In unserem neuen Format „Thema im Fokus“ greifen wir jeweils eine aktuelle gesellschaftliche Entwicklung oder Fragestellung auf und beleuchten sie aus Sicht der Forschung an HAW: Welche Projekte laufen dazu im Programm Forschung an Fachhochschulen, und welche Aspekte decken sie ab? Unser erstes Thema im Jahr 2023 ist die Energiewende im Kontext von Klimawandel, Mobilitätswende und Energiepreiskrise.
Der Wohlstand unserer Gesellschaft hängt von einer funktionierenden Energieversorgung ab, denn ohne Strom, Wärme und Mobilität ist unser Alltag nicht mehr denkbar. Für die Einhaltung der Klimaziele und die Reduktion von CO2-Emissionen spielen aber gerade diese Bereiche eine besonders große Rolle. Das Ziel der Energiewende ist es deshalb, eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung zu realisieren.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt seit Jahren zahlreiche innovative und praxisorientierte Forschungsvorhaben an HAW, um verschiedene Aspekte der Energiewende zu beleuchten. Einige dieser Vorhaben stellen wir Ihnen in diesem "Thema im Fokus" vor. Die Projekte stehen beispielhaft für die Vielfalt der Themen und Projekte an deutschen Hochschulen – ob sie nun übergreifende Forschungsfragen und Akzeptanzdiskussionen adressieren oder die Details der technologischen Umsetzung ausloten.
Hier erfahren Sie mehr über die Energiewende und die aktuelle Forschung dazu an HAW:
Weitere Projekte zum Thema
PV-FeldLab: Leistungsmessung von Photovoltaikanlagen
Im Verbundprojekt PV-FeldLab haben die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Coburg und die Hochschule Nordhausen neue Messverfahren entwickelt, um die Leistung von Photovoltaik-Anlagen zu bestimmen. Diese Verfahren wurden in ein mobiles Feldlabor integriert. Ziel war es, dass Betreiber von PV-Anlagen den Alterungszustand der Solarmodule vor Ort messen und geringste Parameterveränderungen schnell und verlässlich erkennen können. Das Messverfahren reduziert Ausfälle und Einspeiseverluste von PV-Anlagen und macht Ertragsprognosen zuverlässiger. So kann es dazu beitragen, dass insgesamt mehr Solarenergie erzeugt wird und die Kosten sinken. Die Hochschulen haben mit mehreren deutschen Solarmodulherstellern kooperiert. Die Forschungsarbeiten befördern damit nicht nur die Energiewende, sondern unterstützen gleichzeitig Technologieentwicklungen der einheimischen PV-Industrie und stärken deren Marktposition.
Projekttitel: Vorort-Leistungsbestimmungen und Alterungsanalysen an Photovoltaikgeneratoren (PV-FeldLab)
Zuwendungsempfänger: HAW Coburg | Hochschule Nordhausen
FKZ: 13FH600IA6 | 13FH600IB6
Laufzeit: Dezember 2018 bis Februar 2023
Förderung: IngenieurNachwuchs
Mehr dazu: Artikel der HAW Coburg zum Projekt
ofVerte_LeitStand: Intelligentes Stromnetz für regenerative Energien
Eine der größten Herausforderungen der Energiewende sind schwankende Strommengen aus Sonnen- und Windenergie. Durch die Einspeisung dieser regenerativen Energiequellen und den Einsatz intelligenter Netzwerkkomponenten wird das Stromnetz immer komplexer. Mit modernster Software und Algorithmen können die Netze visualisiert und gesteuert werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens ofVerte_LeitStand haben die Hochschule Emden/Leer und die Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth ein Software-Leitsystem für Stromverteilnetze mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien entwickelt. Das System wurde so ausgelegt, dass der Betrieb und die Wartung für Unternehmen flexibler und unabhängiger werden. Da es sich bei der Energieversorgung um eine kritische Infrastruktur handelt, lag ein besonderer Fokus darauf, in anderen Bereichen bereits etablierte Standard-Technologien einzusetzen. Die neue Software-Steuerung soll insbesondere für kleinere Verteilnetzbetreiber wie etwa kleine Stadtwerke kostengünstige Lösungen bieten.
Projekttitel: Aufbau eines offenen Verteilnetz-Leitsystems mit Standard-Industriekomponenten für Netze mit hohem Anteil Erneuerbarer Energien (ofVerte_LeitStand)
Zuwendungsempfänger: Hochschule Emden/Leer | Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth
FKZ: 13FH112PA8 | 13FH112PB8
Laufzeit: Dezember 2019 bis Mai 2023
Förderung: FHprofUnt
Mehr dazu: Projektbeschreibung auf der Website des Zentrums für digitale Innovation Niedersachsen (ZDIN)
BioCO2nvert: Power to Gas, eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende
Erneuerbare Energieformen wie Solar- oder Windenergie haben einen Nachteil: Sie schwanken stark und liefern nur dann Strom, wenn zum Beispiel die Sonne scheint oder der Wind weht. Mit sogenannten Power-to-X-Technologien werden solche temporären Stromüberschüsse in eine andere Energieform umgewandelt: In Power-to-Gas-Anlagen zum Beispiel wird Energie in Form von Gas gespeichert und kann so flexibel weiterverwendet werden. Die Methode ist daher die Zukunftstechnologie für die Energiewende. Ziel des Projekts BioCO2nvert war es, Strom aus Wind- und Sonnenenergie zunächst in Wasserstoff umzuwandeln und diesen dann unter Einsatz von Kohlendioxid in Methan zu überführen. Dieses Gas kann mit bestehender Infrastruktur gespeichert werden. Kohlendioxid entsteht bei vielen Verbrennungsprozessen in der Industrie, aber auch bei der alkoholischen Gärung – etwa bei der Produktion von Bioethanol. Partner im Projekt war daher unter anderen die Südzucker AG, die große Bioethanolanlagen betreibt. Die Verwertung des Kohlenstoffdioxids verbessert die Klimabilanz der Produktion.
Projekttitel: Implementierung eines bedarfsgerechten Power-to-Gas Konzeptes in CO2 emittierende Fermentationsanlagen (BioCO2nvert)
Zuwendungsempfänger: Hochschule Ostwestfalen Lippe
FKZ: 13FH240PX6
Laufzeit: August 2018 bis April 2023
Förderung: FHprofUnt
Mehr dazu: Projektbeschreibung auf der Website der TH OWL
SMART-H2: Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen für den Schwerlastverkehr
Um den Klimawandel erfolgreich einzudämmen, muss die Energiewende mit einer Verkehrswende einhergehen. Wasserstoffbasierte Antriebe in Verbindung mit einer Wasserstoff-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle bieten besonders im Nutzfahrzeugbereich entscheidende Vorteile. Um jedoch die Alterung und damit die Lebensdauer der Brennstoffzellen zu beeinflussen, braucht es ein tiefes Verständnis der zugrundeliegenden Deaktivierungsprozesse unter realistischen Betriebsbedingungen und die Einführung effektiver Maßnahmen für das Zustandsmonitoring. Im Vorhaben SMART-H2 wird daher ein Laborprüfstand für Brennstoffzellen entwickelt. Ziele des Projekts sind die Diagnose von Alterungszuständen im Fahrzeug via Onboard-Monitoring, die effiziente Regelung der Zellen im Fahrbetrieb und die Entwicklung von Regenerationszyklen und -verfahren für gealterte Zellen. Am Projekt beteiligt ist MAN Truck & Bus SE, einer der führenden europäischen Nutzfahrzeughersteller und Anbieter von Transportlösungen.
Projekttitel: Smartes Monitoring der Alterung und Regenerierung von Truck-H2-Brennstoffzellen mittels neuronaler Netze und Impedanztomographie (SMART-H2)
Zuwendungsempfänger: TH Nürnberg
FKZ: 13FH549KX0
Laufzeit: Oktober 2022 bis April 2027
Förderung: FH-Kooperativ
HydroLoc: Emissionsarme Wasserstoffmotoren für Lokomotiven
Im Schienengüterverkehr in Deutschland sind noch immer viele Diesellokomotiven unterwegs, die fossile Brennstoffe verbrauchen. Vor allem auf Strecken, die bislang nicht elektrifiziert sind, werden häufig dieselhydraulische Rangierlokomotiven eingesetzt. Um auch diesen Bereich des Schienengüterverkehrs nachhaltig zu gestalten, wird im Rahmen des Projekts HydroLoc ein Dieselmotor für den hocheffizienten Verbrennungsbetrieb mit Wasserstoff (H2-Betrieb, „zero emission“) umgerüstet und in einer Lok auf der Schiene erprobt. Im Vergleich zur Anschaffung neuer elektrischer Lokomotiven ist die Umrüstung von dieselhydraulischen Lokomotiven auf Wasserstoffbetrieb eine schnell verfügbare und kostengünstige Alternative. Das Projekt wird als Verbundprojekt von der Hochschule Heilbronn (HHN) und der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar) bearbeitet. Als Praxispartner sind der Motorenhersteller Deutz AG und der Lokomotivenhersteller Reuschling GmbH & Co. KG in die Arbeiten eingebunden.
Projekttitel: Dekarbonisierung im Schienenverkehr durch Nachrüstung von Diesellokomotiven mit hocheffizienten zeroemission Wasserstoffmotoren (HydroLoc)
Zuwendungsempfänger: Hochschule Heilbronn | htw saar
FKZ: 13FH123KA0 | 13FH123KB0
Förderung: FH-Kooperativ
Mehr dazu: Informationen zum Projekt auf der Website der HHN
Kommun:E: Prognosemodelle für die Transformation der Energieversorgungs-Infrastruktur
Zur Umsetzung der Energiewende ist auch eine Transformation der Energieversorgungs-Infrastruktur notwendig. Statt aus großen, zentralen Kraftwerken kommt der Strom heute bereits überwiegend aus dezentralen Anlagen. Auch die Sektoren Wärme und Verkehr erfahren aktuell eine Transformation. Im Projekt Kommun:E hat die TH Mittelhessen, in Kooperation mit der Stadtwerke Gießen AG und der Mittelhessen Netz GmbH, verschiedene kommunale Energiewendeszenarien erstellt und darauf aufbauend den Transformationsbedarf für die Strom- und Wärmenetze in der Projektregion ermittelt. Hierzu wurden eine umfassende Datenbank aus Realdaten aufgebaut und wirtschaftlich optimierte Energiewendeszenarien für den Betrachtungszeitraum bis 2045 abgeleitet. Als Ergebnis dieses umfassenden Projekts liegen nun zum Beispiel räumlich hochaufgelöste Gebietskarten mit Energieerzeugungspotenzialen für erneuerbare Energien und realdatenbasierte Kundenmodelle für alle Stromabnehmer im Projektgebiet vor. Weitere Ergebnisse des Projekts sind konkrete Zielnetze für die Entwicklung des kommunalen Stromnetzes samt Investitionsbedarf und die Ermittlung von Eignungsgebieten für Fernwärme. Dank der großen Detailtiefe wurden Teilergebnisse des Projekts bereits während der Laufzeit von den Projektpartnern und der Stadt Gießen für konkrete Anwendungsfälle in der Region genutzt. Das Vorhaben liefert damit unter anderem wertvolle Erkenntnisse für die Umsetzung des aktuell auf den Weg gebrachten kommunalen Wärmeplanungsgesetzes.
Projekttitel: Transformation kommunaler Energieversorgungs-Infrastrukturen unter dem Einfluss der deutschen Energiewende (Kommun:E)
Zuwendungsempfänger: Technische Hochschule Mittelhessen
FKZ: 13FH085PX6
Laufzeit: August 2018 bis Mai 2022
Förderung: FHprofUnt
Mehr dazu: Projektbeschreibung auf der Website der TH Mittelhessen
InnoREva: Innovative Technologien für Wärmepumpen und Kälteanlagen
Die Wärmepumpentechnologie gilt als eine der Schlüsseltechnologien für die Energiewende. Um sie noch klimafreundlicher zu gestalten, ist es sinnvoll, konventionelle Kältemittel durch solche mit niedrigerem Treibhauseffekt zu ersetzen. Ziel des Vorhabens InnoREva ist daher eine innovative Verdampfungstechnologie zu erforschen, die auf diese klimafreundlicheren Kältemittel optimiert ist. Dabei sollen kompakte und preisgünstige Plattenverdampfer zum Einsatz kommen, die einen deutlich energieeffizienteren und sichereren Betrieb von Kompressions-Kälteanlagen und Wärmepumpen ermöglichen und deren Leistung außerdem flexibel angepasst werden kann. Im Vorhaben wird ein Messverfahren zur Charakterisierung der Vorgänge im Inneren des Verdampfers erforscht und ein Simulationsmodell zur optimalen Auslegung der Maschine entwickelt. Damit können Hersteller durch Systemsimulation die Auswahl der Komponenten verbessern, was zu höheren Wirkungsgraden führt. Im Projekt arbeitet die TH Nürnberg mit dem Unternehmenspartner Kelvion Brazed PHE GmbH zusammen, einem führenden Hersteller von Plattenwärmeübertragern für die Fern- und Nahwärmetechnik.
Projekttitel: FH-Kooperativ 1-2021: Innovative Kältemittel-Plattenverdampfer (InnoREva)
Zuwendungsempfänger: TH Nürnberg
FKZ: 13FH128KX1
Laufzeit: Februar 2023 bis Januar 2026
Förderung: FH-Kooperativ
Flederwind: Naturschutz und Energiewende
Windenergie gehört zu den wichtigsten Quellen erneuerbarer Energien in Deutschland. Allerdings stehen Windenergieanlagen häufig im Fokus der Öffentlichkeit, wenn es um den Naturschutz geht. So sterben beispielsweise zahlreiche Fledermäuse durch Kollision mit Rotorblättern oder durch Druckschwankungen in direkter Nähe der Anlagen. Das Forschungsprojekt Flederwind vom Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (CC4E) in der FH-Impulspartnerschaft X-Energy hat zum Ziel, die Ursachen für diese Kollisionen zu erforschen und Gegenmaßnahmen zum Schutz der fliegenden Säugetiere zu entwickeln. Im Projekt werden Anzahl, Art und Flugverhalten von Fledermäusen mit Hilfe einer neuen Kombination aus Radaranlagen, “Batcordern” (akustische Messung von Fledermausrufen) und Wärmebildkameras erfasst. Die HAW Hamburg arbeitet dabei mit den Partnern BioConsult SH GmbH & Co. KG, FURUNO GmbH, ENERTRAG SE, der Leibniz Universität Hannover und dem Büro für Umweltkartierung – Informationsverarbeitung – Naturbewertung (UIN) zusammen.
Projekttitel: Entwicklung von Risikominderungsmaßnahmen zum Schutz von Fledermäusen an Onshore-Windenergieanlagen (Flederwind)
Zuwendungsempfänger: HAW Hamburg
FKZ: 13FH1E03IA
Laufzeit: Januar 2018 bis Dezember 2023
Förderung: FH-Impuls
Mehr dazu: Projektbeschreibung auf der Website der HAW Hamburg