Collage mit Solarpanelen im Vordergrund, Windkraftanlagen und Wasserstofftanks im Hintergrund

Energie für die Zukunft

Forschende der Max-Planck-Gesellschaft arbeiten an Lösungen für die Energiewende 

Leben braucht Energie. Das gilt für primitive Einzeller genauso wie für den Menschen in seiner hochtechnologisierten Welt. In Deutschland verbraucht ein Mensch durchschnittlich täglich 85 Kilowattstunden. Damit könnte man auch 85 Waschmaschinen waschen. Bislang stammt diese Energie vorwiegend aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas. Das bei ihrer Verbrennung frei werdende Kohlendioxid heizt jedoch das Erdklima auf. Die Lösung ist klar: Erneuerbare Energien. Die Forschung der Max-Planck-Gesellschaft zeigt, warum dieser Weg richtig ist und wie das Ziel erreicht werden kann.

Aktuelle Beiträge

Elf Personen in einer offenbar im Umbau befindlichen Halle, fünf in der vorderen Reihe sitzend, fünf dahinter stehend. Eine Frau sitzt in der zweiten Reihe auf einer Leiter.

Der Stifterverband zeichnet das Start-up für eine Technik aus, die Batterien deutlich leistungsfähiger und kostengünstiger macht mehr

Energierekord bei der Kernfusion

0,2 Milligramm Plasmabrennstoff liefern so viel Energie wie zwei Kilogramm Kohle mehr

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Elf Personen in einer offenbar im Umbau befindlichen Halle, fünf in der vorderen Reihe sitzend, fünf dahinter stehend. Eine Frau sitzt in der zweiten Reihe auf einer Leiter.

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Illustration des menschlichen Gehirns in Kombination mit Künstlicher Intelligenz

Neuartige physikbasierte selbstlernende Maschinen könnten heutige künstliche neuronale Netze ersetzen und Energie sparen mehr

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Die Kosten des Klimawandels

Tobias Grimm von Munich Re erklärt im Interview, wie viel die Folgen des Klimawandels Versicherern kosten und wie der Wandel hin zu einer lebenswerten und klimaneutralen Zukunft gelingen kann mehr

Brennpunkte der Kernfusion

Sibylle Günter, Direktorin am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, und der emeritierte Direktor Karl Lackner ordnen ein, wo staatliche und private Fusionsprojekte stehen – auch im Vergleich zu den Konzepten, an denen ihr Institut forscht mehr

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Biomoleküle aus Strom gewinnen

Tobias Erb und sein Team am Max-Planck-Institut für Mikrobiologie haben einen Stoffwechselweg entwickelt, der aus elektrischem Strom den biochemischen Energieträger Adenosintriphosphat (ATP) gewinnt. ATP lässt sich zur Bildung energiereicher chemischer Verbindungen wie Stärke und Proteine nutzen. Wie dies funktioniert, erklärt dieses Video mehr

Die Sonne - Der Stern von dem wir leben

Die Sonne ist einer von 200 Milliarden Sternen in unserer Milchstraße – und für uns der wichtigste. Denn ohne ihre Energie gäbe es auf der Erde kein Leben. Wovon aber lebt die Sonne? Der Film führt tief ins Innere des kosmischen Gasballs, wo in jeder Sekunde ungeheure Mengen von Wasserstoff in Helium umgewandelt werden. mehr

Wie funktioniert ein Fusionskraftwerk?

Wo steht die Fusionsforschung heute? In neun Minuten erklärt dies der neue Film "Energie der Zukunft. Fusion 2100" auf ebenso unterhaltsame wie informative Weise: Eine Schulklasse im Jahr 2100 vollzieht rückblickend nach, wie die Entwicklung der Energiequelle Fusion verlaufen ist. mehr

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Irrtümer der Kernfusion

Die Kernfusion gilt als eine Energiequelle der Zukunft. Aber die Entwicklungen gehen deutlich langsamer voran als vielfach angenommen. Woran liegt das?  Hartmut Zohm vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik erklärt in diesem Podcast, woran es hakt mehr

Wirtschaft auf dem grünen Zweig

Der Übergang von einer Erdöl-basierten  hin zu einer Marktwirtschaft, in der fossile Ressourcen durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden, ist nicht einfach. Auch Max-Planck-Wissenschafterinnen und Wissenschaftler versuchen zu verstehen, wie diese Transformation möglich ist, und arbeiten an kontreten Projekten, die nachhaltiges Wirtschaften möglich machen sollen. Unser Podcast stellt drei dieser Forschungsprojekte vor mehr

Lichtblicke für die Energiewende

Regenerative Energiequellen sollen künftig Kohle, Gas und Erdöl ersetzen. Dabei könnte die Kernfusion eine Alternative zu Strom von Windrädern und Solaranlagen bieten. Während bei der Kernfusion noch grundlegende physikalische und technische Fragen offen sind, fehlen beim Ausbau von Wind- und Sonnenstrom bisher geeignete Energiespeicher. Batterien aus nachwachsenden Rohstoffen oder aus Kohlendioxid erzeugte Chemieprodukte könnten da helfen. mehr

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Warum brauchen wir erneuerbare Energien?

Der Zusammenhang ist einfach: Wächst der Wohlstand, steigt auch der Energiebedarf. Forscherinnen und Forscher am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte wissen: Hätte man nicht lange Zeit Kohle und Gas verbrannt, wäre das Wirtschaftswunder in Deutschland kaum denkbar gewesen. Gleichzeitig stieg weltweit der Ausstoß von Treibhausgasen, die die Atmosphäre immer weiter aufheizten. In vielen Teilen der Welt ist schon heute deutlich zu spüren, welche Folgen der menschengemachte Klimawandel hat. Um den Klimawandel zu bremsen,  muss die Menschheit die fossilen Energieträger durch erneuerbare Energie ersetzen. Wie Forschende am Max-Planck-Institut für Chemie zeigen, rettet eine Abkehr von fossilen Brennstoffen aber auch alleine dadurch Millionen Menschen, dass die Luftverschmutzung abnimmt. 

Eine Inventur des fossilen Zeitalters
Der Klimawandel erfordert, dass wir uns von Erdöl und Kohle verabschieden. Doch unsere Gesellschaft, speziell unser Ideal von Freiheit und Wohlstand, ist in ungeahntem Maße von den fossilen Rohstoffen geprägt. Wie stark diese Abhängigkeit ist und welche Wege es gibt, davon loszukommen mehr
Schnelle globale Energiewende könnte Millionen Menschenleben retten
Die Verbrennung fossiler Rohstoffe ist die wichtigste Ursache für Luftverschmutzung und damit verbundene Gesundheitsbelastungen mehr

Wie kann die Energiewende in Deutschland gelingen?

Deutschland soll bis 2045 klimaneutral werden. Schon bis 2030 soll Strom zu 80 Prozent aus erneuerbaren Quellen fließen. Stand 2023 wurden 52 Prozent des Stroms vor allem mit Windkraft und Fotovoltaik erzeugt. Beide werden in den kommenden Jahren noch stark ausgebaut. Forschungsergebnissen am Max-Planck-Institut für Biogeochemie zufolge müssen Windparks dabei sorgfältig geplant werden, um die Windenergie optimal zu nutzen.

Illustration der Ertragsreduktion durch die Schwächung der Windgeschwindigkeit:
Eine Windturbine erzeugt einen Windschatten (links). Die entnommene Windenergie wird von oben aufgefüllt (weiße Pfeile von oben). Daneben sind zwei verestzt stehende Turbinen, und daneben vier versetzt stehende Turbinen abgebildet, wobei der Intergrund von grünlich zu rötlich wechselt, um den Energieverlust darzustellen. Text darunter: In Windparks wird die Abschattung zwar berücksichtigt, regional wird der Energieverlust aber nicht komplett ausgeglichen.
Windturbinen brauchen beim massiven Ausbau Platz, um möglichst effizient zu sein. Generell kann Fotovoltaik deutlich mehr Strom erzeugen als Windkraft mehr

Fotovoltaik nutzt heute Siliziumsolarzellen. Das Max-Planck-Institut für Polymerforschung forscht an neuartigen Solarzellen aus Perovskiten, die Strom aus Sonnenlicht noch effizienter und kostengünstiger gewinnen könnten.

Tuning für den Sonnenstrom
Bis 2045 soll Deutschland klimaneutral werden. Das kann nur durch massiven Ausbau der Solarenergie und bessere Fotovoltaikmodule gelingen. Neue Materialien wie Perowskite versprechen günstigere und effizientere Anlagen. mehr
Elektronen auf der Überholspur
Mikroskopische Strukturen könnten Perowskit-Solarzellen noch leistungsfähiger machen mehr

Für einige Bereiche des Verkehrs eignen sich auch Biokraftstoffe als klimafreundliche Alternative zu herkömmlichen Treibstoffen. Forschende des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung arbeiten an Biokraftstoffen der 2. Generation, die aus Pflanzenabfällen gewonnen werden und nicht mit der Nahrungsmittelproduktion konkurrieren.

Sprit aus Stiel und Stängel
Biokraftstoffe der zweiten Generation könnten den Teller-Tank-Konflikt lösen. Denn für diese werden nicht eigens Energiepflanzen auf Ackerflächen angebaut, die dann nicht mehr für die Nahrungsmittelproduktion zur Verfügung stehen. Weltweit arbeiten Forschende, darunter auch der Max-Planck-Gesellschaft, daran, sie wirtschaftlich konkurrenzfähig zu machen – und emissionsärmer. mehr

Kann der durchschnittliche Energiebedarf von 85 Kilowattstunden pro Person und Tag in Deutschland also vollständig durch Erneuerbare Energien gedeckt werden? Diese Frage stellt sich auch das Buch „Erneuerbare Energien zum Verstehen und Mitreden“ von Holler, Gaukel, Lesch und Lesch (siehe MaxPlanckForschung, Ausgabe 03/2023). Die Antwortet lautet: Ja! Deutschland könnte allein 80 Prozent seiner Energie aus Wind- und Sonnenenergie gewinnen. Die restlichen 20 Prozent könnten wir aus Erdwärme, Biomasse und der Kraft der Gezeiten gewinnen.

Wirtschaft auf dem grünen Zweig

Der Übergang von einer Erdöl-basierten hin zu einer Marktwirtschaft, in der fossile Ressourcen durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden, ist nicht einfach. Auch Max-Planck-Wissenschafterinnen und Wissenschaftler versuchen zu verstehen, wie diese Transformation möglich ist, und arbeiten an kontreten Projekten, die nachhaltiges Wirtschaften möglich machen sollen. Unser Podcast stellt drei dieser Forschungsprojekte vor

 

Wie lässt sich erneuerbare Energie speichern?

Da das Angebot der Energie von Wind und Sonne schwankt und zudem etwa für den Verkehr mobile Energieträger nötig sind, muss der Strom aus Windkraft und Fotovoltaik gespeichert werden. Dafür eignen sich etwa Batterien. Heutige Batterien sind jedoch im Vergleich zu der Energiemenge, die sie speichern groß, schwer und teuer. Ein Team des Max-Planck-Instituts für medizinische Forschung hat eine Technik entwickelt, die Batterien künftig deutlich leistungsfähiger und kostengünstiger machen kann.

Elf Personen in einer offenbar im Umbau befindlichen Halle, fünf in der vorderen Reihe sitzend, fünf dahinter stehend. Eine Frau sitzt in der zweiten Reihe auf einer Leiter.
Der Stifterverband zeichnet das Start-up für eine Technik aus, die Batterien deutlich leistungsfähiger und kostengünstiger macht mehr

Forschende des Max-Planck-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenflächenforschung suchen nach Möglichkeiten, Materialien heutiger Lithiumbatterien, die aus ökologischen und sozialen Gründen problematisch sind, durch nachhaltige Alternativen zu ersetzen. Und ein Team der Max-Planck-Instituts für Polymerforschung untersucht, wie sich Feststoffbatterien, die eine leistungsfähigere Alternative zu heutigen Lithium-Ionen-Batterien, langlebiger machen lassen.

Die Keimzelle der Biobatterie
Die Energieversorgung der Zukunft hat ein Speicherproblem. Um überschüssigen Strom von Windkraft- und Solaranlagen für Zeiten aufzuheben, in denen es zu wenig gibt, sind leistungsfähige Batterien und Kondensatoren gefragt, die aus möglichst ungiftigen und nachhaltigen Materialien bestehen sollten mehr
Festkörperakkus könnten in Zukunft viele Vorteile bieten, unter anderem für die Verwendung in elektrisch betriebenen Autos.
Durch Erkenntnisse, wie es in Feststoffbatterien zum Kurzschluss kommt, könnte sich deren Lebensdauer verlängern lassen mehr

Die elektrische Energie aus Windkraft und Fotovoltaik lässt sich aber auch in Form von Wasserstoff speichern. Mit dem grünen Wasserstoff kann CO2 in synthetische Kraftstoffe etwa für den Flugverkehr und Ausgangsstoffe für die Chemieindustrie umgewandelt werden. Forschende verschiedener Max-Planck-Institute arbeiten daran, diese Prozesse effizienter zu mache, etwa indem sie leistungsfähige Katalysatoren entwickeln. DIese Power-to-X-Technik kann den helfen die Chemieproduktion hin zu einer Kreislaufwirtschaft zu transformieren und die CO2-Bilanz der Chemieindustrie zu verbessern, sie kann aber nicht nennenswert dazu beitragen, das CO2 aus der vergangenen Verfeuerung fossiler Brennstoffe aus der Atmosphäre zu entfernen.

Blick übers Meer mit den Windrädern eines Offshore-Windparks, die mit großem Abstand gestaffelt bis zum Horizont stehen.
Ein neues Katalysatorkonzept schafft die Grundlage für eine großtechnische Methanisierung von Kohlendioxid mehr
Treibstoff aus dem Stahlwerk
Rund sechs Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes stammen aus der Stahlindustrie. Um deren Klimabilanz zu verbessern, verfolgt das Carbon2Chem-Projekt einen ungewöhnlichen Ansatz: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem des Max-Planck-Instituts für chemische Energiekonversion und der Thyssenkrupp AG untersuchen darin, wie sich das Treibhausgas als Rohstoff für Chemieprodukte nutzen lässt, die bislang aus Erdöl erzeugt werden.
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Ein Klimagas befeuert die Industrie
Ausgerechnet CO2 könnte der chemischen Industrie helfen, ihre Klimabilanz zu verbessern. Mit Energie aus erneuerbaren Quellen könnte es sich in Komponenten für Kunststoffe und andere Produkte einbauen lassen – wenn sich dafür geeignete Katalysatoren und Produktionsverfahren finden. Danach suchen Forscher um Walter Leiter am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr mehr
Tobias Erb und sein Team am Max-Planck-Institut für Mikrobiologie haben einen Stoffwechselweg entwickelt, der aus elektrischem Strom den biochemischen Energieträger ATP gewinnt. ATP lässt sich zur Bildung energiereicher chemischer Verbindungen wie Stärke und Proteine nutzen. Wie dies funktioniert, erklärt dieses Video

Biomoleküle aus Strom gewinnen

Tobias Erb und sein Team am Max-Planck-Institut für Mikrobiologie haben einen Stoffwechselweg entwickelt, der aus elektrischem Strom den biochemischen Energieträger ATP gewinnt. ATP lässt sich zur Bildung energiereicher chemischer Verbindungen wie Stärke und Proteine nutzen. Wie dies funktioniert, erklärt dieses Video
https://www.youtube.com/watch?v=41SfOSahdIM

Transformation der Stahl- und Aluminiumindustrie

In der Stahlindustrie entstehen ganze sechs Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dersMax-Planck-Instituts für Eisenforschung haben etwa gezeigt, wie mit Hilfe von Wasserstoff oder Ammoniak Eisen aus Eisenerz gewonnen werden kann, ganz ohne den Einsatz von Kohle, beziehungsweise Koks. 

Am selben Institut entsteht eine weitere Lösung für ein lästiges Problem: Rotschlamm, ein giftiger Abfall der Aluminiumproduktion. Das darin enthaltene Eisenerz kann mit Hilfe von Strom aus Erneuerbaren Energien und Wasserstoff, der ebenso grün gewonnen wurde, in Eisen umgewandelt werden. Dieses Recyclingverfahren ist zudem wirtschaftlich: So erzeugter grüner Stahl könnte etwa ein Drittel der jährlichen Stahlproduktion weltweit ausmachen. 

Wasserstoff ist Hoffnungsträger einer klimaneutralen Wirtschaft – auch für die Stahlindustrie. Doch möglicherweise sollte die Branche zusätzlich auf Ammoniak setzen, um grünen Stahl zu erzeugen. Wie dies funktionieren könnte, erklärt dieses YouTube-Video

Auf dem Weg zu grünem Stahl

Wasserstoff ist Hoffnungsträger einer klimaneutralen Wirtschaft – auch für die Stahlindustrie. Doch möglicherweise sollte die Branche zusätzlich auf Ammoniak setzen, um grünen Stahl zu erzeugen. Wie dies funktionieren könnte, erklärt dieses YouTube-Video
https://www.youtube.com/watch?v=a_yUKX8zQfI
Energiewende im Hochofen
Metalle sind aus unserem Leben nicht wegzudenken. Doch die Metallindustrie verursacht heute ein Drittel aller industriellen Treibhausgas-Emissionen. Dierk Raabe und Martin Palm, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf, arbeiten daher daran, Metalle nachhaltiger herzustellen und einzusetzen. Ihre Konzepte könnten die Metallindustrie gehörig umkrempeln. mehr
Im Vordergrund ein Ausschnitt der ausgedehnten Flächen einer Deponie mit rostrotem Rotschlamm, Im Hintergrund ein flächenmäßig deutlich kleineres Aluminiumwerk. Werk und Deponie liegen an einem Meerbusen, der in der oberen Bildhälfte zu sehen ist. Rechts sind grüne Wiesen zu sehen.
Aus Abfällen der Aluminiumproduktion lässt sich mit Wasserstoff in einem wirtschaftlichen Verfahren CO2-freies Eisen gewinnen mehr

Zukunftstechnologie Kernfusion

In Zukunft könnte auch die Kernfusion dazu beitragen, den Energiebedarf der Menschheit zu decken. Forschende versuchen in Fusionsreaktoren einen Prozess zu imitieren, der in der Sonne auf natürliche Weise abläuft: Das Verschmelzen von Wasserstoffkernen bei extrem hohen Temperaturen, weitgehend ohne radioaktiven Abfall, wie er bei der Kernspaltung in Kernkraftwerken auftritt. Dabei könnte die Kernfusion zur schier unerschöpflichen Energiequelle werden. Zum Vergleich: Wenn man ein Kilogramm Uran spaltet, erhält man etwa zehntausendmal so viel Energie wie bei der Verbrennung eines Kilogramms Öl. Bringt man dagegen ein Kilogramm Deuterium (eine schwere Form von Wasserstoff) zur Fusion, erhält man nochmal einhundertmal mehr Energie. Forschende des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik untersuchen, wie sich die Kernfusion technisch nutzbar machen lässt. Sie verfolgen dabei auf die weltweit fortgeschrittensten Ansätze der Magneteinschlussverfahren. Dabei wird der 100 Millionen Grad heiße plasmaförmige Fusionsbrennstoff in einen Magnetfeldkäfig eingeschlossen. Andere Forschungseinrichtungen und auch zahlreiche Unternehmen setzen auf andere Verfahren. Welches sich letztlich durchsetzen wird, ist noch nicht ausgemacht.

Brennpunkte der Kernfusion

Brennpunkte der Kernfusion

Im Dezember 2022 hat die National Ignition Facility in den USA einen Durchbruch in der Fusionsforschung verkündet. Die Kernfusion verspricht eine saubere und praktisch unerschöpfliche Energiequelle. Diese anzuzapfen, daran arbeitet auch das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. Seine wissenschaftliche Direktorin Sibylle Günter und der emeritierte Direktor Karl Lackner ordnen ein, wo einige der staatlichen und privaten Fusionsprojekte stehen – auch im Vergleich zu den Konzepten, an denen ihr Institut forscht.

Trotz der großen Schritte in Richtung eines solchen Sonnenkraftwerks auf der Erde, das eine saubere und schier unerschöpfliche Energiequelle verspricht, dürften bis zum ersten funktionierenden Kraftwerk jedenfalls  noch Jahre vergehen – Zeit, die gleichzeitig genutzt werden muss, um fossile Energieträger durch Erneuerbare Energien zu ersetzen, eine Lösung, die heute schon existiert. 

Irrtümer der Kernfusion

Die Kernfusion gilt als eine Energiequelle der Zukunft. Aber die Entwicklungen gehen deutlich langsamer voran als vielfach angenommen. Woran liegt das? Hartmut Zohm vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik erklärt in diesem Podcast, woran es hakt

Energie der Zukunft

Wie erzeugt und kontrolliert man ein 100 Millionen Grad heißes Plasma? Mit dieser für die Kernfusion elementaren Frage beschäftigt sich Thomas Klinger, Leiter der Forschungsanlage Wendelstein 7-X am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Klinger spricht über den aktuellen Stand der Forschung und wagt einen Ausblick, ab wann tatsächlich Strom durch Kernfusion gewonnen werden könnte. 
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