Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

dere für den Einsatz in Entwicklungsländern weiter
zu untersuchen. Angepasste Herstellungsverfahren
für biogenes Flüssiggas aus Bioenergie sollten entwickelt
werden.
Neuartige Konversionstechniken
Es darf erwartet werden, dass in der Zukunft derzeit
noch nicht vorhersehbare technische Entwicklungen
zur besseren Erschließung erneuerbarer Energiequellen
oder neuartiger Konversionstechnologien
führen werden. Anwendungsorientierte Grundlagenforschung
sollte daher in erheblichem Umfang
forciert werden. Hiermit sind vor allem wissenschaftliche
Untersuchungen mit besonders unsicherem
Ausgang bis hin zu „spekulativen“ Forschungen
gemeint (s. auch Beispiele im Absatz photovoltaische
Stromerzeugung). Im Folgenden werden hierfür
einige Themen angeführt.
• Photochemie: Photosynthese-ähnliche Membranstrukturen,
Wasserstofferzeugung über photoelektrochemische
Verfahren;
• Solarchemie: Synthese speicherbarer Energieträger,
Syntheseverfahren unter gleichzeitigem Einsatz
thermischer, optischer und elektrischer Energie;
• Biotechnologie: mikrobielle Wasserstofferzeugung.
6.3.2
Systemtechnologien einer nachhaltigen
Energieversorgung
Die speziellen Eigenschaften fluktuierender Energiequellen
machen Forschung und Entwicklung bei
Systemtechnologien zu einer grundlegenden Voraussetzung
der Transformation des Energiesystems
(Kap. 3.4), da eine reibungslose Einbindung der
erneuerbaren Quellen in die globalen Energieversorgungsstrukturen
gewährleistet sein muss. Neben
der Anpassung der Strukturen der globalen Elektrizitätsversorgung
ist die Weiterentwicklung der technologischen
Grundlagen einer Wasserstoffwirtschaft
(Kap. 3.4.4) ein zentrales Element einer Transformation
gemäß des exemplarischen Pfads des Beirats.
Stromtransport und -speicherung
Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen kann
nicht nur in mittleren Breiten, sondern besonders
effektiv in ariden, sonnenreichen Gebieten realisiert
werden. Für die Abstimmung zwischen Stromangebot
und -nachfrage im kontinentalen Maßstab ist
daher der Stromtransport über große Entfernungen
bei hoher Leistung und niedrigen Verlusten eine
Schlüsseltechnologie.
Technologieforschung und -entwicklung 6.3
Die Hochspannungsgleichstromübertragung und
langfristig auch die Hochtemperatursupraleitung
sind daher voranzutreiben. Auf lange Sicht sollten
starke interkontinentale bidirektionale Stromnetze
bis hin zum „Global Link“ als virtuellem Elektrizitätsspeicher
oder Fluktuationsglätter (im Zusammenhang
mit regelbaren Kraftwerken) entwickelt
werden (Kap. 3.4.3). Aufbau und Führung von
Stromnetzen sollten hinsichtlich der großskaligen
Einbindung fluktuierender erneuerbarer Energiequellen
verbessert werden.Alternative Konzepte zur
Speicherung von Strom und anderen Energieformen
sind weiter zu erforschen (z. B. Druckluft, Schwungmassen,
supraleitende Magnetfeldspeicher). Elektrochemische
Speicher für den dezentralen Einsatz sollten
im Hinblick auf ihren Einsatz z. B. in Automobilen
und netzfernen Solaranlagen fortentwickelt werden.
Verteilte Erzeugung in Stromnetzen
Die Nutzung der erneuerbaren Energiequellen im
exemplarischen Transformationspfad (Kap. 4.4) lässt
sich einteilen in dezentrale netzferne Anwendungen
(z. B. Solar-Home-Systeme), zentrale vernetzte
Kraftwerke (z. B. geothermische Stromerzeugung)
und dezentrale Erzeugung innerhalb von Netzen
(z. B. Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke; Kap.
3.4). Insbesondere die dezentrale verteilte Erzeugung
in Stromnetzen stellt eine große Herausforderung
für zukünftige Netzregelungsstrategien dar. Die
Kommunikationstechnik für verteilte Stromerzeuger
mit dem übergeordneten Netz sollte dazu weiterentwickelt
werden (z. B. Steuern, Regeln, An- und
Abmelden von Erzeugern wie im Internet). Zudem
sollten Strategien zur optimalen Strom- und (dezentralen)
Wärmenutzung und angepasste bidirektionale
Netzarchitekturen und Sicherheitssysteme auf
der Forschungsagenda stehen. Dafür ist als Grundlage
auch die Weiterentwicklung angepasster Stromerzeuger
(Brennstoffzellensysteme, Mikroturbinen
usw.) unerlässlich. Die Leistungselektronik wird
zukünftig eine wichtige Schnittstelle zwischen verteilten
Erzeugern und den Netzen darstellen und
viele Zusatzfunktionen übernehmen (Verbesserung
der Spannungsqualität usw.). Letztlich ist auch die
Entwicklung von Wärmespeichern mit hoher Speicherdichte
und vernachlässigbarer Selbstentladung
zu forcieren, was insbesondere im Hinblick auf eine
Entkopplung von Stromerzeugung und Wärmebedarf
im Hausbereich von Interesse ist. Intelligente
Regelungen können hier die Verluste minimieren.
Wasserstofferzeugung, -transport und
-speicherung
Wasserstoff ist wesentliches Element sowohl als
Sekundärenergieträger als auch als Energiespeicher-
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