Umstellung auf erneuerbare Energien bewirken gleichzeitig, dass die Anforderungen an die Stromverteilnetze wachsen.
Ein Großteil der erneuerbaren Energien ist an Nieder- und Mittelspannungsnetze angeschlossen.
Sowohl die sich wandelnde Rolle von Stromverteilnetzen als auch die erhöhte Anzahl an angeschlossenen Komponenten erfordern neuartige Lösungen zur Digitalisierung der Verteilnetze.

Kapazitäten bestehender Netze besser nutzen
Im Rahmen des durch die Europäische Kommission geförderten Horizont 2020-Forschungsprojekts SOGNO haben Professor Antonello Monti, am Institut für Automation of Complex Power Systems (ACS) der RWTH Inhaber des gleichnamigen Lehrstuhls, und sein Team eine innovative SoftwarePlattform entwickelt, mit der sich Kapazitäten bestehender Netze besser nutzen lassen und der Ausbau erneuerbarer Energien unterstützt wird.
Dafür wurde Monti mit dem 100.000 Euro dotierten Innovationspreis des Landes Nordrhein-Westfalen
in der Kategorie „Innovation“ ausgezeichnet. Der Preis ist nach dem Zukunftspreis des Bundespräsidenten die höchstdotierte Auszeichnung dieser Art in Deutschland.

Neues Konzept zur Automatisierung moderner Energienetze
Die SOGNO-Plattform nutzt Konzepte und Methoden aus der Welt des Internet of Things und befasst sich mit einem neuen Konzept zur Automatisierung moderner Energienetze. In der Vergangenheit wurden Automatisierungslösungen als monolithische Produkte von einzelnen Unternehmen realisiert.
„Unser Konzept wurde als Open Source entwickelt, um die Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten und die Schaffung eines offenen Ökosystems zu fördern“, erklärt Professor Monti.

Innovationspreis 2022, Kategorie „Innovation“, Professor Antonello Monti

Zum Innovationspreis des Landes NRW an Professor Antonello Monti

RWTH am Forschungsprojekt „Rolling Solar“ zur nachhaltigen Energieerzeugung beteiligt

Integration von Solarzellenmaterialien in die Straßenoberfläche und Straßeninfrastruktur
Das Forschungsprojekt „Rolling Solar“ ist Teil des Interreg-Programms „Euregio Maas-Rhein“ und wird aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanziert. Unterstützt wird „Rolling Solar“ von den Provinzen Nordbrabant, Flämisch-Brabant, Limburg und Lüttich sowie dem niederländischen Ministerium für Wirtschaft und Klima (EZK). Deutschland, Belgien und die Niederlande sind über ein gewaltiges Straßennetz auf einer Gesamtlänge von einer Million Kilometer verbunden. Dieses repräsentiert eine erhebliche Nutzfläche, die zur Ernte erneuerbarer Energien durch die Integration von Solarzellen in Straßenbelägen und vor allem in akustischen Barrieren der Straßeninfrastruktur genutzt werden kann.

Stromerzeugung ohne Landnutzung
Das Projekt zielt darauf ab, eine nachhaltige grenzüberschreitende Zusammenarbeit zwischen Industrie, Forschung und Interessengruppen zu fördern.
Ziel ist es, lokale Hersteller und Bauunternehmen dabei zu unterstützen, eine kostengünstige Integration langer Abschnitte von Solarzellenmaterial in die öffentliche Infrastruktur zu realisieren. Dadurch wird eine großflächige, dauerhafte Stromerzeugung ohne zusätzliche Landnutzung und mit hoher gesellschaftlicher Akzeptanz in der Nähe des Verbrauchsortes ermöglicht.

RWTH-Lehrstuhl entwickelt wichtige anwendungsspezifische Schaltungen
Der Lehrstuhl für Integrierte Analogschaltungen der RWTH entwickelt für „Rolling Solar“ anwendungsspezifische Schaltungen (siehe Bild) für eine kostengünstige Massenproduktion. Mit diesen Schaltungen lässt sich ein optimaler Energieertrag erzielen; ihre wesentliche Stärke ist eine extrem schnelle Regelung, die den Schattenwurf der fahrenden Straßennutzer berücksichtigt. Auch die Auswirkungen der abweichenden Alterungsprozesse der Solarzellen, die vor allem durch die mechanische Beanspruchung hervorgerufen werden, können somit gemildert werden.

Film zu „Rolling Solar“

Mehr Informationen zu Rolling Solar

Nationale Wasserstoffstrategie läutet Markthochlauf ein

Die Bedeutung von Wasserstoff für Deutschland
Wasserstoff wird heutzutage bereits in einer Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Mobilität, Haushalt und Industrie erprobt. Mit der im Juni 2020 beschlossenen Nationalen Wasserstoffstrategie hat die Bundesregierung Stellung zum Energieträger Wasserstoff bezogen und den Markthochlauf von Wasserstofftechnologien eingeläutet. Indem Forschung und Entwicklung wie auch der Technologieexport rund um innovative Wasserstofftechnologien forciert werden, erfahren deutsche Unternehmen somit auch in ihrer Wettbewerbsfähigkeit eine Stärkung.

Grüner Wasserstoff für ein nachhaltiges, globales Energiesystem
Grüner Wasserstoff wird CO₂-frei auf Basis erneuerbarer Energien – etwa durch Elektrolyse – hergestellt. Er ist ein vielseitig einsetzbarer Energieträger, mit dem sich Energie von Sonne und Wind speichern, transportieren und je nach Bedarf einsetzen lässt: beispielsweise in Brennstoffzellen zur Erzeugung von Strom und Wärme.
Grüner Wasserstoff kann gemäß dem Motto „Shipping the sunshine“ in wind-, sonnen- und wasserreichen Regionen produziert und von dort aus exportiert werden und somit den globalen Energiebedarf decken.

Reallabore der Energiewende
Mit dem Förderformat „Reallabore der Energiewende“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) sollen Wasserstofftechnologien in der realen Anwendung im industriellen Maßstab erprobt werden, um entsprechende Erfahrungswerte für den Markthochlauf der Technologien zu sammeln. Insgesamt fokussieren sich elf von zwanzig Reallaboren der Energiewende auf Wasserstoff und möchten diesen im Megawatt-Maßstab produzieren, verteilen, speichern und nutzen.  

Gemeinsam Geschwindigkeit im Hochlauf erreichen
Die Kooperation aus Wissenschaft und Wirtschaft ermöglicht eine Beschleunigung des Markthochlaufes. So investiert die Industrie aktiv in Wasserstofftechnologien und fördert mit Demonstrationsprojekten den Markthochlauf. Unterstützend liefert die Forschung kontinuierlich entsprechende Innovationen. Heutige Technologien werden in enger Zusammenarbeit weiterentwickelt und Kosten für Verbraucherinnen und Verbraucher gesenkt, um nachhaltige Geschäftsmodelle abzuleiten.

Für eine nachhaltige, wasserstoffbasierte Energiewirtschaft

Wasserstoff als Energieträger bietet die Möglichkeit, eine lokale und globale CO₂-neutrale Energiewirtschaft zu etablieren. 2021 hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Zukunftscluster Wasserstoff als einen der sieben Gewinner der Initiative „Clusters4Future“ ausgewählt. RWTH und Forschungszentrum Jülich (FZJ) haben gemeinsam die Bewerbung des Zukunftsclusters initiiert. Koordiniert wird der Cluster vom RWTH-Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (TME).

Wasserstofftechnologien in die Anwendung überführen
Der Zukunftscluster Wasserstoff bündelt bereits vorhandene Kompetenzen im Bereich der Wasserstofftechnologien in und um Aachen mit Akteuren aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. Zielsetzung ist eine Vernetzung auf regionaler, nationaler und internationaler Ebene, um Wasserstofftechnologien von der Forschung und Entwicklung in die Anwendung zu überführen. Die Forschungspartner RWTH und FZJ decken aus technologischer Sicht die gesamte Wertschöpfungskette von der Wasserstofferzeugung, -speicherung und -verteilung über die Nutzung bis hin zur Entwicklung von Wasserstofftechnologien zur Marktreife ab.

Die Vision: „Wasserstofftechnologien made in Germany“
Eine internationale wasserstoffbasierte Gesellschaft, die ausschließlich erneuerbare Energien nutzt, bildet die Vision des Zukunftsclusters Wasserstoff. In diesem Sinne sollen Energie- und Stoffkreisläufe geschlossen und Marktaktivierungsmaßnahmen von heute mit Innovationen von morgen untermauert werden. Aachen als mögliche Modellregion für die Produktion, Verteilung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff unter dem Dach von „Wasserstofftechnologien made in Germany“.

Mehr Informationen zum Zukunftscluster Wasserstoff

Quartiere sollen energetisch vernetzt werden

Verknüpfung von Energie, Wärme und Mobilität
Um die Klimaziele zu erreichen, müssen die einzelnen Sektoren Energie, Wärme und Mobilität stärker als bislang miteinander verknüpft werden. Nur so wird aus der Stromwende eine Energiewende.
Das Forschungsvorhaben SmartQuart ist das erste „Reallabor der Energiewende“, ein Förderformat des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Sein Ziel ist es zu zeigen, dass die erforderliche Verknüpfung innerhalb eines Quartiers, aber auch im Zusammenspiel mit benachbarten Quartieren, bereits heute technisch und wirtschaftlich möglich ist. Am Reallabor beteiligt sind die folgenden RWTH-Lehrstühle: Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen (E3D), Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC) sowie das Lehr- und Forschungsgebiet für Immobilienprojektentwicklung (iPE).

Stadtquartiere bilden das Reallabor
Mit SmartQuart ist es möglich, Potenziale von erneuerbaren Energietechnologien unter realen Bedingungen zu prüfen. An dem Forschungsvorhaben beteiligen sich sowohl die zukünftigen Bewohnerinnen und Bewohner der Stadtquartiere als auch Planende, Betreibende und Energieversorger. Durch Partizipation werden die Bedarfe und Einschätzungen verschiedener Nutzungsgruppen systematisch im Projekt mit untersucht. Somit bewerten unterschiedliche Akteure aus verschiedenen Perspektiven Energieeinsparungen, Gebäudequalitäten, Komfort und Risiken.

Effiziente Nutzung von Energieinfrastrukturen
Für drei Quartiere werden Möglichkeiten einer nachhaltigen, energetischen Versorgung entwickelt und analysiert. Das Quartier Bedburg als ländlich geprägtes Wohnquartier, Kaisersesch als ländlich geprägtes Industriequartier und Essen als urbanes Stadtquartier bilden einen Querschnitt für verschiedene Quartierstypen in Deutschland. Die Quartiere werden jeweils in sich und auch miteinander vernetzt. Smart-Grid-Lösungen koppeln Wärme, Kälte, „grünen“ Strom, Wasserstoff und Mobilität intelligent miteinander.

RWTH-Lehrstuhl forscht zur schnellen Umsetzung

Klimaneutrale Gebäudebeheizung
Wärmepumpen können als zentrale Technologie für eine klimaneutrale Wärmebereitstellung Gas als
Hauptenergieträger ersetzen. Dazu will die Bundesregierung ab 2024 500.000 Wärmepumpen jährlich
installieren. Hierfür müssen Herausforderungen in der Energieeffizenz, der Akzeptanz und der Einbindung von Wärmepumpen überwunden werden, an denen am Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik der RWTH geforscht wird.

Steigerung der Energieeffizienz
Durch die langfristige Energieeffizienz-Steigerung der Wärmepumpen lassen sich sowohl die jährlichen Kosten als auch die Emissionen reduzieren. Daher erforscht das RWTH-Projekt LOGIN Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung von Wärmepumpen.

Förderung der Akzeptanz
Damit Wärmepumpen langfristig als Wärmeerzeuger Anwendung finden, muss die Attraktivität der Technologie auch für die Endkunden erhöht werden. Aus diesem Grund sind unter anderem die Reduktion der Schallemissionen sowie die Minderung der Gesamtkosten Kernaspekte der aktuellen Forschung im RWTH-Projekt LowNoise.

Einbindung in das Gebäude
Wärmepumpen müssen schnell und standardisiert installiert werden können. Dieser Herausforderung
stellt sich „Urban Energy Lab 4.0“, ein RWTH-Forschungsprojekt zum Aufbau einer einmaligen und
hoch vernetzten Infrastruktur für die Konzeption und Analyse neuer urbaner Energieversorgungskonzepte,
gefördert aus Mitteln des Landes NRW und des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

Kurzfristige Maßnahmen zur Einsparung des Gasverbrauchs für Bürgerinnen und Bürger

RWTH-Forschungsprojekt LOGIN

RWTH-Forschungsprojekt LowNoise

RWTH-Forschungsprojekt Urban Energy Lab 4.0

Grün, wirtschaftlich und effizient: Ein Keton-Ester-Alkohol-Alkan-Gemisch (KEAA) für zukünftige Motoren

Das Fuel Science Center (FSC) der RWTH schafft Grundlagenwissen sowie neuartige Methoden und
Konzepte für die Entwicklung nachhaltiger technischer Lösungen zur Nutzung von erneuerbarer Energie und alternativen Kohlenstoffquellen in flüssigen Energieträgern für CO₂-neutrale und nahezu schadstofffreie Antriebssysteme.
Der modellgestützte „Fuel Design Process“ kann Kraftstoffe auf eine effiziente Verbrennung zuschneiden und gleichzeitig die Umweltauswirkungen und Produktionskosten minimieren. Ein so konzipiertes Keton-Ester-Alkohol-Alkan-Gemisch (KEAA) für hocheffiziente Ottomotoren wurde interdisziplinär bewertet und mit Super-E10-Kraftstoff verglichen.

Mehr Informationen zu KEAA

Zur Vision und Mission des FSC

Längst angewandte Technologie

Die Tiefengeothermie – also die Nutzung der Erdwärme in Tiefen zwischen 400 und 5.000 Metern – kann einen großen Beitrag zur Klimaneutralität des Wärmemarktes leisten, weil sie witterungsunabhängig lokale Energie liefert und in Siedlungen wenig Fläche beansprucht. Die Technologie ist ausgereift und kommt seit Jahrzehnten in vielen europäischen Städten zur Anwendung. Geothermische Energie wird sowohl zur Stromerzeugung als auch direkt im Wärmesektor verwendet.

Natürliche Energiequelle nutzen
Der Schwerpunkt in der Geothermie liegt auf den hydrothermalen Reservoiren; darunter versteht man thermalwasserführende Gesteine in bis zu 5.000 Metern unter der Erde. Geothermale Wässer können bei Temperaturen zwischen 15 und 180 Grad Celsius aus Tiefbrunnen gefördert werden. Sie sind jahres- und tageszeitenunabhängig verfügbar und lassen sich insbesondere für die kommunale Wärmeversorgung, Fernwärme, Wohnungswirtschaft und zur Bereitstellung industrieller Prozesstemperaturen nutzen.

RWTH-Forschung zur Geothermie
An der RWTH forschen zur Geothermie unter anderem der Lehrstuhl für Angewandte Geophysik 1: Computational Geoscience, Geothermie und Reservoirgeophysik (CGGR), das Geologische Institut Aachen (GIA) und das Institut für Markscheidewesen, Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau (IFM).
So sind GIA und IFM beispielsweise am Forschungsprojekt „KarboEx: Karbonatexploration NRW – Erschließung einer Wärmequelle für den karbonfreien Wärmemarkt“ beteiligt. In NRW sind Karbonate – Salze und Ester der Kohlensäure – in Tiefen, die über ausreichende Temperaturen für eine geothermische Wärmenutzung verfügen, zwar großflächig vorhanden, aber noch nicht ausreichend exploriert. Exploration ist grundsätzlich kostenintensiv.
Mit den Forschungsergebnissen von „KarboEx“ lassen sich geothermische Potenziale der Karbonate in NRW abschätzen und weitere Explorationstätigkeiten steuern.

Mehr Informationen zum Forschungsprojekt „KarboEx“

Mehr Informationen auf den Seiten des Instituts für Angewandte Geophysik und Geothermie (GGE)

Voltfang schafft umweltfreundliche Stromspeicher

Innovatives Konzept ermöglicht funktionierende Kreislaufwirtschaft
für Lithium-Ionen-Batterien Die steigende Nachfrage nach E-Autos und stationären Stromspeichern beansprucht in höchstem Maße Rohstoffe, das Leben der Menschen in den Abbaugebieten und die Umwelt. Das Start-up Voltfang, als Spin-off der RWTH von Afshin Doostdar, Roman Alberti und David Oudsandji gegründet, bietet seit 2021 mit nachhaltigen Stromspeichern aus gebrauchten E-Autobatterien eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Stromspeichern. Damit wird die Produktion neuer Batterien vermieden und die Lebensspanne von bereits gebrauchten Batterien um das Doppelte verlängert. Dies spart nicht nur CO₂-Emissionen, sondern auch Wasser, Energie und hohe Mengen an Ressourcen wie Lithium und Kobalt, die sonst in der Batterieproduktion anfallen würden, ein.

Unabhängigkeit vom Stromnetz und von steigenden Kosten
In einem zertifizierten Prüfverfahren werden die Batteriemodule getestet, sie verfügen über eine Restkapazität von über 80 Prozent. Der von Voltfang entwickelte Stromspeicher ermöglicht eine Speicherung von überschüssigem Strom, auf den bei Bedarf zurückgegriffen werden kann, um teure Lastspitzen zu kappen. Eine PV-Anlage ist nicht zwingend notwendig, damit Industrie und Gewerbe von den Vorteilen des Speichersystems profitieren können. Selbst wenn der Strom vom Netz bezogen wird, lassen sich beispielsweise die Anforderungen im Ausbau der Ladeinfrastruktur von Elektroautoflotten oder die Sicherung der Notstromversorgung über den von Voltfang entwickelten Stromspeicher erfüllen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zur Eigenverbrauchsoptimierung.

Imagefilm Voltfang

Mehr Informationen zu Voltfang

envelio macht Verteilnetzbetreibern und Netzkunden das Leben leichter

Starke Belastung der Verteilnetze im Zuge der Energiewende
Millionen neuer Windenergie- und Photovoltaikanlagen müssen in unsere Stromnetze integriert werden. Ebenso steigt die Zahl neuer Verbraucher, wie Ladesäulen für E-Autos oder Wärmepumpen, enorm an. Die Integration dieser Anlagen belastet die Verteilnetze stark. Zudem ist die Transparenz über die Auslastung der Netze, insbesondere in der Niederspannung, häufig gering. Unübersichtliche IT-Strukturen haben zur Folge, dass viele Prozesse bei Netzbetreibern manuell gesteuert werden und einen hohen Arbeitsaufwand verursachen.

Intelligent Grid Platform für eine schnelle und kostengünstige Energiewende
Das Fehlen einer skalierbaren Softwareplattform für das Management zukünftiger Netze motivierte das Start-up envelio, 2017 als Spin-off der RWTH von Simon Koopmann, Fabian Potratz, Philipp Goergens, Moritz Cramer und Philipp Erlinghagen gegründet, zu seinem Produkt: der Intelligent Grid Platform, einem Software assistenzsystem, das die Stromnetze in digitale, flexible und interaktive Smart Grids (intelligente Stromnetze) verwandelt. So lassen sich alle Netzdaten dauerhaft vereinen und Prozesse in der Netzplanung und Netzbetriebsführung digital und automatisiert abwickeln.

Nachhaltige Veränderung des Energiesystems
Die Vision von envelio ist, die Energiewende durch eine schnelle Netzintegration von erneuerbaren Energien, Ladesäulen und Wärmepumpen zu beschleunigen und die Energienetze für unsere Zukunft zu gestalten. Dazu werden Algorithmen aus Europas führenden Energieforschungsclustern in die reale Anwendung gebracht.

Mehr Informationen zu envelio

Unser Ziel ist es, ...

… in einem partizipativen Prozess eine Vision für eine nachhaltige RWTH zu entwickeln, eine Roadmap mit konkreten Zielen für die RWTH zu erarbeiten und umzusetzen, diese kontinuierlich zu prüfen sowie weiterzuentwickeln. Um die RWTH als treibende Kraft einer nachhaltigen Entwicklung der Gesellschaft zu etablieren, orientieren wir unsere Entwicklungsziele an nationalen sowie internationalen Rahmenwerken, die auf der Agenda 2030 der Vereinten Nationen basieren.

… unsere Forschung nachhaltiger auszurichten, das Thema Nachhaltigkeit in allen Fakultäten und Profilbereichen zu verankern, in Forschungsprojekten mitzudenken und Lösungen für eine nachhaltige Transformation unserer Gesellschaft bereitzustellen.

… unsere Lehre nachhaltiger auszurichten, das Thema Nachhaltigkeit in allen Studiengängen zu verankern und die Befähigung unserer Lernenden und Lehrenden stärker zu fokussieren, mit innovativen Ideen die Lösungsentwicklung voranzutreiben.

… den Betrieb der RWTH Aachen University nachhaltiger auszurichten, unseren ökologischen Ressourcenverbrauch im Sinne der Klimaneutralität zu reduzieren und aktiv ein verantwortungsvolles, inklusives Miteinander zu gestalten.

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