Helmholtz-Energie-Allianzen

Berlin - Themen sind die Entwicklung neuartiger Batteriesysteme, Energieeinsparpotenziale bei chemischen Verfahren und Solarzellen aus organisch-anorganischen Komponenten. Die drei Vorhaben werden durch den Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft mit insgesamt fünf Mio. Euro jährlich drei Jahre gefördert. Die Partner bringen zusätzlich eigene Mittel ein.

 

Nachhaltige Forschung

 

Ab 2015 sollen die Themen in die Programmorientierte Förderung der Helmholtz-Gemeinschaft übergeführt werden, so dass eine nachhaltige Fortsetzung der Forschung gesichert ist. Die Helmholtz-Energie-Allianzen bündeln die Expertise aus mehreren Helmholtz-Zentren mit passenden Universitäten und Unternehmen, um Forschungslücken zu schließen und innovative Lösungen für eine Energieversorgung der Zukunft zu entwickeln. „Der umfassende Umbau der deutschen Energieversorgung erfordert nicht nur entscheidende Fortschritte in der Grundlagenforschung, sondern darüber hinaus auch eine rasche Umsetzung der dabei gewonnenen Erkenntnisse. Dazu können wir mit den Helmholtz-Energie-Allianzen beitragen“, sagt Prof. Dr. Jürgen Mlynek, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft.

 

 

Stationäre elektrochemische Speicher und Wandler

 

Die stationäre Energiespeicherung und -umwandlung mit elektrochemischen Technologien ist eine wichtige Voraussetzung, um den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung auszubauen. Selbst etablierte Lösungen wie Lithium-Ionen-Batterien müssen für diese Anwendung neu konzeptioniert und verbessert werden. Neue Lösungen wie Metall-Luft-Batterien oder Hochtemperatur-Batterien versprechen eine deutlich höhere Speicherkapazität, sind jedoch noch nicht marktreif. Neben Batterielösungen wird der Forschungsverbund auch Energiewandlersysteme betrachten, die den Überschuss an generiertem Strom als chemische Energie zwischenspeichern. Dabei geht es um neue Formen der Elektrolyse unter Verwendung von Brennstoffzellen. Diese Entwicklungslinien werden dabei durch eine Begleitforschung sowohl technologisch als auch sozio-ökonomisch sowie in Hinsicht auf ihre Einbindung in das Energienetz bewertet.

 

Beteiligte Helmholtz-Zentren sind das Forschungszentrum Jülich, das Karlsruher Institut für Technologie und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Beteiligte Hochschulen sind die Westfälische Wilhelms-Universität Münster, die Ruhr-Universität Bochum und die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen.

 

Energieeffiziente chemische Mehrphasenprozesse

 

Die chemische Industrie ist einer der Hauptenergieverbraucher der deutschen Wirtschaft. Die Helmholtz-Energie-Allianz bündelt Kompetenzen und F&E-Aktivitäten auf den Gebieten Chemische Reaktionstechnik, Mehrphasenströmungen, Numerische Simulation und Apparateauslegungsmethoden, Prozess- und Mehrphasenmesstechnik sowie Katalyse und intensivierte Reaktortechnologien, um Energieeinsparpotenziale zu ermitteln und Methoden und Werkzeuge zu entwickeln, die das Prozessverständnis, die Prozessführung und Prozesssimulation verbessern. Langfristig sollen so neue Reaktorkonzepte für energie- und ressourceneffiziente chemische Prozesse auf Basis prozess- und reaktionsangepasster strukturierter Mehrphasenapparate entwickelt werden. Dabei werden von Beginn an neben technologischen Fragestellungen auch Aspekte der Nachhaltigkeit im Rahmen von Systemanalysen betrachtet. Nach Ablauf der dreijährigen Förderperiode werden die Arbeiten im Rahmen eines Forschungsschwerpunktes zur Mehrphasen-Prozesstechnik durch die beteiligten Helmholtz-Zentren weitergeführt. 

 

Beteiligte Helmholtz-Zentren sind das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und das Karlsruher Institut für Technologie. Beteiligte Hochschulen sind die Technische Universität Dresden, die Technische Universität Hamburg-Harburg, die Ruhr-Universität Bochum und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Assoziierter Partner ist das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme.

 

Anorganisch/organische Hybrid-Solarzellen und -Techniken für die Photovoltaik

 

Eine Möglichkeit um Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Solarzelllösungen zu steigern, besteht darin, anorganische und organische Materialien in Hybrid-Solarzellen zu kombinieren. Dafür bedarf es der Expertise zu zwei ganz unterschiedlichen Materialklassen. Die Helmholtz-Energie-Allianz bündelt genau diese und kann damit das hochaktuelle Forschungsfeld entscheidend vorantreiben. Dabei stehen Prozesse an Grenzflächen zwischen anorganischen Halbleitern und konjugierten organischen Polymeren bzw. kleinen organischen Molekülen im Fokus der Forschung. Um hocheffiziente Solarzellen herstellen zu können, müssen optimierte Nanostrukturierungen der Hybride entwickelt werden. So sollen anorganische Nanopartikel und Nanodrähte mit organischen Matrixmaterialien in kostengünstigen Verfahren kombiniert werden, aber auch die Einbettung organischer Halbleiter zwischen anorganischen Nanosäulen ist vielversprechend. Aufgrund der Komplexität der angestrebten Systeme wird die Forschung und Entwicklung von Hybrid-Konzepten für die Photovoltaik nicht nach den drei Jahren der Förderperiode abgeschlossen sein, sondern mit einer langfristigen Perspektive im Raum Berlin-Potsdam fortgeführt. Durch die Helmholtz-Energie-Allianz werden laufende Aktivitäten soweit gestärkt, dass ein international sichtbares Zentrum für Forschung und Entwicklung innovativer Hybrid-Photovoltaik entsteht: das gemeinschaftlich vom Helmholtz-Zentrum Berlin, Forschungszentrum Jülich, von Humboldt-Universität zu Berlin, Freie Universität Berlin, Technische Universität Berlin und der Universität Potsdam betriebene "Zentrum für Hybrid-Photovoltaik". Dieses Zentrum verknüpft einerseits virtuell die Aktivitäten der Partner und bekommt andererseits auch eine reale räumliche Heimat am Campus Adlershof in Berlin. 

 

Beteiligte Helmholtz-Zentren sind das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und das Forschungszentrum Jülich. Beteiligte Hochschulen sind die Humboldt-Universität zu Berlin, die Universität Potsdam und die Freie Universität Berlin. Als assoziierter Partner ist das Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik, Berlin PVcomB, beteiligt.