Verbesserung konventioneller Energietechnologien 

Im Bereich konventioneller Energietechnologien werden als Felder von strategischer Bedeutung die Abtrennung von CO 2 aus Verbrennungsgasen (z. B. Membranverfahren, Zweck: Tiefen-Endlagerung von CO 2 ), Technologien für Kaskadenkraftwerke (z. B. Hochtemperatur-Brennstoffzelle, Turbinenwerkstoffe für Kombikraftwerke) sowie Werkstoffe und Betriebsfestigkeit in Kernkraftwerken gesehen. 

Erneuerbare Energien   

Die Nutzung der Windenergie verzeichnet in Deutschland und vielen anderen Teilen Europas seit einigen Jahren sehr hohe Zuwachsraten. Da bei Fortschreibung ambitionierter Ausbauraten ein Mangel an ertragreichen Binnenland-Standorten absehbar ist, wird der Trend der nächsten Jahre zur Errichtung von Offshore-Anlagen in Flachmeeren gehen. Entwicklungsziele liegen in der Optimierung der Betriebsfestigkeit von Flügeln, Türmen und Getriebe/ Generatoren-Einheiten (10^7 Zyklen in der technischen Lebensdauer). Im Offshore-Betrieb werden die Anlagen zusätzlich durch Meeresbewegungen belastet, so dass hier besondere Anforderungen an die Betriebsfestigkeit gestellt sind. 

Bei Photovoltaikmodulen stieg die weltweite Produktion in den letzten 20 Jahren um den Faktor 100 auf über 500 MW jährlich neu installierter Kapazität. Der Markt wird dabei zu über 90 Prozent von kristallinen Silicium-Wafer-Solarzellen bestimmt, deren industrieller Wirkungsgrad im selben Zeitraum von 10 auf etwa 16 Prozent in Großproduktion gesteigert werden konnte. Im Kleinserienbereich sind bereits Modulwirkungsgrade von über 20 Prozent möglich. Die Herausforderungen bei der Weiterentwicklung dieser Technologien liegen in der Bereitstellung von hochreinem Silicium (solar grade silicon), beim Schneiden bzw. Herstellen dünner und dünnster Wafer (bis zu 50 mycrometer), bei der Entwicklung von Halbleitermaterialien und -strukturen für Wafer-, Dünnschicht- und Tandemsolarzellen, bei Farbstoffen und polymeren Leitern für Farbstoff- und organische Solarzellen, bei Charakterisierungsverfahren für die zugrunde liegenden Materialien, Verkapselungstechnologien für sehr lange technische Lebensdauer (größer 50 Jahre) und Verfahren zur Lebensdauerprognose von photovoltaischen Modulen (beschleunigte Alterung). 

Ein zukünftig interessantes Themenfeld bilden auch konzentrierende Photovoltaik-Kraftwerke. Neben der Herstellung höchsteffizienter Solarzellen auf der Basis von III-V Halbleitermaterialien (Ziel: Wirkungsgrade von 40 Prozent) sind hier verbesserte optische Konzentratoren und geeignete Modultechnologien wichtig. 

Weltweit wird derzeit auch die Entwicklung solarthermischer Kraftwerke vorangetrieben. Einige Länder wie zum Beispiel Spanien oder der Südwesten der USA setzen auf diese Technologie und wollen ihren Einsatz durch günstige Rahmenbedingungen fördern. Auch die Weltbank unterstützt die Planung von Kraftwerksprojekten beispielsweise in Ägypten und Indien. Deutschland selbst ist zwar kein idealer Standort für den Betrieb solcher Anlagen, doch bestehen auf diesem Sektor gute Exportchancen für deutsche Unternehmen. Spezielle Herausforderungen werden im Bereich der Optik (selektive Solarabsorber, Spiegel), der Speicherung thermischer Hochtemperaturenergie und auf dem Gebiet der Betriebsfestigkeit gesehen. 

Mikroenergietechnik/Energieversorgung autonomer Systeme 

Viele Länder der Erde verfügen nur über unterentwickelte Energie-Versorgungsstrukturen. Daraus leitet sich die Herausforderung ab, autonome Energieversorgungstechnologien für netzferne Anwendungen zu entwickeln. Dies gilt beispielsweise für die Grundversorgung ländlicher Regionen in Entwicklungsländern. 

Aber auch für die Versorgung einer extrem wachsenden Zahl von Kommunikationsgeräten im kleinen Leistungsbereich sind autonome netzferne Energieversorgungstechnologien wichtig. Beispielsweise nimmt als Folge der steigenden Mobilität der Bedarf an verteilter elektronischer Intelligenz ständig zu. Lösungsansätze aus der Mikroenergietechnik beinhalten Brennstoffzellen, geräteintegrierte Photovoltaik, thermo- und piezoelektrische Ansätze sowie hocheffiziente Batterien. 

Für autonome technische Stromversorgungen, tragbare Geräte oder zur Elektrifizierung in Schwellen- und Entwicklungsländern sind netzunabhängige Lösungen auf Basis von erneuerbaren Energien bereits heute wettbewerbsfähig oder werden dies in naher Zukunft sein – teilweise in Kombination mit anderen Technologien wie Brennstoffzellen oder Motorgeneratoren in Hybridsystemen. Als wesentliche Entwicklungsschwerpunkte werden gesehen: 

• Batterien (z. B. ultradünne Flachbatterien), Batteriemodellierung, neuartige elektrochemische Speichertechnologien
• kleine PEM- und SOFC-Brennstoffzellen für verschiedene Energieträger (z. B. Wasserstoff, Erdgas, Biogas, Biomasse, Dieselreformat)
• piezoelektrische Energiewandler
• hocheffiziente Solarzellen und Materialien für sehr billige organische Solarzellen zur Geräteintegration (z. B. für Preisschilder mit elektronischen Komponenten)
• Materialien zur Realisierung von kleidungsintegrierten Solarzellen
• Thermogeneratoren, Thermophotovoltaik, miniaturisierte Turbinen       

>>zurück<<