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Materialforschung für die zukünftige Energieversorgung

Der Umbau der Energieversorgung erfordert neuartige Materialsysteme, um erneuerbare und konventionelle Energiequellen effizienter und umweltfreundlicher zu nutzen. Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die Materialforschung für die zukünftige Energieversorgung als Portfoliothema identifiziert und fördert dieses Thema von 2012 bis 2016 mit zusätzlichen 21 Mio. Euro. Fünf Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft bringen ihre Expertise zu verschiedenen Aspekten der Materialforschung ein, um Dünnschichtsolarzellen und Hochtemperaturwerkstoffe zu untersuchen und weiter zu entwickeln.

Neue Höchstleistungsmaterialien sind im Portfoliothema gefragt. Im Bild: Extrem hitzebeständige Turbinenschaufeln aus Titanaluminid.

Neue Höchstleistungsmaterialien sind im Portfoliothema gefragt. Im Bild: Extrem hitzebeständige Turbinenschaufeln aus Titanaluminid.

Technische Fortschritte im Energiebereich basieren häufig auf neuen Materialien und Werkstoffen, die höhere Effizienz bei der Energieumwandlung ermöglichen. Die Entwicklung neuartiger Materialien ist deshalb der Schlüssel für Innovationen auf dem Energiesektor und bildet ein Kernelement der Hightech-Strategie der Bundesregierung.

„Um den Umbau der Energieversorgung im vorgegebenen Zeitrahmen zu ermöglichen, müssen die Entwicklungszeiten für neue Materialien deutlich verkürzt werden“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Mlynek, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. Daher hat die Helmholtz-Gemeinschaft beschlossen, die Materialentwicklung für die zukünftige Energieversorgung als Portfoliothema verstärkt zu fördern. Fünf For-schungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, die in der experimentellen Material- und Werkstoffentwicklung aktiv sind, werden ihre Forschung ausbauen und bündeln. Diese Expertise wird von den Partnern aus der Industrie gesucht und international anerkannt, sodass Helmholtz-Zentren nicht nur zahlreiche Kooperationen mit Partnern aus der Wirtschaft eingehen, sondern auch in internationalen Kooperationen häufig eine führende Rolle einnehmen.

„Wir können die Entwicklungszeiten neuer Materialsysteme deutlich verkürzen, wenn es gelingt, die Eigenschaften von Werkstoffen in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und der Verarbeitung vorherzusagen und Werkstoffe mit den erforderlichen Eigenschaften maßzuschneidern“, sagt Prof. Dr. Harald Bolt vom Forschungszentrum Jülich, der die Aktivitäten im Portfoliothema koordiniert.

Die Forschung und Entwicklung zielt insbesondere auf Innovationen in der Dünnschichtphotovoltaik und auf neue hitzebeständige Werkstoffe ab, die es ermöglichen, fossile und solarthermische Kraftwerke bei höheren Temperaturen zu betreiben, was den Wirkungsgrad erhöht. Dabei werden die elektronischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften sowohl theoretisch modelliert, als auch praktisch analysiert und optimiert. Die Ergebnisse aus der Modellierung fließen in die Materialentwicklung ein, umgekehrt aber fließen auch die Untersuchungsergebnisse unter Lastbedingungen in die Modellbildung zurück, so dass deren Vorhersagekraft steigt.

Beteiligte Helmholtz-Zentren:

  • Forschungszentrum Jülich (Koordinierender Sprecher: Prof. Dr. Harald Bolt)
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
  • Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung
  • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
  • Karlsruher Institut für Technologie

Zum Hintergrund: Der Portfolioprozess in der Helmholtz-Gemeinschaft

Die Bundesregierung hat den Forschungsorganisationen im Pakt für Forschung und Innovation einen jährli-chen Aufwuchs zugestanden, um Zukunftsthemen aufzugreifen, den Nachwuchs zu fördern und das Wissenschaftssystem in Deutschland noch leistungsfähiger zu machen. Aus einem Teil dieses Aufwuchses fördert die Helmholtz-Gemeinschaft nun eine Reihe von Portfolio-Themen, die Expertinnen und Experten aus allen Helmholtz-Zentren in einem groß angelegten Prozess als besonders zukunftsträchtig identifiziert hatten. Von dieser Förderung profitieren auch die universitä¬ren Forschungspartner. Ab der nächsten Förderperiode werden die Portfolio-Themen als Teil der Forschungsprogramme weitergeführt.