Energieeffizienz
Der zukünftige Erfolg nachhaltiger Energiesysteme hängt davon ab, mit welchen Mitteln die Energie umgewandelt, verteilt und verbraucht wird.
Um eine dauerhafte Reduktion des Energieverbrauches zu erreichen und effektiv die Emission von Treibhausgasen zu vermeiden, muss die Effizienz im ganzen Energiesystem verbessert werden. Wie sehr auch der zukünftige Anteil von Erneuerbaren Energien zur Energieproduktion eines Staates beitragen wird, die Nutzung konventioneller Brennstoffe wird bleiben. Diese muss so effizient wie möglich umgesetzt werden um das Maximum aus ihrem Potential heraus zu holen.
Anwendungen wie Kraft-Wärme-Kopplung (oder Polygeneration), Brennstoffzellen oder elektrische Motoren höhere Effizienzlevel als traditionelle Systeme und reduzieren den Anteil ungenutzter Energie. Effizienz betrifft nicht nur die Energieproduktion, sondern bezieht sich auch auf alle Verbrauchsbereiche, wie den Gebäudesektor, Transport und Mobilität, Heizen und Kühlen, Beleuchtung und Industrieprozesse, sowie Haushaltselektronik und - geräte.
Letztendlich kann die Debatte über die Effizienz des Energiesystems nicht ohne die Berücksichtigung von Systemen, Speichern und Netzen geführt werden.
Mit fossilen Brennstoffen betriebene Anlagen
Um die maximale Energieausbeute verfügbarer fossiler Brennstoffe zu erzielen, muss die Effizienz von mit Kohle, Gas und Öl betriebenen Versorgungsanlagen und Kraftwerken gesteigert werden. Kraft-Wärme-Kopplung (KWK, CHP) ist eine Möglichkeit die auftretende Abwärme bei der Stromerzeugung durch Generatoren zu nutzen und dadurch Treibhausgasemissionen zu verringern. Eng verbunden mit der Effizienz fossil betriebener Kraftwerke ist ihre Flexibilität, ihre Fähigkeit auf schwankenden Bedarf in einem Energiesystem zu reagieren.
Atomkraftwerke
Im Jahr 2011 wurden 10% des weltweiten Elektrizitätsbedarfs durch Atomstrom gedeckt. Während einige Länder auf der einen Seite die Stromerzeugung aus nuklearen Energiequellen reduzieren oder abschaffen wollen – insbesondere nach der Atomkatastrophe von Fukushima -, betrachten andere Länder die Atomkraft als wichtige Säule ihres zukünftigen Energiesystems. Für letztere sind neue Technologien, Fortschritte in der Planung und beim Bau, der effiziente Betrieb und Gefahren- und Risikomanagement von Interesse. Für die anderen Länder stehen Rückbaukonzepte und –technologien eher im Fokus. Das zentrale Thema für alle Akteure ist aber die Zwischen- und Endlagerung des anfallenden radioaktiven Abfalls.
Auf der EST 2015 möchten wir eine offene Diskussion über all diese einschlägigen Gesichtspunkte, welche das Gebiet der Atomkraft betreffen, anregen.
Kernfusion
Der Kernfusionsprozess nutzt Kernenergie in die entgegengesetzte Richtung: anstatt Kerne zu spalten werden zwei Kerne verschmolzen. Seit über 50 Jahren versucht die Menschheit den Prozess zu kopieren, der in unserer Sonne abläuft, und daraus Strom zu erzeugen. Was sind vielversprechende Herangehensweisen, welche Technologien und Materialien werden eingesetzt, welches sind die Sicherheits- und Umweltaspekte? Wir möchten Wissenschaftler einladen, die neuesten Entwicklungen und Erkenntnisse im Bereich der Fusionsforschung zu präsentieren.
Energieeffiziente Gebäude und Siedlungen
Gebäude tragen zu ungefähr 40% zum weltweiten Energieverbrauch bei. Deshalb ist es zwingend erforderlich, sie effizienter zu gestalten, was einerseits die Senkung ihres Energiebedarfs (über den ganzen Lebenszyklus betrachtet), andererseits die Verbesserung der gebäudeintegrierten Energiebereitstellung bedeutet. Integrale Planung und komplexe Simulationswerkzeuge unterstützen diesen Prozess bereits in der Planungsphase, neue Baumaterialien (wie PCM), neuartige Komponenten (wie Gebäudeautomation, Wärmepumpen) und passive Maßnahmen (wie natürliche Kühlung/Lüftung) senken den Energiebedarf. Aktuelle Schlagworte sind „Smart Home“, „Energieerzeugendes Haus“, „Smart City“, „(Fast-)Nullenergiegebäude“ und „Nullemissionsstädte“, die alle das ambitionierte Ziel ausdrücken, den Energiebedarf von Gebäuden in Richtung null zu senken bzw. ihn sogar in Energieerzeugung umzukehren. Dies sollte jedoch nicht zulasten des Nutzerkomforts und der Lebensqualität gehen. Daher lädt die EST 2015 Sie ein, nachhaltige Energielösungen für Gebäude, Siedlungen und Städte zu präsentieren.
Effizienz beim Kühlen und Heizen
Viel Energie wird heutzutage für die Konditionierung (Heizen oder Kühlen) von Innenräumen gebraucht (Gebäude, Fahrzeuge) und dort sind oft zusätzlich Be- und Entfeuchtung enthalten. Aber Kühlen und Heizen sind nicht nur ein Thema dieser raumbezogenen Sektoren, sie betreffen genauso Industrieprozesse im Allgemeinen und die Nahrungsmittelindustrie im Besonderen. Bestehende Technologien wie Absorptions- und Adsorptionskühlung gewinnen aus Gründen des Klimaschutzes an Bedeutung und machen Kühlung durch Wärme (z.B. solares Kühlen) möglich. Die üblichen Kältemaschinen wie Kompressionskühler werden durch den Einsatz innovativer Materialien und neuer Technologien stetig effizienter. Brennwertkessel und Abwärme-Recycling machen Wärmeprozesse effizienter. Und nicht zuletzt erhöhen intelligente Regelungen (z.B. Einzelraumregelung oder Energiemanagement-Software in Fernwärmenetzen) die Gesamteffizienz von Kühl- und Heizsystemen.
Sparsame Unterhaltungselektronik und Hausgerätetechnik
Aufgrund der hohen Wertigkeit von Strom und einer größer werdenden Anzahl von Haushaltselektronik, muss auch dieser Bereich in den Fokus gerückt werden, wenn die Effizienz im Gebäudesektor erhöht und der Stromverbrauch reduziert werden soll. Mit zunehmendem wirtschaftlichen Wohlstand nimmt auch die Ausstattung mit Haushaltsgeräten (Kühlschrank, Waschmaschine, Spülmaschine, …) zu und erreicht ihren Höhepunkt vermutlich mit der Installation moderner Unterhaltungselektronik (Fernseher, HiFi, Computer, Internet). Im gewerblichen Sektor ist es die Ausstattung des Arbeitsplatzes und die Installation komplexer Gebäudeautomatisierungssysteme bei einer zunehmenden Zahl von Gebäuden, die zu einer Zunahme des Strombedarfs führen. Server im kleinen Maßstab (einzelner Firmen, in einzelnen Gebäuden) und im großen Maßstab (Serverfarmen, Rechenzentren, „Cloud“speicher) verbrauchen viel Energie. Wir interessieren uns für Energie-Kennzeichnungen und ihren Nutzen, für „green IT“ Konzepte und ihre Wirkung, für energieeffiziente Computer und Virtualisierung sowie für innovative sparsame Haushaltsgeräte.
Optimierung des Sektors Transport und Mobilität
Der Transportsektor benötigt ungefähr 30% des weltweilen Endenergieverbrauchs und ca. 95% dieses Verbrauchs basieren auf fossilen Energieträgern. Während es in einigen entwickelten Ländern eine Stagnation geben mag, sind es gerade die Entwicklungs- und Schwellenländer, die eine steigende (Auto)Mobilität aufweisen werden. Wir benötigen Konzepte für die Effizienzsteigerung des notwendigen Verkehrs und müssen das vermeidbare Verkehrsaufkommen reduzieren. Wir müssen Individualverkehr in öffentlichen (Nah-)Verkehr überführen, wir müssen den motorisierten Kurzstreckenverkehr in CO2-arme Mobilität umwandeln (Fußverkehr, Radfahren, E-Mobilität).
Die EST 2015 möchte Ihnen innovative Mobilitätskonzepte und neue Technologien für die Optimierung des Verkehrs vorstellen. Welches ist das erreichbare Effizienzpotential in diesem Sektor? Welche Rolle können Navigationssysteme und IKT im zukünftigen Verkehr übernehmen?
Effiziente Nutzung von Treibstoffen im Verkehr
Wenn man den großen Anteil von Transport und Mobilität am weltweiten Energieverbrauch und wiederum den großen Anteil von fossilen Energieträgern in diesem Sektor betrachtet, muss die Nutzung dieser wertvollen Ressourcen so effizient wie möglich gestaltet werden. Die CO2-Emissionen müssen so weit wie möglich reduziert werden, indem man die Antriebe effizienter macht, die Fahrzeuge leichter konstruiert (auf Basis neuer Werkstoffe) und Verkehrsstrategien weiterentwickelt.
Effiziente Beleuchtung
Die Effizienz herkömmlicher Glühlampen ist sehr gering: nur ca. 5 Prozent der Energie werden für den eigentlichen Zweck der Beleuchtung verwertet, die übrigen 95% werden in Wärme umgewandelt. Energiesparlampen der ersten Generation waren Leuchtstofflampen und konnten die Effizienz schon ungefähr um den Faktor 5 verbessern. Die weitere Entwicklung dieser Lampen brachte angenehmere Farbtemperaturen, weiter verringerte Wärmeproduktion und längere Lebensdauern hervor. Mittlerweile finden LED (licht-emittierende Halbleiter) Einzug in die Automobilindustrie und in de Beleuchtungstechnik sowie langsam auch in Haushalte. Aktuelle Forschung untersucht transparente Materialien für LED-Leuchtmittel und OLED-Technologien (organic LED) für flächige Leuchtmittel (z.B. Leuchtwände oder –fenster).
Bei der Außenbeleuchtung war die Entwicklung ähnlich: Hochdruck-Quecksilber-Lampen (HQL) wurden gefolgt von Natriumdampf-Hochdrucklampen (HS) und Hochdruckentladungslampen (HID) und heute sind LED-Lampen auch hier Stand der Technik.
Die EST interessiert sich für die aktuellsten Erkenntnisse und innovativen Technologien bei Festkörperlichtquellen (SSL) und stellt ebenso Lichtregelungskonzepte vor (in Gebäuden, für Straßen und Wege sowie für ganze Stadtteile).
Energieeffiziente magnetische Materialien
Hochentwickelte magnetische Materialien werden für die Datenspeicherung, bei der Stromerzeugung und für Motoren von (hybriden) Elektrofahrzeugen eingesetzt. Die heutige Forschung zielt darauf ab, Dauermagneten zu optimieren und sucht nach Materialien für Anwendungen der Spintronik. Magnetische Materialien spielen im gesamten Bereich der Energie eine wichtige Rolle und schließen weiche Magnete, magnetokalorische Materialien und harte Magnete mit ein. Materialien aus Nanostrukturen eröffnen neue Möglichkeiten.
Die aktuelle Entwicklung der Magnetforschung kann dazu beitragen, die Effizienz in vielen Anwendungsbereichen zu steigern: Stromerzeugung, Elektrizitätsumwandlung und Transportwesen.
Brennstoffzellen
Verglichen mit herkömmlichen Motoren auf Basis fossiler Brennstoffe weisen Brennstoffzellen eine viel höhere Effizienz auf, und es gibt bereits Pilotanwendungen bei mobilen Stromversorgungssystemen (für Geräte wie Laptops, Handys) und in der Mobilität (Brennstoffzellenfahrzeuge = FCEVs).
Haben Brennstoffzellen eine Chance in der Massenmarktanwendung? Welche Brennstoffe können eingesetzt werden und wie können diese auf wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise hergestellt werden? Welches sind die aktuellen Trends bei Materialien und Konzepten für den Aufbau von Brennstoffzellen?
Thermoelektrizität
Der thermoelektrische Effekt ist die direkte Umwandlung von Temperaturunterschieden in elektrische Spannung und umgekehrt. Alle Materialien weisen diesen Effekt auf, jedoch ist er normalerweise zu klein, um für Anwendungen genutzt werden zu können. Die Entwicklung effizienter und günstiger Materialien mit einem deutlichen thermoelektrischen Effekt, könnten in der Zukunft Anwendungen wie die Stromerzeugung und die Kühlung ermöglichen.
Bedarfsorientierte Strategien zur Senkung des Energieverbrauchs
Bedarfsorientierte Strategien können sowohl die Senkung des Energieverbrauchs unterstützen als auch helfen, die Effizienz in einem Energiesystem zu steigern. Sie können auf technischen Maßnahmen basieren wie die Bedarfsanpassung an die Verfügbarkeit durch intelligente Computersysteme (IKT), auf sozialen Maßnahmen wie die Verhaltensbeeinflussung bei Betreibern oder Nutzern durch Anweisungen oder Schulungen oder auf einer Kombination von beiden wie Anreizsysteme, die einen Energieverbrauch zu einer anderen Tageszeit fördern sollen (flexible Stromtarife, zeitabhängige Tarife).
Effiziente Industrie- und Herstellungsprozesse
Bei Industrie- und Herstellungsprozessen herrscht ein großes Energieeinsparpotential durch Effizienzsteigerung. Aufgrund steigender Energiekosten, eines stärkeren Focus von Industrie und Gewerbe auf Umweltaspekte (intern) und manchmal auch aufgrund gesetzlicher Vorgaben (extern), gewinnt die Optimierung solcher Prozesse an Bedeutung. Die Nutzung von Wärmerückgewinnung, die Optimierung von Prozessketten und intensives Monitoring sind nur ein paar entscheidende Maßnahmen, die helfen können, das existierende Potential auszuschöpfen. Interessierte Akteure können von der Forschung und Pilot- bzw. Demonstrationsprojekten in diesem Gebiet viel lernen.
Andere Effizienzsteigerungsmaßnahmen bei der Energieumwandlung
Wir sind ebenso an allen anderen innovativen und zukunftsweisenden Effizienzmaßnahmen und –strategien interessiert, auch wenn diese nicht in die obigen Kategorien passen. Wir sind gespannt auf Ihr Abstract und darauf, über weitere Effizienzverbesserungen bei Energieumwandlung und –verbrauch erfahren.
