Raumheizung und Warmwasserbereitung machen etwa die Hälfte des weltweiten Energieverbrauchs in Gebäuden aus. Fast zwei Drittel der Heizenergie stammen aus fossilen Brennstoffen. Im Jahr 2022 emittierte die Heizung und Warmwasserbereitung direkt und indirekt rund 4,2 Gigatonnen CO₂, was mehr als 80 Prozent der CO₂-Emissionen des Gebäudesektors entspricht.

„Die Pariser Klimaziele erfordern einen sehr bewussten Umgang mit den verfügbaren Ressourcen. Für die Wärmeversorgung bedeutet das, so viel wie möglich der vorhandenen Energie zu nutzen und bei Bedarf zu ergänzen“, erklärt Dr. Dietrich Schmidt vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE.

Wärmepumpen nutzen die vorhandene Umweltwärme und heben sie mit Hilfe von Strom auf ein höheres Temperaturniveau. Da der benötigte Strom in der All Electric Society CO₂-frei erzeugt werden soll, sind Wärmepumpen ein wichtiger Bestandteil zur Dekarbonisierung des Heizsystems.

Der globale Markt für Wärmepumpen wird voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 11,8 Prozent wachsen, von 90,1 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 157,8 Milliarden US-Dollar bis 2029.
(Quelle: MarketsAndMarkets)

Unterstützung des Stromnetzes

Zusätzlich tragen Wärmepumpen zur Stabilisierung des Energiesystems bei und können das Stromnetz unterstützen. Da Wärme einfacher zu speichern ist als Strom, können diese Systeme mit einem Wasserspeicher kombiniert werden, um vorzuwärmen, wenn ausreichend Strom im Netz verfügbar ist und besonders günstig ist.

„Wärmepumpen passen gut in ein klimaneutrales Energiesystem, da sie auf das Stromangebot reagieren können. Durch eine zentrale netzfreundliche Steuerung können sie sich einschalten, wenn Solar- und Windenergie ausreichend Strom liefern. Dies trägt zur Glättung von Nachfragespitzen und Angebot im Stromnetz bei. Diese Flexibilität ist ein Schlüsselbaustein für ein zukünftiges Energiesystem“, sagt Dr. Dietrich Schmidt.

Effizienzsteigerung

Das Hauptziel bei der Weiterentwicklung der Wärmepumpentechnologie ist die Effizienzsteigerung. Ein Schlüsselfaktor dabei ist die Antriebstechnik: Durch die Verbesserung der Leistungselektronik der Wechselrichter, die den Kompressor und je nach Typ den Lüfter steuern, kann die Gesamtwirkungsgrad einer Wärmepumpe gesteigert werden. Der Einsatz von Siliziumkarbid-Halbleitern in den Antriebswechselrichtern kann die Verluste im gesamten Antriebssystem um bis zu 15 Prozent reduzieren. Verschiedene Hersteller bieten außerdem integrierte Leistungsmodulen an, die den Energiefluss zu den Wechselrichtern steuern. Diese Module umfassen Leistungshalbleiter sowie viele passive diskrete Komponenten – ein typisches Leistungsmodul ersetzt zwischen 45 und 100 diskrete Komponenten. Der Vorteil dieser Lösung ist ein kleinerer Platzbedarf und deutlich kürzere Entwicklungszeiten.

Kompression durch Rotation

Neben „klassischen“ Kompressor-Wärmepumpen werden auch Alternativen entwickelt: Konventionelle Wärmepumpen nutzen den zweiphasigen Rankine-Zyklus. Die Wärmepumpen des Wiener Start-ups Ecop hingegen nutzen den Joule-Zyklus, bei dem das Arbeitsmedium keinen Phasenwechsel durchläuft und im gasförmigen Zustand bleibt. Die Kompression erfolgt durch Zentrifugalkraft: Das Arbeitsgas der Wärmepumpe zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, der sich um eine Achse dreht. Diese rotierende Wärmepumpe erreicht eine deutlich höhere Effizienz als herkömmliche Wärmepumpen mit einer Temperaturerhöhung von bis zu 100 Kelvin und Ausgangstemperaturen von 200 Grad Celsius. Die Wärmepumpen des österreichischen Start-ups sind jedoch (bislang) wahre Giganten – acht Meter lang und 16 Tonnen schwer. Aufgrund ihrer hohen Ausgangstemperatur werden sie hauptsächlich in industriellen Prozessen eingesetzt.

Das elektrokalorische Prinzip

Forscher verschiedener Fraunhofer-Institute verfolgen einen anderen Ansatz: Sie entwickeln eine „elektrokalorische Wärmepumpe“, die ohne Kompressor auskommt. In diesem Prozess wird eine elektrische Spannung an ein elektrokalorisches Material aus speziellen Keramiken oder Polymeren angelegt, wodurch es sich erwärmt. Sobald die Spannung entfernt wird, kühlt das Material wieder ab. Mit Hilfe der Leistungselektronik werden die elektrokalorischen Kondensatoren mehrmals pro Sekunde aufgeladen und entladen, wobei in jedem Zyklus Wärme gepumpt wird. Die Forscher haben eine hocheffiziente Schaltungstopologie für Spannungswandler auf Basis von GaN-Transistoren entwickelt und eine elektrische Effizienz von 99,74 Prozent im elektrischen Leistungsbereich erreicht.

„Um einen hohen Leistungskoeffizienten in elektrokalorischen Wärmepumpen zu erreichen, sind eine sehr hohe Effizienz bei Materialien, Elektronik und Wärmeübertragung erforderlich“, sagt Dr. Kilian Bartholomé, Projektleiter und Forscher am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM. „Wenn wir all das beherrschen, hat die Elektrokalorik ein enormes Potenzial.“

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Seit der Veröffentlichung des ersten Net-Zero-Fahrplans im Jahr 2021 gab es einige positive Entwicklungen: Der Ausbau der Solarkapazität erreichte ein Rekordwachstum, Elektrofahrzeuge gewinnen mehr Marktanteile, und die Industrie erweitert weiterhin die Produktionskapazität für diese Technologien. Innovationen in der sauberen Energie haben auch zu mehr Optionen und einer Reduzierung der Technologiekosten geführt. Im ursprünglichen Fahrplan der IEA aus dem Jahr 2021 entfielen fast die Hälfte der Emissionsreduktionen, die erforderlich sind, um bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen, auf Technologien, die noch nicht auf dem Markt waren. In der aktualisierten Version ist dieser Anteil auf etwa 35 Prozent gesunken.

Dennoch sind bis 2030 erhebliche Maßnahmen erforderlich. Laut dem aktualisierten Fahrplan von 2023 wird die globale Kapazität erneuerbarer Energien bis 2030 voraussichtlich verdreifacht. Gleichzeitig wird sich die jährliche Verbesserung der Energieeffizienz verdoppeln, der Absatz von Elektrofahrzeugen und Wärmepumpen wird stark steigen, und die Methanemissionen des Energiesektors werden um 75 Prozent sinken. Diese Strategien, die sich auf bewährte und oft kostengünstige Technologien zur Emissionsreduzierung stützen, werden zusammen mehr als 80 Prozent der erforderlichen Reduktionen bis zum Ende des Jahrzehnts liefern.

„Um das Ziel, die globale Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen, zu erreichen, muss die Welt schnell zusammenkommen“, betont der Exekutivdirektor der IEA, Fatih Birol. „Die gute Nachricht ist, dass wir wissen, was zu tun ist – und wie es zu tun ist.“

Der Net-Zero-Fahrplan der IEA im Detail

2021

• Keine neuen Kohlekraftwerke ohne Emissionsminderung werden zur Entwicklung genehmigt

• Keine neuen Öl- und Gasfelder werden zur Erschließung genehmigt; keine neuen Kohleminen oder Erweiterungen bestehender Minen

2025

• Keine neuen Verkäufe von Heizkesseln für fossile Brennstoffe

2030

• Universeller Zugang zu Energie

• Alle neuen Gebäude sind bereit für Netto-Null-Kohlenstoff

• 60 % der globalen Autoverkäufe sind elektrisch

• Die meisten neuen sauberen Technologien in der Schwerindustrie sind im Maßstab demonstriert

• 1.020 GW jährliche Zuwächse bei Solar- und Windenergie

• Ausstieg aus Kohlekraft ohne Emissionsminderung in fortgeschrittenen Volkswirtschaften

• Meilenstein: 150 Mio. Tonnen kohlenstoffarmer Wasserstoff, 850 GW Elektrolyseure

2035

• Die meisten verkauften Geräte und Kühlsysteme sind die Besten ihrer Klasse

• 50 % der Verkäufe schwerer Lkw sind elektrisch

• Keine neuen Verkäufe von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor

• Alle industriellen Elektromotorenverkäufe sind die Besten ihrer Klasse

• Netto-Null-Emissionen im Strombereich in fortgeschrittenen Volkswirtschaften

• Meilenstein: 4 Gigatonnen CO₂ abgeschieden

2040

• 50 % der bestehenden Gebäude auf Netto-Null-Kohlenstoff-Niveau nachgerüstet

• 50 % der im Flugverkehr verwendeten Kraftstoffe sind emissionsarm

• Rund 90 % der bestehenden Kapazität in der Schwerindustrie erreicht das Ende des Investitionszyklus

• Netto-Null-Emissionen im globalen Strombereich

• Ausstieg aus allen Kohle- und Ölkraftwerken ohne Emissionsminderung

2045

• 50 % des Heizbedarfs werden durch Wärmepumpen gedeckt

• Meilenstein: 435 Mio. Tonnen kohlenstoffarmer Wasserstoff, 3.000 GW Elektrolyseure

2050

• Mehr als 85 % der Gebäude sind bereit für Netto-Null-Kohlenstoff

• Mehr als 90 % der Schwerindustrieproduktion ist emissionsarm

• Fast 70 % der globalen Stromerzeugung aus Solar- und Windenergie

• Meilenstein: 7,6 Gigatonnen CO₂ abgeschieden

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Laut dem World Energy Transitions Outlook der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) werden erneuerbare Energien bis 2050 drei Viertel des globalen Energiemixes ausmachen. Elektrizität wird zum wichtigsten Energieträger und wird bis 2050 mehr als 50 Prozent des Verbrauchs abdecken. Dieses auf erneuerbaren Energien basierende System wird durch einen hohen Grad an Elektrifizierung und Effizienz gekennzeichnet sein und durch grünen Wasserstoff und nachhaltige Biomasse ergänzt werden.

Tiefgreifende Auswirkungen

Diese Veränderungen in der Energielandschaft werden auch zu erheblichen geopolitischen Verschiebungen führen. Ein Bericht der „Global Commission on the Geopolitics of Energy Transformation“ hebt hervor, dass die geopolitischen und sozioökonomischen Auswirkungen des neuen Energiezeitalters ebenso tiefgreifend sind wie der Übergang von Biomasse zu fossilen Brennstoffen vor zwei Jahrhunderten.

Größere Unabhängigkeit

Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen sind erneuerbare Energiequellen in irgendeiner Form in den meisten Ländern und Regionen der Welt verfügbar. Dies erhöht die Energiesicherheit und macht die meisten Staaten weniger abhängig von Energieimporten. Konflikte um Öl und Gas werden abnehmen, und die strategische Bedeutung maritimer „Nadelöhre“ wie des Suezkanals wird abnehmen. Die neue Energiewelt könnte auch soziale, wirtschaftliche und ökologische Probleme lindern, die oft Hauptursachen für geopolitische Instabilität und Konflikte sind. Dennoch werden neue Abhängigkeiten und Handelsmuster entstehen, etwa durch neue erneuerbare Energiequellen oder die engere Integration von Stromnetzen über Landesgrenzen hinweg.

Neue führende Mächte

Der Übergang zur Energiewende wird auch neue Führungskräfte im Energiesektor hervorbringen – Länder, die stark in erneuerbare Energietechnologien investieren, werden an internationalem Einfluss gewinnen. So hat China seine geopolitische Position gestärkt, indem es das Rennen um saubere Energie anführt und zum weltweit größten Hersteller, Exporteur und Installateur von Solarpanels, Windkraftanlagen, Batterien und Elektrofahrzeugen geworden ist. Andererseits werden die heutigen Exporteure fossiler Brennstoffe ihren globalen Einfluss verlieren, wenn sie ihre Wirtschaft nicht an das neue Energiezeitalter anpassen.

„Die Revolution der erneuerbaren Energien stärkt die globale Führungsrolle Chinas, verringert den Einfluss der Exporteure fossiler Brennstoffe und bringt Energieunabhängigkeit für Länder auf der ganzen Welt.“
Olafur Grimsson, Vorsitzender der Global Commission on the Geopolitics of Energy Transformation

Zugang zu Energie für mehr Menschen

Länder, die derzeit stark von fossilen Brennstoffimporten abhängig sind, werden in Zukunft ihre Handelsbilanz erheblich verbessern können, indem sie einen größeren Teil ihrer Energie im Inland erzeugen. Dies wird auch die Risiken im Zusammenhang mit verwundbaren Energieversorgungslinien und volatilen Brennstoffpreisen verringern. Erneuerbare Energien werden dazu beitragen, mehr Menschen Zugang zu Energie zu verschaffen, Arbeitsplätze zu schaffen und nachhaltiges Wirtschaftswachstum zu fördern.

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Energieeinsparungen lohnen sich, denn die kostengünstigste und klimafreundlichste Kilowattstunde ist die, die gar nicht erst verbraucht wird. Eine hohe Energieeffizienz zu erreichen, ist entscheidend, um unnötige Energieverluste zu vermeiden. Energieeffizienz bezieht sich auf das Verhältnis von Energieeinsatz zu nutzbarem Output. In den vergangenen Jahren und Jahrzehnten wurden viele Anstrengungen unternommen, um weniger Energie zu verschwenden, etwa durch effizientere LED-Beleuchtung, verbesserte Fahrzeugkraftstoffeffizienz und Fortschritte bei industriellen Prozessen. Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) schätzt, dass die Umsetzung aller Optionen zur Steigerung der Energieeffizienz bis 2030 mehr als fünf Gigatonnen CO₂-Äquivalente einsparen könnte.

„Energieeffizienz hat viele zusätzliche Vorteile. Sie verbessert die Luftqualität, hilft Unternehmen, Energie zu sparen, damit sie die Einsparungen in andere produktive Bereiche reinvestieren können, und fördert effizientere industrielle Prozesse“, sagt die EU-Kommissarin Kadri Simson.

Globale Energieeffizienz steigt

Seit 2020 sind die globalen Investitionen in Energieeffizienz laut der IEA um 45 Prozent gestiegen. Beispielsweise haben fast alle Länder inzwischen Effizienzstandards für Klimaanlagen, und die Anzahl der Länder mit Standards für effizientere Industriemotoren hat sich in den letzten zehn Jahren verdreifacht. Allerdings hat sich die globale Verbesserung der Energieintensität – die Energiemenge, die zur Erzeugung einer Einheit des Bruttoinlandsprodukts (BIP) erforderlich ist – verlangsamt. Im Jahr 2023 verbesserte sie sich nur um 1,3 Prozent, weit unter der Rate, die erforderlich ist, um die Klimaziele zu erreichen.

„Die Klimaziele der Welt hängen davon ab, ob es uns gelingt, das globale Energiesystem viel effizienter zu gestalten. Wenn Regierungen das 1,5-°C-Ziel erreichen und gleichzeitig die Energiesicherheit unterstützen wollen, ist eine Verdoppelung des Fortschritts bei der Energieeffizienz in diesem Jahrzehnt entscheidend“, sagte der IEA-Exekutivdirektor Fatih Birol.

Nationale Beispiele zeigen, dass es auch anders geht. So verbesserte die Europäische Union ihre Energieintensität 2022 um acht Prozent und 2023 um fünf Prozent. Die USA erreichten 2023 eine Verbesserung von vier Prozent.

Reduzierung von Umwandlungsverlusten

In der All Electric Society konzentrieren sich die Bemühungen hauptsächlich auf die effizientere Nutzung von Elektrizität. Ein entscheidender Hebel in dieser Hinsicht ist die Reduzierung von Verlusten bei der Umwandlung elektrischer Energie. Wenn Strom in Bezug auf Spannungsform (Gleich- oder Wechselstrom), Spannungsniveau, Stromstärke und Frequenz umgewandelt wird, entstehen unvermeidlich Verluste. Statische und dynamische Leitungsverluste in den Halbleitermaterialien der Leistungselektronik erhöhen die Schaltverluste bei der Bereitstellung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie und steigern so den Verbrauch wertvoller Primärenergie. Allein in Europa werden jährlich schätzungsweise drei Terawattstunden elektrische Energie durch Umwandlungsverluste verschwendet – und diese Zahl steigt. Um erhebliche Energieeinsparungen zu erzielen, müssen die Verbesserungen bei den Halbleitermaterialien selbst beginnen.

Steigerung der Effizienz mit SiC und GaN

Die derzeit in der Leistungselektronik etablierten Siliziumkomponenten werden durch leistungsfähigere Halbleiter mit breiten Bandlücken (WBG) ersetzt, die überlegene physikalische und elektrische Eigenschaften aufweisen. Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) bieten höhere Schaltgeschwindigkeiten und bessere thermische Eigenschaften. SiC wird insbesondere für Hochleistungsanwendungen wie Elektrofahrzeuge und Industriemotoren nachgefragt, während GaN bei Niederspannungsanwendungen wie Schnellladegeräten für Verbraucherprodukte glänzt. Insgesamt ermöglichen beide Halbleitermaterialien deutlich höhere Effizienzen bei der Leistungsumwandlung: In typischen Anwendungen wie Stromversorgungsmodulen oder Wechselrichtern können Effizienzsteigerungen von drei bis fünf Prozent erzielt werden.

Zukunft mit Ultra-Wide-Bandgap (UWBG) Halbleitern

Es ist bereits absehbar, dass in Zukunft selbst WBG-Komponenten von Halbleitern mit ultraweiten Bandlücken (UWBG) übertroffen werden. Ein vielversprechender UWBG-Halbleiter ist Aluminiumnitrid (AlN). Im Vergleich zu etablierten Siliziumkomponenten weisen AlN/GaN-Transistoren, die bereits erfolgreich auf AlN-Wafern in Forschungsprojekten hergestellt wurden, bis zu dreitausendmal geringere Leitungsverluste auf und sind etwa zehnmal leistungsfähiger als SiC-Komponenten.

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Bis 2050 wird die weltweite Nachfrage nach Kobalt und Lithium für Elektrofahrzeugbatterien voraussichtlich um das Zwanzigfache steigen. Der Übergang zu einer energieversorgung ohne fossile Brennstoffe wird erhebliche Mengen an Kupfer, Aluminium und Eisen erfordern, wobei die Nachfrage wahrscheinlich doppelt so hoch sein wird. Seltene Erden, die für Technologien wie Windkraftanlagen unverzichtbar sind, werden ebenfalls in viel größeren Mengen benötigt.

„Auch wenn die Weltwirtschaft insgesamt ressourcenschonender wird, da sie sich von Kohle, Öl und Gas abwendet“, sagt Felix Creutzig, Leiter der Arbeitsgruppe Landnutzung, Infrastruktur und Verkehr am Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) in Berlin, „gehen die zusätzlichen Materialbedarfe durch den Klimawandel, den damit verbundenen Ressourcenabbau und die entstehenden Abfallströme mit erheblichen ökologischen und sozialen Risiken auf regionaler und lokaler Ebene einher.“

Creutzig ist Hauptautor einer Studie, die die erwarteten Materialverbrauchssteigerungen durch den Klimawandel untersucht und Möglichkeiten zu deren Minderung aufzeigt. Die Studie hebt die Bedeutung klimafreundlicher Lösungen auf der Nachfrageseite hervor, etwa durch Veränderungen in Mobilität, Wohnen und Ernährung, sowie die Erweiterung des Materialrecyclings in der Wirtschaft.

EU strebt Sicherung der Rohstoffversorgung an

Selbst bei Anstrengungen zur Nachfragereduzierung wird die Verwirklichung einer All Electric Society ohne eine gesicherte Versorgung mit kritischen Rohstoffen nicht möglich sein. Die Europäische Union hat dazu das Critical Raw Materials Act eingeführt, eine Verordnung, die eine diversifizierte, sichere und nachhaltige Versorgung mit kritischen Rohstoffen für die europäische Industrie sicherstellen soll. Die Verordnung trat im Mai 2024 in Kraft und zielt darauf ab, die Versorgung innerhalb der EU zu stärken und die Abhängigkeit von einzelnen Lieferanten zu verringern. Dies ist wichtig, da der Markt für kritische Rohstoffe oft von wenigen Lieferländern dominiert wird, die nicht immer zuverlässig sind. So entfällt beispielsweise fast ein Viertel der weltweiten Bauxitproduktion (ein Vorprodukt von Aluminium) auf Guinea, während die Hälfte der weltweiten Kobaltreserven im konfliktbelasteten Kongo liegt. Zudem werden 90 Prozent der Halbleiter-Wafer für Solarzellen in China produziert.

Von der Förderung bis zum Recycling

Das Critical Raw Materials Act setzt Benchmarks für den Ausbau der Kapazitäten in den Bereichen Bergbau, Verarbeitung und Recycling innerhalb der EU. Dazu gehören vereinfachte Genehmigungsverfahren und ein erleichterter Zugang zu finanziellen Mitteln. Ein wichtiger Aspekt, den die neue EU-Verordnung verbessern soll, ist das Recycling von kritischen Rohstoffen. Ausgediente Produkte aus der Automobilindustrie, Elektrofahrzeugen, Elektroschrott und dekarbonisierten Energietechnologien entwickeln sich schnell zu sekundären Quellen wertvoller kritischer Materialien. Marktanalysten von IDTechEx prognostizieren, dass bis 2045 jährlich kritische Materialien im Wert von 110 Milliarden US-Dollar aus Sekundärquellen zurückgewonnen werden, mit einem Gesamtgewicht von über 3,3 Millionen Tonnen. Das Critical Raw Materials Act legt Recyclingziele für verschiedene Materialien fest.

Forderung nach mehr Flexibilität

Starre, statische Zielvorgaben, wie sie derzeit im Critical Raw Materials Act festgelegt sind, wurden jedoch von Experten kritisiert. Rohstoffmärkte und Versorgungssysteme sind von Natur aus sehr dynamisch – feste Ziele könnten daher nicht effektiv sein. Neue Technologien können die Nachfrage nach bestimmten Rohstoffen schnell erhöhen, während Substitutionseffekte die Nachfrage nach anderen, bislang als knapp und kritisch eingestuften Rohstoffen rasch verringern können. Ein Beispiel hierfür ist Kobalt: Starke Substitutionseffekte in Batterien zeichnen sich bereits ab. Wird Kobalt angesichts des technologischen Fortschritts auch 2030 noch als wichtiges Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien benötigt?

Professor Simon Glöser-Chahoud, Wirtschaftsprofessor von der TU Bergakademie Freiberg, erklärt: „Für eine erfolgreiche Regulierung der Rohstoffversorgung müssen sowohl die festgelegten Quoten als auch die Liste der strategischen Rohstoffe regelmäßig überprüft und angepasst werden.“

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Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) hat sich die Anzahl der Cyberangriffe auf Energieversorger weltweit zwischen 2020 und 2022 mehr als verdoppelt. Zu den jüngsten Vorfällen zählen die Deaktivierung der Fernüberwachung von Windparks, Ausfälle von Stromzählern aufgrund nicht verfügbarer IT-Systeme und das Hacken von Daten wie Kundenname, Adresse, Bankdaten und Telefonnummern. Weltweit erreichten die durchschnittlichen Kosten eines Datenlecks im Energiesektor im Jahr 2022 einen neuen Höchststand von 4,72 Millionen US-Dollar.

Sicherheit von Anfang an

„Die Notwendigkeit von Cybersicherheit betrifft das gesamte Stromnetz, einschließlich Verteilnetze, Übertragungsnetze und die angeschlossenen erneuerbaren Energiequellen“, erklärt Frances Cleveland, Leiterin der Cybersicherheit im technischen Komitee IEC/TC 57 der International Electrotechnical Commission (IEC). Das Komitee veröffentlicht grundlegende Standards für das Smart Grid, wie die IEC 62351-Reihe. Neben den Anforderungen an die Cybersicherheit enthält es auch Richtlinien zur Berücksichtigung von Sicherheitsanforderungen in Systemen und Betriebsabläufen bereits in der Entwicklungsphase, sodass Sicherheitsmaßnahmen nicht erst implementiert werden, wenn die Systeme bereits in Betrieb sind.

„Ziel ist es, sicherzustellen, dass Akteure im Bereich der verteilten Energieressourcen (DER) diese DER-Systeme so herstellen und anschließen, dass Cybersicherheitsmaßnahmen und -technologien von Anfang an integriert werden und die DER-Systeme ‚secure by design‘ sind. Wird die Cybersicherheit erst berücksichtigt, wenn das System bereits auf dem Markt ist, ist das, als würde man ein Pflaster auf eine lebensbedrohliche Wunde kleben“, erläutert Cleveland weiter.

Der Cyber Resilience Act kommt

Hier setzt der Cyber Resilience Act (CRA) an, der im Frühjahr 2024 vom Europäischen Parlament verabschiedet wurde: Die Verordnung gilt für alle Produkte, die direkt oder indirekt mit einem anderen Gerät oder Netzwerk verbunden sind. Dazu gehören vernetzte Sicherheitskameras, Energiemanagementsysteme und Steuerungen für Windkraftanlagen. Der CRA verlangt von den Herstellern die Einhaltung grundlegender Cybersicherheitsanforderungen, wie die Gewährleistung der Vertraulichkeit und Integrität von Daten. Außerdem wird gefordert, dass die Hersteller die IT-Sicherheit ihrer Produkte über deren gesamten Lebenszyklus aufrechterhalten. Sie müssen nachweisen, wie sie Schwachstellen in ihren Produkten beheben. Nur mit dem Nachweis der Einhaltung des CRA können Produkte künftig mit einer CE-Kennzeichnung auf den europäischen Markt gebracht werden.

Risikodifferenzierung

Wichtige und kritische Produkte werden basierend auf ihrer Kritikalität und dem Grad des von ihnen ausgehenden Cybersicherheitsrisikos in verschiedene Listen eingeteilt. Diese Listen werden von der Europäischen Kommission vorgeschlagen und aktualisiert. Produkte, die als höheres Cybersicherheitsrisiko eingestuft werden, unterliegen einer strengeren Prüfung durch eine benannte Stelle, während andere einem einfacheren Konformitätsbewertungsverfahren folgen können, das oft intern von den Herstellern verwaltet wird.

Nach der Einführung des CRA – voraussichtlich Ende 2024 – haben Hersteller 36 Monate Zeit, um sich auf die neuen Vorschriften vorzubereiten. Diese werden für Produkte gelten, die ab 2027 auf den Markt kommen sollen.

Der führende Europaabgeordnete Nicola Danti (Renew, IT) erklärte: „Der Cyber Resilience Act wird die Cybersicherheit vernetzter Produkte stärken, indem er Schwachstellen sowohl in der Hardware als auch in der Software bekämpft und die EU zu einem sichereren und widerstandsfähigeren Kontinent macht.“

Pflichten der Hersteller nach dem Cyber Resilience Act

• Cybersicherheit wird in den Planungs-, Entwurfs-, Entwicklungs-, Produktions-, Liefer- und Wartungsphasen berücksichtigt
• Alle Cybersicherheitsrisiken werden dokumentiert
• Hersteller müssen aktiv ausgenutzte Schwachstellen und Vorfälle melden
• Nach dem Verkauf müssen Hersteller sicherstellen, dass Schwachstellen während der Support-Phase effektiv behoben werden
• Klare und verständliche Anweisungen für die Verwendung von Produkten mit digitalen Elementen
• Sicherheitsupdates müssen den Nutzern für die erwartete Lebensdauer des Produkts zur Verfügung gestellt werden.

Quelle: Europäische Union

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In der All Electric Society kommunizieren verschiedene Akteure des Energiesystems miteinander: Energieerzeuger, Netzbetreiber, Verbraucher und Prosumer haben unterschiedliche technische Hintergründe und Interessen (z. B. Kostenoptimierung versus Netzstabilität), müssen aber dennoch „miteinander reden“.

Michael Teigeler, Geschäftsführer der DKE, erläutert: „Am Ende soll es beispielsweise möglich sein, dass die Photovoltaikanlage auf einem Bürogebäude einen Teil des Stroms liefert, den ein Stahlwerk in diesem Moment benötigt. Der Schlüssel dazu ist ein standardisierter Informationsaustausch zwischen den Sektoren in einem hochkomplexen System, das intelligent und autonom Nachfrage, Angebot und Lasten zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Speichern steuert.“

Das Netz wird Teil des IoT

Ziel ist ein „Internet der Energie“, in dem intelligente Netze Daten von IoT-fähigen Sensoren und Geräten im Energiesystem sammeln und analysieren. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung könnte der weitverbreitete Einsatz intelligenter Netze die Kosten für die Netzstabilisierung bis 2030 um bis zu 30 Prozent senken.

Vielfältige Kommunikationslösungen

Alle Kommunikationstechnologien des Internets der Dinge können zur Übermittlung von Informationen genutzt werden. 5G eignet sich besonders für das Echtzeitmanagement und die Automatisierung des Smart Grids. Für Anwendungen, die eine geringe Bandbreite erfordern und bei denen hohe Latenzzeiten akzeptabel sind, wie das Auslesen von Daten von Smart Metern, bieten Low-Power-Funknetze wie LoRaWAN oder NB-IoT eine kostengünstige Alternative zu Mobilfunknetzen. Eine Breitband-Powerline-Infrastruktur, die Daten über Stromkabel überträgt, verspricht hohe Verfügbarkeit und einfache Installation. Für die Kommunikation innerhalb eines Gebäudes können Lösungen wie Wi-Fi oder ZigBee genutzt werden.

Standardisierte Sprache

Daten müssen nicht nur übertragen, sondern auch von verschiedenen Akteuren verstanden werden. Dies wird durch spezialisierte Kommunikationsprotokolle erreicht. Ein Beispiel ist das herstellerunabhängige Kommunikationsprotokoll EEBUS. Es ermöglicht, dass energiemanagementrelevante Geräte verschiedener Hersteller mit Netz- und Marktbetreibern verbunden werden können. Dazu gehören Smart Meter, Steuergeräte, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen und Energiemanagementsysteme.

Sebastian Wolfsteiner, Experte für Energiemanagement bei Schneider Electric, betont: „EEBUS löst die Herausforderung, eine interoperable, zuverlässige und aktualisierbare Schnittstelle für alle relevanten Geräte aus verschiedenen Branchen bereitzustellen. Das ist keine triviale Aufgabe und eine Herausforderung.“ Schneider Electric hat seine Energiemanagementlösung, das Home Energy Management System, mit einer EEBUS-Schnittstelle ausgestattet.

Neben EEBUS gibt es mehrere andere Protokolle: Das Open Smart Grid Protocol (OSGP) ist eine der wichtigsten Standardgruppen für die Übertragung von Befehlen an Smart Meter. Es wird vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) veröffentlicht und basiert auf mehreren offenen Standards, darunter ANSI C12.18 und IEC 62056. Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) ist ein leichtgewichtiges Protokoll, das oft mit TCP/IP kombiniert wird und nur wenig Bandbreite oder Netzwerkressourcen benötigt. Darüber hinaus gibt es spezialisierte Protokolle wie das Open Charge Point Protocol (OCPP), das von der Open Charge Alliance entwickelt wurde und die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einem Abrechnungs- oder Managementsystem ermöglicht.

Marktwachstum

Das Internet der Energie ermöglicht Echtzeitdaten zum Energieverbrauch und verbessert so das Management des Stromnetzes. Solar-, Wind- und andere erneuerbare Energiequellen können durch präzise Prognosen des Energieverbrauchs und der -erzeugung effektiver in das Netz integriert werden.

Die Aussichten für das Internet der Energie sind beeindruckend: Laut Analysten von Prophecy Market Insights soll das Marktvolumen von 139,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 493,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2034 anwachsen.

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Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Photovoltaik unterliegt aufgrund von Zeit- und Wetterbedingungen erheblichen Schwankungen. Dennoch muss auch bei steigendem Anteil erneuerbaren Stroms das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch im Netz gewahrt bleiben. Dies wird durch die Sektorenkopplung erreicht, die Ansätze beschreibt, die die bisher getrennten Energie- und Wirtschaftssektoren Strom, Wärme, Verkehr und Industrie enger miteinander verbinden. Ziel ist es, das Potenzial des aus Wind- und Solarenergie erzeugten Stroms voll auszuschöpfen und für Heizung, Industrie und Verkehr zu nutzen.

„Grünstrom wird das Öl, Kohle und Gas von morgen sein – von der Heizung bis zur Mobilität“, erklärt Alexander Bonde, Generalsekretär der Deutschen Bundesstiftung Umwelt. „Wir müssen neue Wege mit praxisnahen Innovationen, neuen Technologien und visionären Ideen erkunden. Die Sektorenkopplung ist der Schlüssel zu einer nachhaltigen Zukunft.“ Laut Bonde ist die intensive Verknüpfung der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und Industrie „entscheidend für das Gelingen der Energiewende“.

Energieaustausch über Sektorengrenzen hinweg

Bislang bildeten diese Bereiche in gewisser Weise getrennte Ökosysteme. In der Sektorenkopplung werden jedoch die Energieerzeugung, -verteilung, -speicherung und -nutzung als ein ganzheitliches System betrachtet. Innerhalb dieses Systems tauschen die einzelnen Sektoren Energie miteinander aus, sodass sie in der benötigten Form – sei es als Strom, Wärme oder „grünes“ Gas – dort verfügbar ist, wo sie gebraucht wird. Die Produktion von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse ist eine der Schlüsseltechnologien der Sektorenkopplung. Sie ermöglicht es, erneuerbaren Strom zu speichern und in der Industrie, im Verkehr, in Gebäuden und sogar zur Rückverstromung zu nutzen.

Standardisierte Kommunikation

Neben Energie wird auch die Datenvernetzung eine entscheidende Verbindung zwischen den einzelnen Industrien sein. Das bedeutet, dass die Sektoren nicht nur in Bezug auf Leistung, sondern auch in der Kommunikation miteinander verbunden sein müssen. Nur durch die Sammlung und Analyse von Daten zu Energieverbrauch und -erzeugung können Energieflüsse optimal gesteuert werden. Standardisierte Kommunikationsprotokolle innerhalb verschiedener Netzwerke ermöglichen die notwendige Kommunikation, frei von Systemgrenzen. Technologiestandards wie Ethernet IEEE 802.3, der Digital Twin-Standard IDTA, die ODCA für einheitliche Gleichstromtechnologie und OPC UA für standardisierten Datenaustausch sind bereits wesentliche Treiber der Sektorenkopplung.

Sicherer Datenaustausch durch einen gemeinsamen Datenraum

Ebenso wichtig ist ein gemeinsamer Datenraum, der den souveränen und sicheren Austausch von Energiedaten ermöglicht. In einem Pilotprojekt entwickelte das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT zusammen mit Partnern eine sichere Methode für den Datenaustausch im Energiesystem. Eine Gaia-X- und IDSA-konforme Referenzarchitektur für einen deutschen Energiedatenraum wurde entwickelt und umgesetzt.

Prof. Dr. Jens Strüker, einer der Projektleiter vom FIT, betont die strategische Bedeutung des Projekts für den Energiesektor: „Die nächste Phase der Energiewende hat begonnen. Neben dem Ausbau erneuerbarer Energien liegt der Fokus nun auf der System- und Marktintegration der exponentiell wachsenden dezentralen Energiequellen. Konkret werden dynamische Stromtarife und dynamische Netzentgelte […] unter anderem für Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge benötigt. Datenspeicher versprechen, den notwendigen Austausch von Verbrauchsdaten datensouverän und skalierbar zu organisieren.“

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Laut der Internationalen Energieagentur war der Industriesektor im Jahr 2022 direkt für die Emission von neun Gigatonnen CO₂ verantwortlich, was ein Viertel der globalen CO₂-Emissionen aus dem Energiesystem ausmacht.

Fokus auf Antriebstechnik

Elektromotoren und Antriebssysteme verbrauchen etwa 70 Prozent der in der Industrie verwendeten Energie. Der Einsatz energieeffizienter Motoren bietet daher eine bedeutende Möglichkeit, Emissionen zu reduzieren. Zur Beschreibung der Energieeffizienz eines Elektromotors definiert die internationale Norm IEC 60034-30-1 Energieeffizienzklassen. Diese werden anhand sogenannter IE-Codes klassifiziert, wobei weltweit fünf Klassen standardisiert sind, von IE1 „Standard Efficiency“ bis IE5 „Ultra Premium Efficiency“. Die IEC 60034-Norm legt jedoch nicht fest, wann welche Effizienzklasse verwendet werden soll; dies wird durch regionale Gesetzgebung bestimmt. Heute gibt es in fast allen Märkten Anforderungen an die Mindesteffizienz von Elektromotoren.

Hohe Einsparziele in der EU

In der Europäischen Union werden diese Anforderungen durch die Verordnung (EU) 2019/1781 der Kommission geregelt, die Ökodesign-Anforderungen für Elektromotoren und drehzahlveränderbare Antriebe festlegt. Die neueste Stufe dieser Verordnung trat im Juli 2023 in Kraft und verlangt, dass alle Elektromotoren im Leistungsbereich zwischen 75 und 200 Kilowatt mindestens der internationalen Energieklasse IE4 entsprechen. Ebenso sind IE-Klassen für Wechselrichter und IES-Klassen für Wechselrichter-Motor-Kombinationen definiert. Die Europäische Union erwartet, dass diese Verordnung bis 2030 jährlich mehr als 100 TWh Energie einspart.

Herausforderung Prozesswärme

Nach der elektrischen Antriebstechnik ist die Erzeugung von Prozesswärme der größte Verursacher von Treibhausgasemissionen in der Industrie. „Prozesswärme“ bezeichnet die Wärme, die für spezifische technische Prozesse bei der Herstellung, Weiterverarbeitung oder Veredelung von Produkten benötigt wird. Heute wird diese Wärme hauptsächlich durch fossile Brennstoffe erzeugt. Dies gilt insbesondere in der Stahl- und Zementproduktion sowie in der chemischen Industrie, wo hohe Temperaturen von über 500 Grad Celsius erforderlich sind.

Alternativen für die Stahlindustrie

Abhängig vom erforderlichen Temperaturniveau stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, um die Emissionen bei der Erzeugung von Prozesswärme zu reduzieren. Beispielsweise können Elektrolichtbogenöfen (EAF) und Verfahren zur direkten Reduktion von Eisen (DRI) die CO₂-Emissionen in der Stahlindustrie erheblich senken. Bei der direkten Reduktion von Eisen wird Wasserstoff zur Reduktion von Eisenerz verwendet, wobei Wasserdampf statt CO₂ als Nebenprodukt entsteht. Diese Technologie kann die CO₂-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um 50 bis 90 Prozent reduzieren. Elektrolichtbogenöfen sind eine seit Jahrzehnten bewährte elektrische Technologie zur Eisenverflüssigung, wurden jedoch hauptsächlich zur Stahlrecycling eingesetzt.

Bei gasbefeuerten Industrieprozessen, die eine sehr hohe Energiedichte erfordern, kann Wasserstoff vorteilhafter als Strom sein. In solchen Fällen ist eine direkte Elektrifizierung oft technisch noch nicht ausgereift oder würde erhebliche Anpassungen bestehender Anlagen erfordern.

Wärmelösungen für die Industrie

Branchen wie die Lebensmittelproduktion oder die Papier-, Holz- und Zellstoffverarbeitung benötigen hauptsächlich Wärme im niedrigen bis mittleren Temperaturbereich. Verschiedene Technologien sind bereits verfügbar, um diese Wärme mit geringen Emissionen zu erzeugen. Geothermie kann Temperaturen von bis zu 180 Grad Celsius liefern, und durch den zusätzlichen Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen können in Pilotanlagen sogar Temperaturen bis zu 300 Grad Celsius erreicht werden. Power-to-Heat-Technologien wie Elektrodenkessel, Induktionsöfen und andere elektrothermische Prozesse (z. B. Hochfrequenz- und Infrarotheizung) eignen sich ebenfalls für die Elektrifizierung.

Die Zeit drängt

Die Industrie ist zweifellos einer der Sektoren, in denen die Dekarbonisierung am schwierigsten ist: Technologien mit geringem CO₂-Ausstoß für viele Prozesse befinden sich noch in der Entwicklung oder sind zu teuer. Dennoch müssen Entscheidungen über Maßnahmen zur Reduzierung der industriellen CO₂-Emissionen jetzt getroffen werden. Viele Industrieanlagen haben eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten, und wenn die Industrie bis 2050 klimaneutral sein soll, muss der Rahmen jetzt gesetzt werden. Dies wird ohne staatliche Maßnahmen nicht möglich sein, insbesondere um CO₂-Emissionen zu reduzieren und die Risiken bei der Entwicklung und Implementierung neuer Technologien abzufedern.

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Der Ersatz konventioneller Kraftwerke auf Basis fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien wie Photovoltaik und Windkraft führt zu einer hochvariablen Stromversorgung mit Momenten von Über- und Unterversorgung. Laut Marktanalysten von McKinsey könnte die Spitzenkapazität der erneuerbaren Energien in der Europäischen Union bis 2030 das durchschnittliche Nachfrageniveau von 320 Gigawatt um das Drei- bis Vierfache übersteigen. Heute wird bei einem Überangebot die Energieproduktion häufig gedrosselt, sodass das Potenzial der erneuerbaren Energiequellen nicht vollständig genutzt wird.

Um dies zu ändern, werden Energiespeichersysteme benötigt, die überschüssigen Strom aufnehmen. Wasserkraftwerke sind derzeit die am weitesten verbreitete Speichertechnologie. Im Jahr 2020 betrug die weltweite Kapazität etwa 8.500 Gigawattstunden, was über 90 Prozent der gesamten globalen Stromspeicherung ausmacht. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) muss die weltweite Speicherkapazität bis 2030 sechsmal größer werden, um Netto-Null-Ziele zu erreichen, wobei 90 Prozent des Wachstums von Batterien und der Rest überwiegend von Pumpspeicherkraftwerken erwartet werden.

Batterien als Schlüssel zur Netzstabilität

„Der Strom- und der Verkehrssektor sind zwei Schlüsselbereiche, um die Emissionen schnell genug zu senken“, sagte IEA-Exekutivdirektor Fatih Birol. „Batterien werden in beiden Bereichen die Grundlage bilden und eine unschätzbare Rolle beim Ausbau der Erneuerbaren und der Elektrifizierung des Verkehrs spielen, während sie sichere und nachhaltige Energie für Unternehmen und Haushalte liefern.“

Es wird eine Vielzahl von Batterietechnologien eingesetzt. Heute sind Lithium-Ionen-Batteriespeichersysteme am weitesten verbreitet. Lithium-Eisen-Phosphat (LFP)-Batterien sind insbesondere aufgrund ihrer Kosten und Energiedichte die bevorzugte Wahl für Netzspeicher. Lithium-Ionen-Batterien mit höherer Energiedichte, wie Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) und Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), sind bei der Energiespeicherung in Haushalten und anderen Anwendungen mit begrenztem Platz beliebt. Die kompakten Lithium-Ionen-Batterien, die bisher sehr erfolgreich waren, sind jedoch aufgrund des Energiebedarfs bei der Herstellung und der zunehmenden Nachfrage nach wertvollen und immer knapper werdenden Rohstoffen wie Lithium und Kobalt inzwischen extrem teuer und umstritten.

Alternativen zu Lithium

Eine im Herbst 2023 vom Fraunhofer ISI veröffentlichte Roadmap untersucht die Rolle, die nicht auf Lithium basierende Batterietechnologien spielen könnten. Laut der Studie könnten Alternativen wie Metall-Ionen-, Metall-Schwefel-, Metall-Luft- und Redox-Flow-Batterien in ausgewählten Märkten und Anwendungen Entlastung bieten. Darüber hinaus gewinnt die Natrium-Ionen-Technologie an Bedeutung. Ihre längere Speicherzeit, niedrigere Kosten und die aktuelle Lage der Lieferketten in anderen Bereichen machen diese Technologie zunehmend attraktiv, da sie nicht auf Kobalt, Nickel oder Lithium angewiesen ist.

Flow-Batterien zeigen ebenfalls großes Potenzial, da sie über 25 bis 30 Jahre hinweg keine Leistungsdegradation erfahren und mit begrenztem Investitionsaufwand an die spezifischen Energiespeicherbedarfe angepasst werden können.

Im Verkehrssektor könnten Festkörperbatterien in Zukunft eine interessante Alternative sein. Sie sind in ihrer Struktur konventionellen Lithium-Ionen-Batterien ähnlich, wobei der Hauptunterschied das feste anstelle des flüssigen Elektrolyts ist. Festkörperbatterien versprechen eine sehr hohe Energiedichte in Elektrofahrzeugbatterien, was zu einer größeren Reichweite führen könnte, insbesondere bei Verwendung von Lithium-Anoden oder „anodenlosen“ Zellkonzepten. Zudem verringert das Fehlen flüssiger Elektrolyte in Festkörperbatterien das Unfallrisiko, da überwiegend nicht brennbare Komponenten verwendet werden. Sie haben jedoch eine kürzere Lebensdauer, da ihre Kapazität mit jedem Ladezyklus abnimmt.

Zweiter Pfeiler Wasserstoff

Andere Energiespeichermethoden wie Druckluft- oder Schwerkraftspeicher spielen in den aktuellen Stromsystemen eine relativ geringe Rolle. Wasserstoff wird jedoch wahrscheinlich als Speichermedium für überschüssige Energie in Zukunft eine weitaus größere Bedeutung erlangen. Er bietet das Potenzial für die saisonale Speicherung erneuerbarer Energie, kann direkt im Transportsektor oder als Kraftstoff durch eFuels eingesetzt werden und dient als CO₂-freies Prozessgas in industriellen Prozessen wie der Ammoniakproduktion oder Methanisierung. Das klassische Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff ist die Elektrolyse, bei der Wasser unter Verwendung von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Kommt der für die Elektrolyse benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen wie Photovoltaik, entsteht grüner, CO₂-neutraler Wasserstoff.

„Für die Dekarbonisierung des Energiesystems müssen wir neben Elektronen auch grüne Moleküle nutzen, um unsere Klimaziele zu erreichen. Die lokale Umwandlung erneuerbarer Energien versorgt nicht nur Industrie und Unternehmen mit grünem Wasserstoff, sondern hilft auch, die Stromnetze zu entlasten“, sagt Christoph Ullmer, Leiter des Innovationskompetenzzentrums bei Thüga AG. Dies wird in einem Bericht hervorgehoben, der von der kommunalen Beteiligungs- und Beratungsgesellschaft in Zusammenarbeit mit E-ON in Auftrag gegeben wurde.

Photoelektrisch erzeugter Wasserstoff

Besonders für die dezentrale Wasserstoffproduktion bietet die direkte solare Wasserspaltung, bekannt als Photoelektrochemische Zelle (PEC), eine spannende Alternative zu herkömmlichen, komplexen Elektrolyseuren. Im Verbundprojekt Neo-PEC haben Forscher von drei Fraunhofer-Instituten eine modulare Lösung entwickelt, die eine hochflexible Wasserstoffproduktion und -versorgung mit Solarenergie ermöglicht. Das Kernstück der Entwicklung ist ein Tandem-PEC-Modul, in dem durch Sonnenlicht Ladungsträger in einem Halbleiter freigesetzt werden. Diese werden direkt zur Wasserspaltung genutzt. Wasserstoff und Sauerstoff entstehen direkt an der Oberfläche der beleuchteten Halbleiter.

Strategische Investition

Die europäische Wasserstoffindustrie investiert beträchtlich in neue Projekte. Derzeit gibt es in der Europäischen Union 254 Projekte für erneuerbaren Wasserstoff, von denen sich 170 in Betrieb und 84 im Bau befinden.

„Wasserstoff ist ein strategischer Bestandteil des Übergangs zu sauberer Energie in der EU“, betont Maroš Šefčovič, Vizepräsident für den europäischen Grünen Deal, Interinstitutionelle Beziehungen und Zukunftsforschung. „Er ist nicht nur entscheidend für die Erreichung unserer Netto-Null-Ziele, sondern auch, um unsere Wettbewerbsfähigkeit zu sichern und Europas Position als führende globale Wirtschaftsmacht zu erhalten.“

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