Forschungsplattformen

Bild: Kathrin Velte

Forschung an der TU Darmstadt

Die TU Darmstadt hat sich innerhalb der verschiedenen Fachbereiche, von der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften bis hin zu anwendungsorientierter Forschung und Entwicklung in den Ingenieurwissenschaften, als exzellente Forschungs- und Lehreinrichtung zu Energiethemen bewiesen. Dies spiegelt sich auch in den Hauptforschungsbereichen des TU Darmstadt Energy Center und den Studienplänen der verschiedenen Fachbereiche wider, die an der Graduiertenschule mitwirken.

Das TU Darmstadt Energy Center ist ein interdisziplinäres Forschungs- und Kompetenzzentrum an der TU Darmstadt. Erklärtes Ziel ist eine verlässliche, wirtschaftliche und nachhaltige erneuerbare Energieversorgung für Fortschritt zum Wohl unserer Gesellschaft. Die Einrichtung vereint mehr als 30 Forschungsgruppen aus den Fachbereichen Bauingenieurwesen und Geodäsie, Materialwissenschaften, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik sowie aus den Natur-, Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften.

Energietechnologie-Integrationsplattformen

Bild: Katrin Binner / TU Darmstadt
Bild: Katrin Binner / TU Darmstadt

Solare Brennstoffe

Prof. Dr. Barbara Albert

Brennstoffe als chemische Energieträger haben den Vorteil, dass sie sehr energiereich, leicht zu transportieren und zu speichern sind sowie angemessene Wirkungsgrade besitzen. Zudem können Brennstoffe, die aus erneuerbaren, jedoch diskontinuierlich verfügbaren Primärenergiequellen wie Solar- und Windenergie erzeugt wurden (zum Beispiel solare Brennstoffe), Nachteile wie Schwankungen in der Stromerzeugung ausgleichen. Daher können bedarfsgerecht zugeschnittene Brennstoffe (Designer-Brennstoffe) vermehrt für Fahrzeugantriebe und im Transportsektor verwendet werden. Dennoch stellen Produktion und Anwendung von Brennstoffen aus erneuerbaren Primärenergiequellen eine zu großen Teilen noch zu meisternde Herausforderung für ein neues Energiesystem dar.

Die bestehenden wissenschaftlichen und technischen Grenzen eines effizienten und wirtschaftlichen solaren Brennstoffkreislaufs bestimmen die Forschungsziele dieser Plattform:

  • Effiziente Produktion von H2 aus diskontinuierlich verfügbaren Primärenergieträgern
  • Effiziente Umwandlung von CO2 mit H2 zu Methanol und verwandten Kohlenwasserstoffen
  • Entwicklung angepasster Verbrennung und Konverter

Gebäudeintegration und energieautarke Siedlungsbereiche

Prof. Dr. rer. nat. Ingo Sass, Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner

Mit der Planung und Errichtung von Gebäuden sind langfristige Effekte und Mittelaufwendungen verbunden, die maßgebliche Auswirkungen auf zukünftige Ressourcen haben. Daher spielt die Energieeffizienz eine entscheidende Rolle bei zukünftigen Projekten in der Baubranche. Deutschland ist bei der Entwicklung von Energietechnologien führend und besitzt so eine herausragende Stellung für die Demonstration und Förderung eines nachhaltigen Ressourcenmanagements zusammen mit der Industrie.

Die wissenschaftlichen Ziele dieser Integrationsplattform können wie folgt zusammengefasst werden:

  • Integration bestehender Energiequellen und innovativer Energiesysteme in städtischen Regionen
  • Entwicklung und Integration erneuerbarer Energien für Gebäude und Siedlungsbereiche
  • Entwicklung und Integration dezentraler Speichertechnologien

Intelligente Energienetze

Prof. Dr.-Ing. Jutta Hanson

Elektrische Energiesysteme (und Energieverteilungssysteme allgemein) stehen vor einer der größten technologischen Veränderungen überhaupt. Von einer bottom-down-Struktur ausgehend, welche erfolgreich auf Grundlage zentralisierter Leistungsumwandlung (fossil, nuklear, Wasserkraft) aus wirtschaftlichen Gründen in immer größeren Einheiten entwickelt und optimiert wurde, wird das System heute immer mehr durch Mikroenergiewandler (Wind, Sonne, Biomasse) von verschiedenen Orten aus gespeist. Eine der zu entwickelnden Strategien ist das Konzept „Virtuelle Kraftwerke“, bei dem viele individuelle und unterschiedliche Mikrogeneratoren und Speichereinheiten kombiniert werden. In Kombination sollten sie sich wie eine herkömmliche Anlage verhalten und zur Stabilität des Gesamtsystems beitragen. Diese Forschungsgruppe verfolgt unter anderem folgende Ziele:

  • Entwicklung von Systemen und Komponenten für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung und Hochspannungs-Gleichstrom-Netze
  • Systemintegration von Wandlern und Speichergeräten für erneuerbare Energien
  • Überwachung und Optimierung von intelligenten Stromnetzen
Bild: Katrin Binner / TU Darmstadt
Bild: Katrin Binner / TU Darmstadt

Flexible Energiewandler mit reduzierter CO2-Emission

Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner

Klassische Energiewandler, zum Beispiel für die Stromerzeugung, für die Anwendung in industriellen Prozessen oder für Anwendungen im Transportsektor, erfordern tief greifende Änderungen, um den künftigen Herausforderungen eines kontinuierlichen Übergangsprozesses von einer kohlenstoffbasierten Energiewirtschaft zu neuen, auf erneuerbaren Quellen basierenden Technologien begegnen zu können. Folgende Ziele stehen im Mittelpunkt dieser Integrationsplattform:

  • Verbesserung der Systemleistung von Energiewandlern
  • Verständnis der Betriebsschwankungen von Energiewandlern
  • Verständnis der Besonderheiten beim Mischbetrieb mit verschiedenen Brennstoffen einschließlich auf Biomasse oder solaren Brennstoffen basierenden Designer-Brennstoffen
  • Entwicklung effizienter Technologien zur CO2-Abscheidung und -Speicherung