Experimente in industriellem Maßstab

Reallabore testen innovative Technologien für die Energiewende unter realen Bedingungen und dienen als Blaupausen für die Umsetzung.

Innovative Technologien für die Energiewende © peterschreiber.media

Getestet wird in einem Quartier, in einer Stadt, in mehreren Städten oder sogar unter Einbeziehung mehrerer Bundesländer. Die so gesammelten Erfahrungen können Fachleute nutzen, um den tiefgreifenden Umbau des Energiesystems in Deutschland insgesamt entscheidend voranzubringen. Die Reallabore der Energiewende sind eine wichtige Maßnahme, um die ambitionierten Klimaziele in Deutschland zu erreichen. Bis 2030 soll die Emissionen um 55 Prozent gegenüber 1990 gesenkt und bis 2050 soll Deutschland treibhausgasneutral werden. Dies ist nur möglich, wenn Energieerzeugung und Energieverbrauch zusammen gedacht werden. Damit sind Reallabore ein wertvoller Praxistest für Innovationen auf dem Weg in die energiewirtschaftliche Umsetzung.

Die ersten sieben Reallabore der Energiewende sind bereits in Betrieb

Im Labor lassen sich viele Fragen nicht abschließend klären, insbesondere da das Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren nicht vollständig vorhersehbar ist. Das Reallabor ermöglicht es Unternehmen beispielsweise zu testen, wie die Erzeugung von grünem Wasserstoff nachhaltig und effizient betrieben werden kann. Gemeinsam mit Forschungseinrichtungen testen sie das wirtschaftliche und technologische Potenzial und welche regulatorischen Herausforderungen bestehen. Sie entwickeln Leitlinien, die helfen sollen, ähnliche Konzepte in anderen Regionen zu entwickeln. Die Reallabore der Energiewende sind als Förderprogramm im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung verankert und Teil der Nationalen Wasserstoffstrategie. Jährlich stehen rund 100 Millionen Euro zur Verfügung. Zum Auftakt des neuen Formats hatte das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie 2019 einen Ideenwettbewerb ausgelobt und insgesamt 20 Projektvorschläge ausgezeichnet. Zentrale Themen waren „Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien“, „Großskalige Energiespeicher im Stromsektor“ und „Energieoptimierte Quartiere“. Die umsetzungsreifen Reallabore werden nun nach und nach verwirklicht, bislang haben sieben Reallabore der Energiewende ihre Arbeit begonnen. Die Forscher haben sich zuvor jahrelang in der Theorie und im Versuchsmaßstab mit den Energietechnologien befasst. Mit dem Reallabor kommt der Härtetest unter Beteiligung der Wissenschaft, der Industrie und der Menschen vor Ort. Überzeugt die Probearbeit im Reallabor der Energiewende, können diese Erfahrungen für die Markteinführung in Deutschland und der Welt genutzt werden.

Das Reallabor in Grenzach-Wyhlen: Ausbau einer Wasserstoff-Infrastruktur

Eines der sieben bereits laufenden Reallabore findet sich in der Kleinstadt Grenzach-Wyhlen an der Grenze zur Schweiz. Im Rahmen des Vorhabens H2-Wyhlen soll die Leistung einer bereits bestehenden Power-to-Hydrogen-Anlage verfünffacht werden. Unter Beteiligung eines regionalen Energieversorgers, eines Chemieunternehmens und zweier Forschungseinrichtungen wird versucht, den vielfältig einsetzbaren Energieträger für Verkehr und Industrie nutzbar zu machen. Dazu soll geprüft werden, wie eine Wasserstoff-Infrastruktur möglichst wirtschaftlich betrieben werden kann. Auch die Anwohner profitieren von dem Vorhaben, indem die Abwärme der Anlage und des Generators im Wasserkraftwerk in das Wärmenetz von anliegenden Wohngebieten eingespeist wird. Seit April 2021 begleitet zudem das Transferforschungsprojekt Trans4ReaL die Reallabore mit dem Fokus Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien wissenschaftlich. Die in dem Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend als Handlungsoptionen in eine Wasserstoff-Roadmap der Bundesregierung einfließen.

Reallabor in Wilhelmsburg: Regenerative Wärmeversorgung

Seit August wird im Reallabor der Energiewende Integrierte WärmeWende Wilhelmsburg getestet, wie die Wärmeversorgung ganzer Stadtquartiere ausschließlich mit erneuerbaren Energien gelingen kann. Das Forscherteam konzentriert sich insbesondere auf die umweltfreundliche Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Nutzung von Wärme. Da Norddeutschland über ein großes geothermisches Energiepotenzial verfügt, also tief unter der Oberfläche vorhandene Erdwärme, soll auch diese in die Versorgung mit einbezogen werden. Geplant ist es, in einer Tiefe von rund 3,5 Kilometern Erdwärme aus einer Thermalwasser-Lagerstätte zu gewinnen. Es wird erwartet, dass das salzhaltige Thermalwasser etwa 230 Grad Celsius heiß ist und somit ideal für die geothermische Nutzung. Damit ihm die geothermische Energie entzogen werden kann, wird das Wasser nach oben gefördert und dann die Wärme direkt ins lokale Nahwärmenetz eingespeist. Das abgekühlte Wasser wird zurück in den Untergrund geleitet und erwärmt sich dort erneut. Die Wärmeversorgung wird somit durch zwei Kreisläufe sichergestellt. Zum einen zirkuliert das Wasser vom Boden bis in die tief gelegenen Schichten, zum anderen zirkuliert es im Wärmenetz. Durch eine an der Oberfläche liegende Sandschicht soll die Wärme im Sommer auch zwischengespeichert werden können. Da neben der Erzeugung auch der Handel von Wärme sowie die Schnittstelle zwischen Wärme- und Strommarkt so effizient wie möglich gestaltet werden soll, setzt das Reallabor auf eine konsequente digitale Vernetzung. Nach dem erfolgreichen Start der ersten Reallabore soll das Format jetzt thematisch erweitert werden. Um den besonderen Stellenwert traditioneller Energieregionen für das Energiesystem von morgen zu unterstreichen, werden außerdem zusätzliche Fördermittel für Reallabore in Strukturwandelregionen zur Verfügung gestellt.

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Hannah Simons

Hannah Simons ist seit 2020 für die ibau GmbH tätig. Als Redakteurin recherchiert und verfasst sie Artikel für den News-Bereich und das Glossar. Dabei verfolgt sie das Ziel komplexe Inhalte einfach und gut verständlich aufzubereiten.