Energietechnik

Von Werkstoffen und Fertigungsprozessen über Energiesystemanalyse bis zur Anwendung – das Fraunhofer IFAM unterstützt die Energiewende

Der Energiemarkt befindet sich in einem tiefgreifenden Transformationsprozess. Das Energiesystem der Zukunft wird regenerativ und die Erzeugungseinheiten und Verbraucher werden stark vernetzt sein.  

Das Fraunhofer IFAM unterstützt diesen Transformationsprozess mit seinen Kompetenzen der Materialwissenschaft und Fertigungstechnik und ist in den Bereichen erneuerbare Energien (vor allem Solar- und Windenergie), Batterien, thermische Energiespeicher, Wasserstoffwirtschaft und Kreislaufwirtschaft aktiv. Übergreifende Arbeitsschwerpunkte sind dabei die Energiesystemanalyse sowie Material- und Energieeffizienz.  

 

Der weltweite Energieverbrauch (G20 Staaten) hat sich zunehmend von der wirtschaftlichen Entwicklung entkoppelt und stieg zuletzt langsamer als die Wirtschaftsleistung (durch die CoVid-19 Pandemie wurde 2020 eine Senkung beobachtet)1. Die CO2-Emissionen konnten dabei trotz einer leichten Steigerung des Energieverbrauchs gesenkt werden. Damit wird ersichtlich, dass der eingeschlagene Weg durch die verstärkte Nutzung von erneuerbaren Energien wie z.  B.  

  • Solarenergie 
  • Windenergie 
  • Wasserkraft 
  • Bioenergie 
  • Geothermie  

und durch die Erhöhung der Energieeffizienz (u.  a. durch Kraft-Wärme-Kopplung, Sektorenkopplung, moderne Energiespeicher oder Elektromobilität) gangbar ist und einen deutlich positiven Effekt auf Treibhausgasemissionen hat. 

Gleichzeitig ist heute deutlich, dass die bisherigen Anstrengungen bei weitem nicht ausreichen, um die Klimaziele des Pariser Klimaabkommens von 2016 2 zu erreichen. Die Treibhausgasemissionen müssen sehr viel schneller gesenkt werden. Entsprechend sind in vielen Staaten, u.  a. auch in Deutschland, deutlich höhere Anstrengungen geplant. Dazu gehören der verstärkte Einsatz von erneuerbaren Energien, die Steigerung der Energieeffizienz, die Schaffung von effizienten Speichermöglichkeiten, der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft und die Steigerung der Materialeffizienz. Dabei muss der Weg von fossilen Stoffströmen in Richtung nachhaltiger Energie- und Stoffströme („Circular Economy“) gehen.  

Zentrale Elemente für Innovationen in der Energietechnik sind die Entwicklung neuer Werkstoffe, Materialkombinationen und Fügeverfahren sowie die Anwendung effizienter Fertigungsprozesse und Produktionsketten, die den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen der sich in der Transformation befindlichen Energietechnik genügen.  Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts – u.  a. aus der Materialwissenschaften, dem Maschinenbau, der Elektrotechnik, der Chemie und der Entwicklung von Prozessen und Anlagenkomponenten – verknüpfen ihre Kompetenzen für die geforderten Systemlösungen. Angefangen von maßgeschneiderten Werkstoffen über die Fertigungstechnik und Oberflächenfunktionalisierung bis hin zur vollständigen Charakterisierung und Qualifizierung des Bauteil- und Systemverhaltens können aktuelle Fragestellungen in der Zusammenarbeit mit unseren Kundinnen und Kunden umfassend bearbeitet werden. 

Mit seinen Kernkompetenzen bietet das Fraunhofer IFAM den Unternehmen der Energietechnik ein Spektrum an Innovationen, u. a.  

  • Energiesystemanalyse und Studien zur Transformation der Energiebranche 
  • Materialien und Prozesse für die 
    • Wasserstoffwirtschaft und
    • Solar- und Windindustrie 
  • Batterien und thermische Energiespeicher  
  • Inspektion, Prozessüberwachung und Qualitätssicherung 
  • Untersuchungen und Prüfungen in akkreditierten Laboren 
  • Personalqualifizierung in den Bereichen Elektromobilität, Wasserstofftechnologie, Klebtechnik und Faserverbundkunststoffe (FVK) 

Unsere Trendthemen

 

Sektorenkopplung und Energiesystemanalyse

Die Nutzung von Wasserstoff in der Sektorkopplung eröffnet durch zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten, Speicher sowie Energie-und Stoffströme neue Möglichkeiten für die Energiewende. Eine wichtige Rolle wird dabei auch die Abwärmenutzung und -verteilung einnehmen. 

 

Wasserstoffwirtschaft

Für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft müssen Fragestellungen hinsichtlich Erzeugung, Transport, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff für eine Vielzahl von Anwendungen geklärt und die entsprechende Infrastruktur aufgebaut werden. 

 

Erneuerbare Energien

Erneuerbare Energien haben heute vielfach ein sehr hohes technisches Niveau und an guten Standorten auch eine sehr wettbewerbsfähige Wirtschaftlichkeit erreicht. Eine Vielzahl von Material- und Prozessinnovationen werden weitere Verbesserungen der bestehenden Konstruktionen und Bauweisen ermöglichen und die Energieentstehungskosten weiter sinken lassen.  

 

Energie- und Materialeffizienz

Die Senkung des Energieverbrauchs ist neben der Erhöhung der erneuerbar produzierten Energiemenge ein Hauptziel für das Erreichen der Klimaziele. Entsprechend bedeutsam ist die sparsame Nutzung von Energie. In der Industrie lässt sich z. T. die Energieeffizienz durch Ansätze aus der Industrie 4.0 oder durch alternative Produktionstechnologien steigern.  

 

Energiespeicher

Energiespeicher ermöglichen es, Produktionsüberschüsse abzufangen und bei entsprechender Nachfrage wieder zur Verfügung zu stellen. Einen wichtigen Baustein im Bereich der Energiespeicher stellen thermische Energiespeicher dar, denn die Speicherung und die Verteilung von Wärme ist entscheidend für das schnelle Gelingen der Energiewende. 

 

Nachhaltige Energie- und Stoffströme

In der Industrie sind Materialentwicklungen und Verbindungstechnologien zur Ressourcenschonung und Vermeidung einer Linearwirtschaft gefragt. Für dieses Ziel arbeiten Experten des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM an Technologien, die den Ressourceneinsatz reduzieren und die Kreislauffähigkeit von Produkten erhöhen.

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