Wärmewende

Die Wärmewende ist ein zentraler Hebel zur Erreichung der Klimaziele und ein entscheidender Bestandteil der Transformation des Energiesystems. Ein Großteil des Endenergieverbrauchs in Deutschland entfällt auf Wärme – für Gebäude, Warmwasser und industrielle Prozesse. Um bis 2045 einen klimaneutralen Gebäudebestand und eine weitgehend dekarbonisierte Industrie zu erreichen, sind tiefgreifende strukturelle und technologische Veränderungen nötig. Neben erneuerbaren Wärmequellen und unvermeidbarer Abwärme spielen thermische Energiespeicher und intelligente Steuerungssysteme eine Schlüsselrolle.

Wärme wird heute noch überwiegend aus fossilen Energieträgern bereitgestellt. Kommunen, Energieversorger, Industrie und Wohnungswirtschaft stehen vor der Aufgabe, bestehende Infrastrukturen weiterzuentwickeln, Investitionsrisiken zu minimieren und gleichzeitig Versorgungssicherheit und Bezahlbarkeit zu gewährleisten. Die Wärmewende erfordert daher integrierte Lösungen, die Gebäude, Quartiere, Netze und industrielle Prozesse gemeinsam betrachten – technologisch, wirtschaftlich und regulatorisch.

Das Fraunhofer IFAM verbindet Expertise aus Energiesystemanalyse, Werkstofftechnik und Speichertechnologien mit praxisnaher Forschung und strategischer Beratung. Wir arbeiten interdisziplinär an Lösungen für die Transformation des Wärmemarktes zum Beispiel im Rahmen von Wärmemarktstudien und industrieller Systemintegration. In unsere Analysen fließen technische, wirtschaftliche und regulatorische Aspekte gleichermaßen ein – so entstehen belastbare Entscheidungsgrundlagen für öffentliche und private Akteure.

• Kommunale Wärmeplanung und Wärmemarktstudien: gebäudescharfe Wärmebedarfskarten, Sanierungsszenarien, Szenarien zur Transformation des Wärmemarktes mit dem Ziel der Ableitung von Gebieten für eine Versorgung über Wärmenetze bzw. über eine dezentrale Versorgung
• Wärmenetze und Sektorenkopplung: Nah-/Fernwärme, Wärmepumpen, KWK, Wärmespeicher, Einbindung unvermeidbarer Abwärme und erneuerbaren Wärmequellen
• Thermische Energiespeicher: Phasenwechselmaterialien (PCM-Technologien) inkl. Materialauswahl, Auslegung von Speichersystemen und Prototypentest
• Industrielle Abwärmenutzung: Potentialabschätzung, prozessintegrierte Speicherlösungen und Nutzungskonzepte
• Politikberatung zu Regulatorik und Effizienzbewertung: Definition von Effizienzkriterien für Wärmenetze, Weiterentwicklung des KWKG, Stilllegung von Gasnetzen. Aktuelle regulatorische Entwicklungen werden in der Bewertung berücksichtigt.

Mit fortschrittlichen Modellierungs- und Optimierungstools entwickeln wir Szenarien für die Transformation des Wärmemarktes und bewerten diese systematisch. Ein besonderer Fokus liegt auf der Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Wärmenetzkonzepten, unter Einbeziehung von Technologien wie Großwärmepumpen, KWK, Power-to-Heat und Wärmespeichern sowie der Integration erneuerbarer Energien und unvermeidbarer Abwärme. Gleichzeitig arbeiten wir an der Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens, um die Transformation zu ermöglichen.

Darüber hinaus entwickeln wir modulare Wärmespeichersysteme auf Basis von PCM und sorptiven Materialien, die eine flexible und effiziente Nutzung von Wärme erlauben. Ergänzend entstehen Konzepte zur Abwärmenutzung sowie Demonstratoren für Hochtemperaturspeicher.

Unsere Forschung mündet in konkrete Planungs- und Entscheidungsgrundlagen, darunter:

• kommunale Wärmepläne mit umsetzungsorientierten Maßnahmenkatalogen
• Studien zur optimalen Auslegung und zum Einsatz zukünftiger Erzeugungsportfolios von Anlagen und Speichern in Wärmenetzen
• Bewertungen von Speicheranwendungen und Prototypen
• Abwärmenutzungskonzepte für Industrieprozesse

Diese Ergebnisse schaffen eine belastbare Grundlage für Investitionsentscheidungen und unterstützen die Umsetzung einer klimaneutralen Wärmeversorgung.

Mit seiner interdisziplinären Expertise verbindet das Fraunhofer IFAM Materialentwicklung, Energiesystemanalyse und strategische Beratung.

Am Standort Bremen werden Datenanalyse, Energiesystemmodellierung und Transformationsstrategien entwickelt. In Dresden entstehen innovative Werkstoffe und energietechnische Komponenten, darunter:

• Latentwärmespeicher
• thermische Kompressoren
• thermoelektrische Generatoren
• Hochleistungswärmeübertrager auf Basis zellularer Metalle und additiver Fertigung

Damit begleitet das Institut Projekte von der ersten Analyse über Technologieentwicklung bis zur Umsetzung praxisnaher Lösungen für eine nachhaltige Wärmeversorgung.