Competence Center für
Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E)

Die Sektorkopplung spielt eine tragende Rolle für die gesamtheitliche Energiewende. Dabei geht es insbesondere um die Verbindung der Erzeugung durch erneuerbare Energien auf der einen Seite und den Verbrauch in den Sektoren Industrie, Mobilität und Gebäudewärme auf der anderen Seite. Um die Energiewende zielführend und konsequent voranzutreiben, gilt es, die technischen Anlagen, Infrastrukturen und Märkte der verschiedenen Sektoren – sowohl sektorübergreifend als auch in sich – stärker aufeinander abzustimmen, um so ein flächendeckendes, intelligentes Energiesystem zu etablieren. Dies stellt das Gesamtsystem der Energieversorgung vor neue Herausforderungen. Eine besondere Anforderung ist die Flexibilität des Systems, d.h. die Fähigkeit, auf Erzeugungsschwankungen reagieren zu können. Ein wichtiger Baustein sind hierbei Power-to-Gas Technologien. Mit der Umwandlung von elektrischer Energie zu Wasserstoff, durch die sogenannte Elektrolyse, kann Energie mittel- und langfristig gespeichert und vielfältig genutzt werden. Bei Bedarf kann die Energie in Brennstoffzellen und Wasserstoff-fähigen Kraftwerken – idealerweise unter Nutzung der Abwärme – zurückverstromt werden. Alternativ kann die Energie als Kraftstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen, in Bereichen, in denen Batterie-elektrische Fahrzeuge nicht einsatzfähig sind, eingesetzt werden. Außerdem können Wasserstoff und Wasserstoffderivate in der Industrie stofflich genutzt werden, um fossile Rohstoffe zu ersetzen.

Das CC4E fokussiert sich in seiner Forschungsarbeit auf grünen Wasserstoff. Hierfür wird der für die Elektrolyse benötigte Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen. Ein weiteres Forschungsthema ist die Erzeugung von türkisem Wasserstoff. Dieser entsteht durch die Aufspaltung von Methan zu Wasserstoff und elementarem Kohlenstoff. Der pulverförmige, reine Kohlenstoff – auch Carbon Black – genannt, ist somit als Feststoff langfristig gebunden und kann bei Bedarf schließlich wieder in Industrieprozessen eingesetzt werden. Damit zielt die Forschungsarbeit auf die Herstellung CO₂-neutralen oder sogar negativen Wasserstoffs. Außerdem betreibt das CC4E eine Anlage zur Abtrennung von CO₂ aus der Umgebungsluft (CO₂ Direct Air Capture) und dessen weitere Nutzung.

Zur konkreten Erprobung der unterschiedlichen Technologien im Bereich Sektorkopplung nutzt das CC4E die technische Forschungsausstattung am Technologiezentrum Energie-Campus, das als „netzreaktives Gebäude“ betrieben wird. Zudem wird an Anlagen von Projektpartnern gearbeitet, die für Forschungszwecke zur Verfügung gestellt werden.

Die zentralen Forschungsthemen sind Netzdienlichkeit, Netzintegration, Speicherung und Lademanagement: Der Forschungsbereich Demand Side Integration befasst sich insbesondere mit der netzdienlichen Nutzung des aus erneuerbaren Energien erzeugten Stroms. Hierfür sind am Technologiezentrum Energie-Campus sowohl Energieerzeuger also auch unterschiedliche, flexible Stromverbraucher eingebunden. Im Bereich Energiespeicherung werden mit Hilfe von Batterie-, Wasserstoff-, Methan-, Wärme- und Kältespeichern unterschiedliche Speicherkonzepte entwickelt und erprobt. Um Lösungen zur Systemintegration erneuerbarer Energien zu erforschen, wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts zusätzlich ein Batteriespeicher im Forschungswindpark Curslack betrieben.^* Zudem wird untersucht, wie mit Hilfe von intelligenten und variablen Steuer- und Regelungskonzepten die Energieeffizienz optimiert werden kann. Hierzu zählt auch ein intelligentes Lademanagement, das den Anteil lokal erzeugter erneuerbarer Energien erhöht und Ladeleistungen maximiert. Softwarelösungen unterstützen wiederum den netzdienlichen Ladebetrieb.