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EnErgynEws 

Newsletter des KIT-Zentrums Energie Ausgabe 1|2012 

Ohne Energie läuft nichts – 

Tag der Mobilität am KIT 

Stabiles Stromnetz mit 

erneuerbaren Energien 

Die Energiewende 

aus Verbrauchersicht 

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg 

und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

2 EnErgynEws 1|2012 

Inhalt 

3 Editorial 

4 Ohne Energie läuft nichts – Tag der Mobilität am KIT 

6 KA-RaceIng – Studierende bauen energieeffiziente Rennwagen 

8 What-IF – Energieversorgung und Gerechtigkeit zwischen den Generationen 

9 Einblick gewinnen, Fragen stellen, Vorschläge einbringen: 

Bürgerwerkstatt am KIT 

10 Dampf für grüne Kohle 

12 Energiewende mit Erdwärme 

14 Stabiles Stromnetz mit erneuerbaren Energien 

16 Supraleitende Komponenten für die Energienetze von morgen 

18 Weiße Zertifikate für Energieeffizienz 

20 Nukleare Sicherheitsforschung am KIT – Nach der Reaktorkatastrophe 

in Japan 

22 Die Energiewende aus Verbrauchersicht 

Impressum 

Herausgeber: KIT-Zentrum Energie 

Redaktion: Dr. Sibylle Orgeldinger 

Koordination: Dr. Wolfgang Breh (wolfgang.breh@kit.edu) 

Gestaltung, Layout: Wilfrid Schroeder, Bernd Königsamen, Heike Gerstner 

Druck: Karl Elser Druck GmbH, Mühlacker 

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 

Universität des Landes Baden-Württemberg und 

nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft 

Campus Nord 

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 

76344 Eggenstein-Leopoldshafen 

Campus Süd 

Kaiserstraße 12 

76131 Karlsruhe 

KIT-Zentrum Energie, Geschäftsstelle 

Telefon +49 721 608-25540 

März 2012 

Titelfoto: Ein KIT-Wasserstoffbus: Zwischen den KIT-Standorten Campus Nord (ehemaliges 

Forschungszentrum Karlsruhe), Campus Süd (ehemalige Universität Karlsruhe) und 

Campus Ost (ehemalige Mackensen-Kaserne) verkehren zwei Shuttle-Busse mit regenerativ 

erzeugtem Wasserstoff. Die umweltfreundlichen Busse fahren dank ihres seriellen 

Hybridantriebs mit Brennstoffzellen als Stromlieferant ohne Abgasemissionen.

Dr. Peter Fritz 

Professor Dr. Hans-Jörg Bauer 

Editorial 

Die Energieforschung bildet eine wichtige 

Grundlage für unsere zukünftige Gesellschaft. 

Insbesondere in der jüngeren 

Vergangenheit hat es Entwicklungen 

gegeben, die zu einem allmählichen 

Umdenken auf nationaler wie auch auf 

internationaler Ebene führen. Neue 

Technologien, knappe Ressourcen, 

Klimawandel und Globalisierung sind die 

Hauptfaktoren, die auch auf die künftige 

Ausrichtung der Energieforschung 

Einfluss nehmen. Gleichzeitig verschieben 

sich die Aufgabenschwerpunkte zunehmend 

in Richtung einer überregionalen 

Betrachtungsweise. Am Karlsruher Institut 

für Technologie wird diesen Entwicklungen 

Rechnung getragen, etwa durch 

Stärkung der Aktivitäten in den Bereichen 

der Speicher/Netze oder der erneuerbaren 

Energien. Parallel werden die internationalen 

Kooperationen, bilateral oder in 

Form von Netzwerken, gezielt verstärkt, 

wie beispielsweise in der Knowledge and 

Innovation Community (KIC) „InnoEnergy“. 

Dabei kommen auch Aspekte zum 

Tragen, Entwicklungen nicht nur einseitig 

auf Forschung, Lehre oder Innovation 

auszurichten, sondern sie vielmehr 

kohärent zu organisieren. Ein weiteres 

EnErgynEws 1|2012 

wichtiges Element ist die Betrachtung 

von Energieerzeugung und -nutzung in 

Verbindung mit dem Mobilitätssektor, der 

ebenfalls in der Phase einer Wandlung 

steht, wie etwa bei den Entwicklungen im 

Bereich der Elektromobilität. 

Die vorliegende Auflage stellt einen 

Querschnitt aus aktuellen Arbeiten des 

KIT-Zentrums Energie dar, in denen zahlreiche 

der oben angesprochenen Aspekte 

eine wichtige Rolle spielen. Allen Autoren 

danken wir an dieser Stelle herzlich für 

ihre Beiträge und ihr Engagement. 

Wir wünschen Ihnen eine spannende 

Lektüre! 

Dr. Peter Fritz, 

Vizepräsident für Forschung 

und Innovation des KIT 

Professor Dr. Hans-Jörg Bauer, 

Wissenschaftlicher Sprecher des 

KIT-Zentrums Energie 

3


Ohne Energie läuft nichts – Tag der Mobilität am KIT 

„Die Zukunft der Mobilität“ lautete das Motto des Tags der offenen Tür 

2011 am KIT. Und weil Mobilität ohne Energie undenkbar ist, durfte das 

KIT-Zentrum Energie nicht fehlen. Dabei gab es Energieforschung zum 

Ansehen, Anfassen und Nachfragen. 

Mehr als 25 000 Besucherinnen und Besucher 

kamen am Samstag, 2. Juli 2011, 

auf das Gelände des neuen KIT Campus 

Ost, um „die Zukunft der Mobilität“ 

hautnah zu erleben. Dort warteten fast 

80 Akteure – Forscherinnen und Forscher, 

Infrastruktureinrichtungen des KIT, 

Partnerinstitutionen und Sponsoren – mit 

Ausstellungen, Vorführungen und Angeboten 

zum Mitmachen auf. 

Zentren, Institute und Sonderforschungsbereiche 

präsentierten Exponate rund 

um die Themen Materialien, Energiequellen 

und Energiespeicher, Antriebs- und 

Fahrwerksysteme, Entwicklungsverfahren 

und Produktionstechnik, Fahrzeugkonzepte, 

Infrastrukturen, Fahrzeug- und 

Verkehrsführung, Logistik und mobile 

Gesellschaft. Dabei waren Erkenntnisse 

der Grundlagenforschung ebenso vertreten 

wie Ergebnisse der angewandten 

Forschung und konkrete Produkte. Mehr 

als 40 innovative Fahrzeuge waren zu 

besichtigen, darunter Elektroautos und 

Fahrzeuge mit Hybridantrieb; elf Fahrzeuge 

waren bei Vorführungen zu erleben. 

17 Vorträge beleuchteten das Thema 

Mobilität aus verschiedenen Perspektiven 

– verständlich und anschaulich. 

Daneben gab es ein abwechslungsreiches 

Das KIT-Zentrum Energie präsentierte sich in einem eigenen Zelt auf dem Gelände des neuen KIT Campus Ost. 

Bühnenprogramm und Aktivitäten für 

Kinder. Der Tag der offenen Tür 2011 

des KIT war Programmbaustein des 

Automobilsommers des Landes Baden- 

Württemberg; das Konzept wurde vom 

baden-württembergischen Wirtschaftsministerium 

ausgezeichnet und gehörte 

zu den Gewinnern des Ideenwettbewerbs 

für den Automobilsommer. 

Jede Form der Mobilität benötigt Energie. 

Dieses Thema war am Tag der Mobilität 

durchweg präsent. In einem eigenen Zelt 

präsentierte das KIT-Zentrum Energie 

seine Aktivitäten und stellte aktuelle Projekte 

vor; Wissenschaftler beantworteten 

Fragen der Besucher. Mit seinen rund 

1 100 Mitarbeitern bildet das KIT-Zentrum 

Energie eines der größten Energieforschungszentren 

in Europa. Technik- und 

naturwissenschaftliche, wirtschafts-, 

geistes- und sozialwissenschaftliche sowie 

rechtswissenschaftliche Kompetenzen

Besucherinnen und Besucher aller Altersgruppen informierten sich über aktuelle Projekte 

der Mobilitäts- und Energieforschung. 

Auf lebhaftes Interesse traf das bioliq ® -Konzept, das es ermöglicht, aus Restbiomasse 

hochwertige Designerkraftstoffe herzustellen. 


bündeln sich im KIT-Zentrum Energie, 

um den Energiekreislauf ganzheitlich zu 

betrachten: Die Arbeit des KIT-Zentrums 

Energie gliedert sich in die sieben Topics 

Energieumwandlung, Erneuerbare Energien, 

Energiespeicherung und -verteilung, 

Effiziente Energienutzung, Fusionstechnologie, 

Kernenergie und Sicherheit sowie 

Energiesystemanalyse. 

Beim „Tag der Mobilität“ stellte das 

KIT-Zentrum Energie unter anderem das 

bioliq ® -Konzept vor: Aus biogenen Reststoffen, 

beispielsweise Stroh, entstehen in 

einem mehrstufigen Prozess hochwertige 

Kraftstoffe für Diesel- und Ottomotoren. 

Die Ausgangsstoffe eignen sich weder als 

Nahrungs- oder Futtermittel, noch beanspruchen 

sie zusätzliche Anbauflächen – 

Nutzungskonkurrenz ist damit ausgeschlossen. 

Ein weiterer Vorteil des bioliq ® - 

Konzepts ist, dass der erste Schritt, die 

Schnellpyrolyse, sich in dezentralen Anlagen 

ausführen lässt. So entsteht aus der 

Restbiomasse, die räumlich weit verteilt 

anfällt und einen niedrigen Energiegehalt 

hat, ein energiereiches Zwischenprodukt, 

das sich wirtschaftlich über große 

Strecken transportieren und in zentralen 

Anlagen weiterverarbeiten lässt. 

weitere Infos: 

Dr. Wolfgang Breh 

KIT-Zentrum Energie 

Geschäftsführer 

Telefon +49 721 608-25540 

E-Mail wolfgang.breh@kit.edu 

Wolfgang Breh 

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KA-raceIng – studierende bauen energieeffiziente rennwagen 

Das Thema Energie bewegt auch Studierende des KIT. So baut das Team 

KA-RaceIng selbstständig Rennwagen und startet damit bei internationalen 

Wettbewerben. Bei der „Formula Electric & Hybrid Italy“, erreichte 

KA-RaceIng den ersten Platz in der Klasse Elektrofahrzeuge. 

Schnell sein ist nicht genug: Bei den „Formula 

Student“-Wettbewerben siegen die 

Fahrzeuge mit dem besten Gesamtpaket 

aus Konstruktion, Performance, Finanzplanung 

und Verkaufsargumenten. Energieeffizienz 

ist ein wichtiges Kriterium. 

Für den „KIT11e“ war das Abschneiden 

in der Disziplin „Energy Efficiency“ denn 

auch mit entscheidend für den Gesamtsieg. 

Bei der „Formula Electric & Hybrid 

Italy“ im Herbst 2011 in Turin erwies sich 

der Formelwagen aus Karlsruhe als der 

energieeffizienteste und belegte Platz eins 

in der Klasse Elektrofahrzeuge. 

Entwickelt, gebaut und gefahren wurde 

der „KIT11e“ von KA-RaceIng, einem 

2006 gegründeten Team von Studierenden 

des KIT: Jedes Jahr entwickeln, bauen 

und fahren rund 60 Studierende verschiedener 

Fachrichtungen – von Maschi- 

nenbau über Elektrotechnik bis hin zum 

Wirtschaftsingenieurwesen – selbstständig 

je ein Fahrzeug für die internationalen 

Wettbewerbe „Formula Student Combustion“ 

für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor 

und „Formula Student Electric“ für 

Fahrzeuge mit Elektroantrieb. 

„Engineered Excitement“ ist das Motto 

des Teams. KA-RaceIng umfasst mehrere 

Unterteams, die sich jeweils bestimmten 

Aufgaben widmen: Die technischen 

Teams Antriebsstrang, Monocoque, Elektronik, 

Elektrischer Antrieb, Fahrwerk und 

Motor konstruieren und bauen die Rennwagen; 

weitere Teams sind für Finanzen 

und Projektmanagement verantwortlich; 

das Team Marketing kümmert sich um 

Öffentlichkeitsarbeit, Eventplanung sowie 

Akquise und Betreuung von Sponsoren. 

Als universitäres Team kann KA-RacIng 

Das Elektroauto „KIT11e“ auf der 

Rennstrecke in Turin. 

auf gute Kontakte zu den Instituten des 

KIT zurückgreifen. 

2011 erlebte KA-RaceIng seine bisher 

erfolgreichste Saison: Der Verbrenner 

„KIT11“ fuhr bei der „Formula Student 

Austria“ auf den fünften Platz, bei der 

„Formula Student Germany“ auf den 

neunten Platz. Bei der „Formula Student 

Italy“ und der „Formula Student Hungary“ 

erreichte „KIT11“ sogar jeweils den 

zweiten Platz. Das Elektroauto „KIT11e“ 

kam bei „Formula Student Electric“ in 

Hockenheim auf den fünften Platz und 

holte mit dem ersten Platz bei der „Formula 

Electric & Hybrid Italy“ zum ersten 

Mal in der Geschichte von KA-RaceIng 

einen Gesamtsieg nach Karlsruhe. Auf 

den zweiten Platz kam das Team der 

Universität Stuttgart, der dritte Platz ging 

an das Team der TU München. Insgesamt 

nahmen acht Teams aus Deutschland und 

Ungarn in der Klasse Elektrofahrzeuge 

des Wettbewerbs auf dem IVECO Testgelände 

in Turin teil. 

Der Wettbewerb umfasste acht Disziplinen: 

die statischen Disziplinen Technik, 

Kosten und Präsentation sowie die dyna-

mischen Disziplinen Gesamtperformance, 

Agilität und Handling, Energieeffizienz, 

Beschleunigung und Kurvenfahren. In der 

wichtigsten statischen Disziplin „Design- 

Event“, in der es um die technischen 

Bereiche ging, belegte KA-RaceIng mit 

dem „KIT11e“ den ersten Platz. In den 

Disziplinen „Cost Event“ und „Business 

Plan Presentation“ erreichten die Karls- 

ruher jeweils Platz zwei. Der „KIT11e“ 

überzeugte aber auch auf der Rennstrecke: 

Beim „Autocross“ sicherte er sich mit 

der schnellsten Zeit nicht nur den ersten 

Platz, sondern auch die beste Startposition 

in der Disziplin „Endurance“ über 22 

Kilometer, in der er dann auf Platz drei 

fuhr. In der Disziplin „Acceleration“ war 

der „KIT11e“ zweitschnellstes Fahrzeug; 

Die Wettbewerbsfahrzeuge von KA-RaceIng: der Verbrenner „KIT11“ und das 

Elektroauto „KIT11e“. 

Die „Formula Electric & Hybrid Italy“ fand auf dem IVECO Testgelände in Turin statt. 


www.ka-raceing.de 


beim „Skid Pad“ erreichte er Platz drei 

und in der Disziplin „Efficiency“ Platz 

eins. 

Derzeit bereitet KA-RacIng sich auf den 

ersten Wettbewerb des Jahres 2012 vor: 

Im Mai wird das Team beim „Formula 

SAE Michigan“ auf dem Michigan International 

Speedway in den USA starten. 

Dieser ist der größte „Formula Student“ 

Wettbewerb und zugleich der älteste – er 

findet seit über 30 Jahren statt. Das Karlsruher 

Team hat dafür seinen bewährten 

Rennwagen „KIT11“ im Detail geprüft, 

komplett zerlegt und wieder zusammengebaut. 

Ergebnis: Der Motor ist in einem 

Top-Zustand – beste Aussichten für die 

neue Saison. 

Sibylle Orgeldinger 

7


„was geschieht, wenn …?“ – Energieversorgung und 

gerechtigkeit zwischen den generationen 

Mit „Energy and its Role in an Intergenerational 

Fair Society“ befassten sich 

rund 40 Experten aus ganz Europa am 

14. Februar 2012 bei der „What-IF“- 

Konferenz am KIT. „What-IF“, eine junge 

internationale Non-Profit-Organisation, 

betrachtet wesentliche gesellschaftliche 

Herausforderungen unter intergenerationellem 

Aspekt. Sie stellt die Frage 

„Was geschieht, wenn … wir weitermachen 

wie bisher, Ressourcen ausbeuten, 

Schulden anhäufen?“, und gibt eine 

Antwort: „IF“ steht für „Intergenerational 

Fairness“. Das KIT, mit dem KIT-Zentrum 

Energie eine der größten Energieforschungseinrichtungen 

in Europa, erwies 

sich als idealer Gastgeber für die Konferenz 

zum Thema Energie. Mitveranstalter 

war das europäische Energiekonsortium 

KIC InnoEnergy. 

KIT-Präsident Professor Eberhard Umbach 

nannte wesentliche Aufgaben, vor denen 

Forschung und Entwicklung für ein nachhaltiges 

Energiesystem stehen: kostengünstigere 

und damit wettbewerbsfähige 

Technologien für erneuerbare Energien; 

effiziente und flexible Lösungen zur 

Speicherung und Verteilung; Integration 

in intelligente Netze. Gefragt seien 

die Kompetenzen von Ingenieur- und 

Naturwissenschaftlern, Informatikern, 

aber auch Wirtschafts- und Sozialwissenschaftlern. 

Als Leiter der Konferenz 

fungierte der Wissenschaftliche Sprecher 

des KIT-Zentrums Energie, Professor 

Hans-Jörg Bauer. Die Eröffnungsrede hielt 

Ministerialdirigent Martin Eggstein vom 

baden-württembergischen Ministerium 

für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft. 

MEP Professorin Maria da Graça 

Carvalho sagte in einer Videobotschaft 

aus dem Europäischen Parlament, die 

EU müsse die Ausgaben für Forschung 

und Entwicklung steigern, besonders im 

Energiebereich. 

What-IF-Präsident Professor Matteo 

Bonifacio erörterte in seiner Rede (vertretungsweise 

vorgetragen von What-IF- 

Mitbegründerin Milena Stoycheva) die 

Herausforderungen der Zukunft vor dem 

Hintergrund steigender Lebenserwartung 

und zunehmender Verstädterung aus der 

Perspektive intergenerationeller Fair- 

Weitergabe der „What-IF“-Fackel: What-IF-Mitbegründerin Milena Stoycheva, der 

Wissenschaftliche Sprecher des KIT-Zentrums Energie, Professor Hans-Jörg Bauer, und 

KIT-Präsident Professor Eberhard Umbach (von links). Das Dokument symbolisiert die 

internationale Dimension von What-IF und das Engagement der Veranstalter. 

ness. Das Spannungsverhältnis zwischen 

Generationengerechtigkeit und globaler 

Gerechtigkeit sprach TOTAL-Forschungschef 

Jean-François Minster an: Über 

Gerechtigkeit zwischen den Generationen 

zu sprechen, bedeute auch, an die gegenwärtig 

Ärmsten in der Welt zu denken. 

Unternehmerisches Lernen im Austausch 

zwischen den Generationen behandelte 

Professorin Lesley Hetherington von der 

University of Aberdeen. 

Welche Optionen stehen für die Energieversorgung 

im 21. Jahrhundert offen? 

Um diese und weitere Fragen ging 

es bei einer Podiumsdiskussion unter 

Leitung von Dr. Karl-Friedrich Ziegahn, 

Chief Science Officer (CSO-5) des KIT 

und Vorsitzender des Aufsichtsrats von 

KIC InnoEnergy. Der KIT-Vizepräsident 

für Forschung und Entwicklung, Dr. 

Peter Fritz, plädierte dafür, in Forschung 

und Entwicklung alle Energieträger zu 

betrachten, die komplette Kette der Nutzung 

einzubeziehen und den gesamten 

Aufwand an Ressourcen zu berücksichtigen. 

Die Notwendigkeit einer integrierten 

Forschung, die den Energienutzer 

einbezieht, betonte der Leiter des Instituts 

für Technikfolgenabschätzung und 

Systemanalyse (ITAS) des KIT, Professor 

Armin Grunwald. Jean-Claude Perraudin 

von der französischen Energiebehörde 

CEA erläuterte die französische Position 

zu Kernenergie und nuklearer Entsorgung. 

Die damit verbundenen Aufgaben 

erstreckten sich über viele Generationen. 

Was die Bedeutung von Generationengerechtigkeit 

in verschiedenen Kulturen 

betrifft, wies die Direktorin des ZAK | Zentrum 

für Angewandte Kulturwissenschaft 

und Studium Generale des KIT, Professorin 

Caroline Robertson-von Trotha, auf 

den gegenwärtigen raschen Wandel von 

Institutionen hin, der ein Nebeneinander 

verschiedener Strukturen bedinge. What- 

IF-Mitbegründerin Milena Stoycheva 

plädierte für eine längerfristige Sichtweise 

in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. 

Die Konferenz am KIT zeigte, dass es 

innovativer Lösungen bedarf, die heute 

tragfähig und morgen ausbaufähig sind. 

Das KIT-Zentrum Energie und das europäische 

Konsortium KIC InnoEnergy erarbeiten 

solche Lösungen für das gegenwärtige 

und zukünftige Energiesystem. 





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Sibylle Orgeldinger


Einblick gewinnen, Fragen stellen, Vorschläge einbringen: 

Bürgerwerkstatt am KIT 

Die Bundesregierung hat den Ausstieg 

aus der Kernenergie und die verstärkte 

Nutzung erneuerbarer Energien beschlossen. 

Daraus ergeben sich viele Fragen, die 

jeden Einzelnen betreffen: Wie verwirklichen 

wir den Umbau des Energiesystems? 

Welche Veränderungen kommen 

auf uns zu? Welche Einschränkungen 

sind wir bereit mitzutragen, damit der 

Umbau gelingt? Welche Voraussetzungen 

müssen erfüllt sein, damit die erforderlichen 

Technologien auch von den vor Ort 

Betroffenen unterstützt werden? Welchen 

Themen soll sich die Energieforschung 

heute und morgen verstärkt widmen? 

Um „Energietechnologien für die Zukunft“ 

ging es bei einer Bürgerwerkstatt, 

die das KIT Ende Juli 2011 zusammen mit 

dem Bundesministerium für Bildung und 

Forschung (BMBF) in Karlsruhe ausrichtete. 

Interessierte Bürgerinnen und Bürger 

diskutierten mit Experten des KIT und 

anderer Einrichtungen über Themen rund 

um die Energieversorgung der Zukunft. 

Die Themen reichten von erneuerbaren 

Energien bis zu neuen Möglichkeiten 

der Energiespeicherung, vom Konzept 

variabler Stromtarife über den Ausbau 

der Wasserkraft am Rhein bis hin zu der 

Frage, wie sich energetische Sanierungen 

und Denkmalschutz miteinander vereinbaren 

lassen. 

Dr. Dirk Vogeley, Geschäftsführer der Karlsruher Energie- und 

Klimaschutzagentur (KEK). 

Die Bürgerwerkstatt begann mit der Begrüßung 

durch den Chief Science Officer 

5 des KIT und Leiter der Umwelt- und 

Energieprogramme, Dr. Karl-Friedrich Ziegahn, 

und drei Impulsreferaten von den 

Experten Dr. Ziegahn, Dr. Dirk Vogeley, 

Geschäftsführer der Karlsruher Energie- 

und Klimaschutzagentur (KEK), und 

Nico Storz, Geschäftsführer des fesa e.V. 

Daran schlossen sich eine Diskussion und 

die Arbeit in Gruppen an. Jeder Gruppe 

stand ein Experte als Gesprächspartner 

zur Verfügung. Bürgerinnen und Bürger 

hatten Gelegenheit, ihre Fragen zu 

stellen, ihre Erwartungen und Bedenken 

vorzubringen. Zum Abschluss formulierten 

die Teilnehmer eigene Empfehlungen 

zum Umbau der Energieversorgung und 

zur Vermeidung von Zielkonflikten. 

Ihr Vorschläge fließen ein in den vom 

BMBF initiierten Bürgerdialog „Energietechnologien 

für die Zukunft“. Unter 

dem Motto „Einblick gewinnen. Mitreden“ 

hat das BMBF ein Forum für den 

offenen, transparenten Austausch der 

Bürgerschaft mit Wissenschaft, Wirtschaft 

und Politik geschaffen. Der Bürgerdialog 

knüpft an die Empfehlungen der Ethikkommission 

„Sichere Energieversorgung“ 

und den politischen Entscheidungsprozess 

der Bundesregierung an. Er ist auf 

insgesamt vier Jahre angelegt und wird 

im Internet sowie in regionalen Veranstaltungen 

überall in Deutschland geführt. 

Abschließend werden die Ergebnisse in 

einem Bürgerreport festgehalten, der an 

Verantwortliche aus Politik, Wissenschaft, 

Wirtschaft und Gesellschaft übergeben 

wird. Das KIT und das KIT-Zentrum 

Energie unterstützen das Anliegen des 

BMBF und bieten immer wieder Plattformen 

– Diskussionen, Ausstellungen, 

Tage der offenen Tür – an, die Einblicke 

in die Arbeit von Wissenschaftlerinnen 

und Wissenschaftlern vermitteln und 

den wechselseitigen Austausch zwischen 

Forschung und Gesellschaft fördern. 





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Dr. Karl-Friedrich Ziegahn, Chief Science Officer 5 des KIT. 

Wolfgang Breh 

9


Dampf für grüne Kohle 

Aus Stroh, Holzresten oder Obstschalen wird in kurzer Zeit ein braunkohleähnliches 

Produkt – möglich macht es das am KIT-Zentrum Energie 

entwickelte „Biomass Steam Processing“ (BSP). In einer Pilotanlage optimieren 

Forscher am Engler-Bunte-Institut, Bereich Verbrennungstechnik, 

die Dampfkonditionierung von Biomasse. 

Angesichts der knapper werdenden 

fossilen Ressourcen und des fortschreitenden 

Klimawandels steigt das Interesse an 

Energieträgern aus Biomasse. Der Einsatz 

von kohlehydratbasierten biogenen Reststoffen, 

wie Stroh, Holzreste, Grasschnitt, 

Obstschalen oder Klärschlamm, vermeidet 

die Konkurrenz zur Nahrungsmittelherstellung. 

Biomasse weist häufig einen 

hohen Feuchtegehalt sowie einen hohen 

Anteil an chemisch gebundenem Wasser 

auf. Daraus resultiert ein niedriger massebezogener 

Energiegehalt. 

Um die Energiedichte von Biomasse zu 

erhöhen, sind verschiedene Verfahren 

verfügbar. Abhängig von Parametern wie 

Temperatur, Druck, Verweil- oder Reaktionszeit 

und Biomasseanteil lassen sich 

dabei feste, flüssige oder gasförmige kohlenstoffhaltige 

Stoffe gewinnen. Generell 

gilt: Mit steigender Schärfe der Reaktionsbedingungen, 

vor allem Temperatur 

und Reaktionszeit, nimmt die Tendenz zur 

Gasbildung zu, und es entstehen kleinere 

organische Moleküle. 

Kohlenstoff stellt einen vielfältig einsetzbaren 

effektiven Energiespeicher 

dar. Verfahren zur Konditionierung von 

Biomasse, die auf Kohlenstoff als Feststoff 

abzielen, treffen auf wachsendes Interesse. 

Bei der sogenannten Karbonisierung 

wird der Kohlenstoffanteil der Einsatzbiomasse 

durch thermische Behandlung 

in Inertgasatmosphäre (Pyrolyse) oder 

mit Hilfsstoffen wie heißem, flüssigem 

Druckwasser (hydrothermale Karbonisierung; 

Hydrothermal Carbonisation – HTC) 

gewonnen. 

Sowohl Pyrolyse als auch HTC erfordern 

lange Reaktionszeiten, um hohe Kohlenstoffanteile 

zu erreichen. So wird bei der 

Pyrolyse die Biomasse für viele Stunden 

bis Tage auf rund 450 °C gehalten. 

Bei der HTC sind mit etwa acht bis 24 

Stunden bei 180 bis 240 °C die Reaktionszeiten 

etwas kürzer und die Temperaturen 

niedriger; der verfahrenstechnische 

Aufwand ist allerdings durch das flüssige, 

heterogene Reaktionsmedium und den 

anzuwendenden Druck erheblich höher. 

Zudem wirkt das Reaktionsmedium durch 

Chlorsalze der Biomasse und organische 

Säuren, die im Prozess gebildet werden, 

äußerst korrosiv, was hohe Anforderungen 

an das Material der Reaktoren stellt. 

Vorteilhaft bei der HTC ist die Möglichkeit, 

feuchte Biomasse einzusetzen. Dabei 

lassen sich äußerst variable Strukturen 

erreichen (vergleiche EnergyNews 1/2011, 

S. 12–13). 

Um die verfahrenstechnischen Nachteile 

der HTC und der Pyrolyse zu umgehen, 

untersucht eine Gruppe von Forschern 

am Engler-Bunte-Institut, Bereich Verbrennungstechnik, 

des KIT im Projekt „Green 

Coal“ eine alternative Methode – die 

atmosphärische Dampfkonditionierung. 

Beim „Biomass Steam Processing“ (BSP) 

wird der Einsatzstoff unter Atmosphärendruck 

mit Wasserdampf bei Temperaturen 

zwischen 250 °C und 400 °C für Minuten 

bis wenige Stunden behandelt. Dabei 

entsteht mit wesentlich geringerem verfahrenstechnischen 

Aufwand als bei der 

HTC und bei viel kürzeren Reaktionszeiten 

als bei der Pyrolyse braunkohleähnliche 

Biokohle. Auch sind die BSP-Reaktionsbedingungen 

besser beherrschbar, und die 

Biokohlen-Elementarzusammensetzung 

ist variabel. Die Projektgruppe erforscht 

das BSP mit Modellbiomassen und realen 

Biomassen wie Stroh, Holz, Gras und 

Orangenschalen theoretisch und experimentell. 

Als Messtechniken setzen die 

Wissenschaftler unter anderem mehrere 

Laborreaktoren vom Gramm- bis zum 

Kilogramm-Maßstab ein. Mechanistische 

Erkenntnisse gewinnen sie beispielsweise 

anhand von Thermogravimetrie, Spektroskopie, 

Gasanalyse, Flüssigkeitsanalyse, 

Elementaranalyse, Heizwertbestimmung 

und Elektronenmikroskopie. 

Der Heizwert von unbehandeltem Stroh 

oder Holz liegt bei circa 12 bzw. 18 MJ/ 

kg; typische Heizwerte von Braunkohlen 

liegen bei circa 28 bis 30 MJ/kg. Die KIT- 

Forscher gewinnen durch BSP bei rund 

350 °C und einer Reaktionszeit von nur 

75 Minuten braunkohleähnliche Biokohlen, 

wobei typischerweise 40 bis 60 

Prozent des Kohlenstoffs im Festkörper zu 

finden sind. Zwar weisen diese Biokohlen 

mit 21 bis 26 MJ/kg etwas niedrigere 

Heizwerte als typische HTC-Produkte (25 

bis 28 MJ/kg) auf. Dafür aber sind die 

Verfahrensparameter bedeutend günstiger. 

Auch lassen sich gewisse Strukturparameter 

und Reaktionsmechanismen 

besser einstellen. 

Ein wichtiger Aspekt ist die Energiebilanz, 

die das Aufheizen sowie das Verdamp- 

Licht- und elektronenmikroskopische Aufnahmen von unbehandeltem Stroh (jeweils links) und dem BSP-Produkt bei 325 °C für 

1,9 Stunden (jeweils rechts).

A 

C 

Fließschema der BSP Pilotanlage: 

Die gestrichelten Linien rahmen beheizte Zonen ein. 

fen oder Abkühlen der Biomasse, der 

anhaftenden Feuchte, der Asche und der 

gasförmigen und fl üssigen Reaktionsprodukte 

umfasst. Bei einem typischen 

BSP-Experiment mit Holzpellets bei einer 

Einsatzmasse von 100 g, einer Reaktionszeit 

von 1,9 Stunden und einer Temperatur 

von 300 °C fi nden sich beispielsweise 

etwa 69 Prozent der eingesetzten 

chemischen Energie in der Biokohle. Ein 

weiterer Teil fi ndet sich in der kondensierten 

Phase. Zusätzlich sind etwa drei 

Prozent der eingebrachten chemischen 

Energie zum Aufheizen von Biomasse und 

Feuchtigkeit auf Reaktionstemperatur 

aufzubringen, wobei die Bereitstellung 

des frischen Dampfes ausgeklammert ist. 

Das aus den Kohlehydraten eliminierte 

Wasser und kleinere organische Fragmente, 

beispielsweise Hydroxymethylfurfural, 

Energiebilanz des BSP für 100 g Holzpellets bei 300 °C und einer Verweilzeit von 1,9 

Stunden, angegebene Energiemengen in kJ. (Die Daten der fl üssigen Produkte sind 

durch Hydroxymethylfurfural angenähert.) 


wirken sich dagegen dank ihrer sensiblen 

Wärme und der Kondensationswärme 

positiv auf die Energiebilanz aus. 

Die KIT-Forscher untersuchen die technische 

Umsetzung von BSP in einer Pilotanlage 

mit einem Umsatz von rund 20 kg 

Biomasse pro Stunde. Derzeit arbeiten sie 

daran, den Durchsatz zu erhöhen und die 

Ausbeute durch Rückführung des bei höherer 

Temperatur kondensierenden Bioöls 

und der kohlenstoffhaltigen Dampfphase 

weiter zu steigern. Die Methode lässt 

sich dank ihrer Einfachheit problemlos in 

mobilen Anlagen einsetzen, sodass Bioabfälle 

unmittelbar dort, wo sie anfallen, 

kostengünstig und energetisch sinnvoll 

zu Kohle verarbeitet werden können. Das 

Verfahren ist zum Patent angemeldet. 

Gefördert wird das Projekt mit Mitteln der 

EnBW Energie Baden-Württemberg AG. 

Dirk Reichert 

Henning Bockhorn 


Professor Dr. Henning Bockhorn 

Engler-Bunte-Institut 

Bereich Verbrennungstechnik (EBI-VBT) 

Telefon +49 721 608-42571 

E-Mail henning.bockhorn@kit.edu 

11


Energiewende mit Erdwärme 

Die Geothermie besitzt großes Potenzial für eine nachhaltige Energieversorgung. 

Am KIT bündeln sich Kompetenzen, welche die komplette 

Prozesskette einer sicheren, generationengerechten und umweltverträglichen 

Nutzung der Erdwärme abdecken. 

Um die Energiewende zu verwirklichen, 

gilt es, sämtliche Potenziale zu nutzen. 

Die Geothermie kann bei der nachhaltigen 

Versorgung mit Strom und Wärme 

eine zentrale Rolle spielen: Sie ist grundlastfähig, 

das heißt, es bedarf keiner 

Ersatzkraftwerke und keiner großen 

Stromspeicher, um Zeiten ohne genügend 

Sonne und Wind auszugleichen. 

Geothermie ist vor Ort verfügbar; ihre 

Nutzung benötigt nur wenig Platz an der 

Oberfläche, sodass eine Nutzungskonkurrenz 

weitgehend ausgeschlossen ist. 

Die Erschließung der heimischen Energiequelle 

Geothermie macht von Importen 

unabhängig, spart fossile Ressourcen ein 

und vermeidet Treibhausgasemissionen. 

Bereits heute ist die oberflächennahe 

Geothermie bis etwa 150 Meter Tiefe 

zum Heizen und Kühlen von Gebäuden 

weit verbreitet. Bei der tiefen Geothermie, 

welche die höheren Temperaturen 

in tieferen Erdschichten nutzt, handelt 

es sich hingegen um eine relativ junge 

Technologie. Angesichts der technischen 

Herausforderungen bedarf es einer systematischen 

Forschung und Förderung. 

Die Forschung am KIT setzt, unterstützt 

von großen Industriepartnern, Akzente 

für eine nachhaltige, das heißt sowohl 

generationengerechte als auch umweltverträgliche 

Nutzung der tiefen Geothermie. 

Zahlreiche Institute des KIT sind 

mit der Thematik befasst. Am Institut für 

Angewandte Geowissenschaften (AGW), 

Rütteltisch: Dieses Experiment veranschaulicht Sandverflüssigung, Entkopplung und die 

Resonanz von Bauteilen. (Exponat des Landesforschungszentrums Geothermie) 

besonders an dem von der EnBW AG geförderten 

Lehrstuhl für Geothermie und 

dem von der Herrenknecht AG gestifteten 

Lehrstuhl für Technische Petrophysik 

sowie in der Abteilung Hydrogeologie, 

decken die Arbeiten das gesamte Spektrum 

von der Grundlagenforschung bis hin 

zu großmaßstäblichen Experimenten ab. 

Die Abteilungen Geothermie und Technische 

Petrophysik des AGW bauen zudem 

gemeinsam das Landesforschungszentrum 

Geothermie (LFZG) für Baden-Württemberg 

mit Sitz am KIT auf. Als fachlich 

unabhängige Einrichtung vom Land 

eingesetzt, fördert das LFZG fächerübergreifend 

die Forschung, Lehre, Ausbildung 

und Technologieentwicklung rund 

um die Erdwärme. Baden-Württemberg 

bietet besonders günstige geologische 

Bedingungen für die tiefe Geothermie. So 

liegt im Oberrheingraben die Temperatur 

schon in einer relativ geringen Tiefe von 

3 000 Metern bei etwa 160 Grad Celsius. 

Das LFZG koordiniert die Forschungsaktivitäten 

im Land, stellt Informationen 

für die breite Öffentlichkeit bereit, berät 

Bürger, Behörden, Politik und Wirtschaft 

auf der Grundlage der aktuellen wissenschaftlichen 

Erkenntnisse. 

In der obersten Erdschicht – der Erdkruste 

– steigt die Temperatur um etwa 30 Grad 

Celsius pro Kilometer Tiefe. Allein die in 

den obersten 3 000 Metern gespeicherte 

Wärme entspricht dem 20 000-Fachen 

des gegenwärtigen weltweiten Energiebedarfs. 

Dank ihres hohen Nutzungsgrads 

trägt die Geothermie vergleichsweise 

kostengünstig dazu bei, das Netz zu 

entlasten: Das Verhältnis der erzeugten 

Leistung zur installierten Leistung liegt 

weltweit bei über 70 Prozent. Durch gezielte 

Auswahl der Standorte und durch 

optimierte Bohr- und Kraftwerkstechnik 

kann die Erdwärme zu einem wichtigen 

Bestandteil im Energiemix der Zukunft 

werden. Um das enorme Potenzial der 

Geothermie zu erschließen, bedarf es 

einer konsequenten Förderung und einer 

systematischen Weiterentwicklung der 

Technologien durch Forschungseinrichtungen 

und Industrieunternehmen. 

Das KIT bietet als Verbindung von Universität 

und Großforschungseinrichtung 

ideale Voraussetzungen, um die gesamte

Prozesskette von der Untersuchung des 

Untergrunds bis zur Kraftwerkstechnologie 

abzudecken. Im Zentrum stehen 

unter anderem hydraulische Fragen: Es 

geht darum, die Wärme im Untergrund 

möglichst effizient zu nutzen, die Fließbewegungen 

des Wassers – entweder 

durch den Porenraum des Gesteins oder 

durch von Natur aus vorhandene Risse 

im Untergrund – zu optimieren und den 

Fließwiderstand möglichst gering zu hal- 

ten. Eine zentrale Bedeutung besitzt auch 

die Sicherheit von Geothermieanlagen. 

Die Karlsruher Forscher arbeiten an objektivierten 

Methoden, um Risiken – etwa 

durch induzierte Seismizität – zu erfassen 

und einzugrenzen. 

Experimente im Maßstab 1:1 dienen 

dazu, Wechselwirkungen zwischen 

Anlagen und Umwelt zu untersuchen. 

Dazu verfügen die Wissenschaftler am 

Formen der Erdwärmenutzung: Erdwärmesonden ziehen die Wärme mithilfe einer Wärmeträgerflüssigkeit 

aus dem Boden. Die hydrothermale Geothermie greift auf natürlich 

vorhandenes Thermalwasser zurück; die petrothermale Geothermie nutzt die natürliche 

Wärme heißen Gesteins, das unter hohem Druck eingepresstes Wasser erhitzt. 

Permeabilitätsexperiment: Eine Luftpumpe pumpt Luft durch Gesteinsproben, die sich in 

dichten Kartuschen befinden. Am Ausgang jeder Kartusche ist ein Luftballon befestigt, 

der je nach Permeabilität des Gesteins mehr oder weniger aufgeblasen wird. (Exponat 

des Landesforschungszentrums Geothermie) 


KIT unter anderem über einen Bohrlochsimulator. 

In einem stillgelegten Bergwerk 

im Schwarzwald entsteht das „GeoLaB“, 

ein Geothermielabor, in dem Forscher 

Stimulationsprozesse direkt untersuchen 

und sichtbar machen. Das KIT ist auch 

Koordinator des von der EnBW AG und 

dem Bundesumweltministerium geförderten 

Verbundprojekts LOGRO (Langzeitbetrieb 

und Optimierung eines Geothermiekraftwerks 

in einem geklüftet-porösen 

Reservoir im Oberrheingraben): Im 

Umfeld des Geothermiekraftwerks Bruchsal 

untersuchen Wissenschaftler gezielt 

die Wechselwirkungen zwischen einem 

komplexen Georeservoir des Buntsandsteins 

und einem Kraftwerk im Langzeitbetrieb. 

Das aus einer Tiefe von rund 

2 500 Metern geförderte, ca. 120 Grad 

Celsius heiße Thermalwasser aus einem 

geklüftet-porösen salinaren Grundwasserleiter 

wird dabei in einem geschlossenen 

Doublettensystem nach dem Wärmetauscher 

eines angeschlossenen Kraftwerks 

in einer Tiefe von rund 1 800 Metern 

wieder in dieselbe Gesteinsformation injiziert. 

Die Forscher untersuchen besonders 

das Zusammenspiel von Kraftwerk und 

Thermalwasserkreislauf und die Langzeitstabilität 

des Thermalwasserkreislaufs 

nach hydraulischen, hydrochemischen 

und thermischen Kriterien. 

Besonderen Wert legt das KIT schließlich 

auf Ausbildung und Schulung – über Studiengänge 

am KIT, an der Hector School 

of Engineering and Management sowie 

innerhalb des europäischen Konsortiums 

KIC InnoEnergy, aber auch über Workshops 

für Vertreter von Genehmigungsbehörden 

und Wirtschaftsunternehmen und 

Informationsveranstaltungen für die breite 

Öffentlichkeit. Intensiv genutzt wird auch 

das Beratungsangebot für Behörden. 


Professor Dr. Frank Schilling 

Professor Dr. Thomas Kohl 

Institut für Angewandte 

Geowissenschaften (AGW) 

Telefon +49 721 608-44731 

(Schilling – Abteilung Petrophysik) 

Telefon +49 721 608-45222 

(Kohl – Abteilung Geothermie) 

E-Mail frank.schilling@kit.edu, 

thomas.kohl@kit.edu 

Frank Schilling 

Thomas Kohl 

13


stabiles stromnetz mit erneuerbaren Energien 

Der Ausbau regenerativer Energien erfordert neuartige Konzepte, um 

das Stromnetz stabil zu halten. Forscher des KIT arbeiten an einem innovativen 

modellbasierten Regelungskonzept, mit dem sich der genaue 

Zustand des Netzes erfassen und im Störfall sofort stabilisieren lässt. 

Die Stabilität des heutigen elektrischen 

Energiesystems basiert auf einem Gleichgewicht 

zwischen der verbrauchten und 

der von Kraftwerken erzeugten elektrischen 

Energie. Dabei sind die Übertragungsnetzbetreiber 

in Deutschland 

verpflichtet, mithilfe von Regelleistung 

genügend Reserven für Lastabweichungen 

vorzuhalten. Das künftige Stromversorgungssystem 

wird verstärkt auf 

fluktuierende erneuerbare Energien wie 

Sonne und Wind zurückgreifen. Diese begünstigen 

Instabilitäten im Stromnetz, die 

sich beispielsweise in Frequenzschwankungen 

äußern können. Damit steigen 

die Anforderungen an Stabilitätshaltung 

und Netzführung deutlich. Der Bedarf 

an schnell regelbaren Kraftwerken sowie 

an neuartigen Konzepten zur Stabilitätshaltung 

nimmt zu. Durch geeignete 

Netzregelungsverfahren müssen die heutigen 

Kraftwerksstrukturen an die neuen 

Gegebenheiten angepasst werden. 

„Das elektrische Energiesystem mit seinen 

Verbrauchern und Erzeugern muss deut- 

lich flexibler werden, um der schwankenden 

regenerativen Erzeugung folgen 

zu können“, erklärt Professor Thomas 

Leibfried, Leiter des Instituts für Elektroenergiesysteme 

und Hochspannungstechnik 

(IEH) des KIT. Am IEH untersuchen 

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, 

wie genau sich diese Herausforderung 

meistern lässt. Dabei berücksichtigen 

sie die technischen Restriktionen des 

Energiesystems, von Kraftwerken und von 

steuerbaren Verbrauchern, ebenso wie die 

Möglichkeiten der Elektromobilität – Elektrofahrzeuge 

besitzen erhebliches Potenzial 

als dezentrale Speichereinheiten für die 

fluktuierend eingespeisten Energien. 

Im bestehenden europäischen Energienetz 

greifen die Regeleinrichtungen 

lediglich auf lokale Messwerte zurück. Die 

Algorithmen für die Kraftwerksregelung 

basieren somit nicht auf der Kenntnis 

des Netzzustands, sondern lediglich auf 

Spannungs- und Frequenzmessungen am 

Kraftwerk. Das System ist darauf ausgelegt, 

dass eine geringe Zahl von Kraft- 

Schema des am KIT-Zentrum Energie entwickelten modellbasierten Regelungskonzepts. 

werken den benötigten Strom produziert. 

Dadurch fließt im Regelfall die Energie 

von der Hochspannungsebene zur Mittel- 

und Niederspannungsebene. Das System 

bleibt überschaubar; die Stromversorgung 

lässt sich gut planen. 

Mit der Einspeisung von regenerativen 

Energien jedoch werden Kraftwerke in 

das System integriert, die auf allen Netz- 

ebenen verteilt sind und abhängig von 

äußeren Gegebenheiten Strom produzieren. 

Daher bedarf es eines systemischen 

Wechsels in Planung und Regelung. Mit 

der Zunahme fluktuierender Stromerzeuger 

steigt auch der Bedarf an Verteilungsinfrastruktur, 

um die Energie zu den 

Lastzentren zu befördern. Das Volumen 

der Transporte von Offshore-Anlagen ins 

Landesinnere wächst ebenso wie das der 

Transporte über Landesgrenzen hinweg. 

Durch dezentrale Anlagen und größere 

Netze werden die Systeme immer 

komplexer und sind besonders im Störfall 

nicht mehr mit konventionellen Mitteln 

handhabbar. Vielmehr bedarf es innovativer 

Mess- und Kommunikationseinrichtungen, 

um die Stromversorgung 

sicherzustellen. Die Erweiterung des 

UCTE-Netzes, in dem zahlreiche europäische 

Länder zusammengeschlossen sind, 

hat gezeigt, dass die Eigendämpfung 

des so entstehenden Verbundnetzes 

abnimmt. Damit wächst die Neigung zu 

einem aufschwingenden Verhalten, das 

einen Ausfall von großen Netzabschnitten 

nach sich ziehen kann. 

Am IEH des KIT gehen Forscher die 

Problematik analytisch an: Sie arbeiten an 

einem innovativen modellbasierten Regelungskonzept, 

das sich der Systemtheorie 

bedient. Dazu stellen sie ein Differenzialgleichungssystem 

auf, das Dynamik 

und Verkopplung des Gesamtsystems 

widerspiegelt. Der verstärkte Einsatz 

von Mess- und Kommunikationstechnik 

ermöglicht, jederzeit den genauen Zustand 

des Netzes zu erfassen und darüber 

hinaus das System im Störfall wieder in 

einen sicheren Zustand zu überführen. 

Mithilfe eines Modells entwerfen die Wissenschaftler 

einen Regelungsalgorithmus, 

der das Systemverhalten gezielt über die 

Stellgrößen beeinflusst. Die Kraftwerke 

werden als Stellgrößen aufgefasst, wo-

Konventionelles Regelsystem Modellprädiktiver Regler (MPC) 

Simulation einer Laständerung von 2 MW/1 MVar auf 8 MW/4 MVar: Beim konventionell 

geregelten System oszilliert der Spannungsverlauf deutlich länger als beim MPCgeregelten 

System. 

Konventionelles Regelsystem Modellprädiktiver Regler (MPC) 

Simulation eines Kurzschlusses: Mit der konventionellen Regelung kommt es zu einem 

gegenseitigen Aufschaukeln der Generatoren. Das MPC-geregelte System beherrscht 

den Kurzschluss. 

Stand 2010 Ausbau 2020 

Die linke Grafik zeigt den Anteil der Windkrafterzeugung am Bruttostromverbrauch in 

Deutschland für das Jahr 2010 (Datenbasis: ÜNB, entsoe). Rechts ist der durch Skalieren 

dieser Eingangsdaten für 2020 prognostizierte Anteil dargestellt – Windkraft wird dann 

rund 20 Prozent des Strombedarfs decken. 


durch das Betriebsverhalten kontrolliert 

wird; als Messgrößen dienen Spannungswerte 

des Netzes. 

Das nichtlineare Modell zweier Synchrongeneratoren, 

verknüpft über ein Mittelspannungsnetz, 

wird über eine Modellprädiktive 

Regelung (MPC) kontrolliert. 

Als Messwerte dienen alle Knotenspannungen 

des Netzes. Sie fungieren als Eingangswerte, 

um die Zustandsgrößen zu 

ermitteln. Mit den geschätzten Zustandsgrößen 

kann die MPC das nichtlineare 

System so beeinflussen, dass die vorgegebenen 

Sollgrößen eingestellt werden. 

Um den entwickelten Regelalgorithmus 

zu validieren, haben die KIT-Wissenschaftler 

ein Inselnetz mit zwei Generatoren 

und fünf Leitungen aufgebaut. Zur 

Prüfung der dynamischen Performance ist 

es erforderlich, das System einer großen 

Zustandsänderung zu unterziehen. Daher 

haben die Forscher die beiden in der 

Praxis relevantesten Ereignisse simuliert: 

einen dreiphasigen Kurzschluss sowie 

eine große Laständerung. Bei der Simulation 

berücksichtigen sie die in der Praxis 

auftretenden Stellgrößenbeschränkungen 

der Generatoren. 

Zuerst erprobten die Wissenschaftler eine 

schlagartige Laständerung von 2 MW/ 

1 MVar auf 8 MW/4 MVar. Als Zweites 

simulierten sie nach fünf Sekunden einen 

Kurzschluss von 200 ms. Ergebnis: Mit 

der konventionellen Regelung, die keine 

Kenntnis über das Gesamtsystem besitzt, 

sondern nur die lokale Klemmspannung 

regelt, kommt es zu einem gegenseitigen 

Aufschaukeln der Generatoren. Das 

per MPC geregelte System hingegen ist 

mit dem Modell und den Messwerten 

aller Klemmspannungen imstande, den 

Kurzschluss zu beherrschen. Das Modell 

berücksichtigt die Verkopplung der 

Generatoren über das Netz und kann 

damit Resonanzeffekte vorhersagen und 

vermeiden. 

Matthias Kahl 

Ulrich Reiner 


Ulrich Reiner 

Institut für Elektroenergiesysteme und 

Hochspannungstechnik (IEH) 

Telefon +49 721 608-43065 

E-Mail ulrich.reiner@kit.edu 

15


Offener dreiphasiger Begrenzer: Ein supraleitender Strombegrenzer 

wirkt ähnlich wie eine Sicherung, ist jedoch beliebig oft auslösbar und 

automatisch wieder einsatzbereit. 

supraleitende Komponenten für die Energienetze von morgen 

Energietechnische Anwendungen der Supraleitung, wie supraleitende 

Strombegrenzer und Kabel, können wesentlich zum erforderlichen 

Ausbau und Umbau der Energienetze beitragen und diese zuverlässiger, 

sicherer und effizienter machen. Am KIT-Zentrum Energie entwickeln 

Forscherinnen und Forscher solche neuartigen Netzkomponenten gemeinsam 

mit Industriepartnern. 

Das Rückgrat einer zuverlässigen, sicheren 

und effizienten Stromversorgung sind 

die elektrischen Netze, die sich von der 

Energieumwandlung über die Energieübertragung 

bis zur Energieverteilung 

erstrecken. Bereits heute ist abzusehen, 

dass auf diese Netze zahlreiche neue 

Herausforderungen zukommen – schrittweise 

Erneuerung und weiterer Ausbau 

sind daher unumgänglich. Gründe dafür 

sind unter anderem, dass die vorhandenen 

Netze zunehmend altern, dass immer 

mehr schwankende regenerative Energien 

wie Sonne und Wind eingespeist werden 

und dass das Verbraucherverhalten sich 

wandelt. So wird vermehrt elektrische 

Energie nachgefragt, beispielsweise für 

Elektrofahrzeuge. 

Supraleitende Komponenten können 

künftig einen wichtigen Beitrag zur an- 

stehenden Erneuerung elektrischer Netze 

leisten. Entdeckt wurde das Phänomen der 

Supraleitung bereits 1911 von dem niederländischen 

Physiker Heike Kammerlingh 

Onnes: Einige Materialien zeigen keinen 

elektrischen Widerstand mehr, wenn sie 

unter eine bestimmte Temperatur – die 

sogenannte Sprungtemperatur – abgekühlt 

werden. Aber erst seit Karl Müller 

und Georg Bednarz 1986 die Hochtemperatur-Supraleitung 

entdeckten, ist eine 

wirtschaftlich sinnvolle Anwendung in 

Energienetzen möglich: Da Hochtemperatur-Supraleiter 

(HTS) im Vergleich zu 

Tieftemperatur-Supraleitern eine deutlich 

höhere Sprungtemperatur aufweisen, 

erlauben sie die Kühlung mit preiswertem 

flüssigen Stickstoff bei 77 K (–196 °C). 

Die äußerst hohe Stromdichte von Supraleitern 

bei vernachlässigbarem Gleich- 

stromwiderstand gestattet es, bekannte 

Komponenten wie Kabel, Generatoren 

und Transformatoren wesentlich kompakter, 

leistungsstärker und verlustärmer 

auszulegen. Neuartige Netzkomponenten 

wie der supraleitende Strombegrenzer 

und supraleitende magnetische Energiespeicher 

werden durch Supraleitung überhaupt 

erst möglich. 

Ein supraleitender Strombegrenzer wirkt 

ähnlich wie eine Sicherung, welche die 

Höhe des Kurzschlussstroms signifikant 

begrenzt und dadurch die Netze sicherer 

und zuverlässiger macht. Im Unterschied 

zu herkömmlichen Sicherungen sind 

supraleitende Strombegrenzer jedoch 

beliebig oft ohne einen Ersatz auslösbar 

und automatisch wieder einsatzbereit. 

All diese Eigenschaften zusammen lassen 

sich bis jetzt nicht mit anderen Mitteln 

erreichen, was die hohe Attraktivität der 

Supraleitung und die zahlreichen Entwicklungen 

auf diesem Gebiet erklärt. 

Am KIT entwickeln Forscherinnen und 

Forscher des Instituts für Technische 

Physik (ITEP) in enger Kooperation mit 

Industriepartnern neuartige supraleitende 

Netzkomponenten und haben 

dabei einige weltweit beachtete Erfolge

erzielt. Bereits 2004 begann im Rahmen 

eines Verbundprojekts der weltweit erste 

Netzbetrieb eines resistiven supraleitenden 

Strombegrenzers und lief mit großem 

Erfolg. Im Oktober 2011 erreichten die 

Entwickler einen weiteren Meilenstein: 

Der weltweit erste Netzbetrieb eines 

resistiven Strombegrenzers basierend auf 

den Hochtemperatur-Supraleitern der 

2. Generation im Eigenbedarfsnetz eines 

Kraftwerkes begann. 

Vor Kurzem startete ein neues Verbundprojekt 

mit dem Ziel, bis 2013 erstmals in 

Deutschland ein supraleitendes Kabel in 

der Innenstadt einer Großstadt zu verlegen 

und im realen Netzbetrieb ausgiebig 

zu testen. Das Kabel hat eine Leistung 

von 40 MVA bei einer Spannung von 

10 kV und wird mit einer Länge von 

einem Kilometer die längste realisierte 

supraleitende Kabelstrecke sein. In Kombination 

mit dem Kabel wird ein supraleitender 

Strombegrenzer installiert. 

Ein 10 kV, 800 A resistiver Strombegrenzer-Einsatz 

von der Firma Nexans 

SuperConductors. 

Die Forscherinnen und Forscher des ITEP 

arbeiten unter anderem daran, die supraleitende, 

strombegrenzende Komponente 

eines Strombegrenzers zu entwickeln. 

Auch klären sie wichtige Fragen der 

zuverlässigen elektrischen Isolation bei 

tiefen Temperaturen oder der Alterung 

der Komponenten durch Kurzschlüsse 

oder durch andere in der Praxis auftre- 

Supraleitender strombegrenzender Transformatordemonstrator mit 60 kVA: Er funktionierte 

als Erster mit vollständiger Rückkühlung unter Nennstrom. 



tende Belastungen. Bei der Entwicklung 

von supraleitenden Kabeln geht es vor 

allem um die Untersuchung verlustarmer, 

hochstromtauglicher Leiterkonzepte. 

Die mit dem Industriepartner entwickelten 

Leiterkonzepte lassen sich dabei in 

aufwendigen Finite-Elemente-Methode- 

Berechnungen simulieren. In einem noch 

aufzubauenden Teststand werden sie 

künftig vor allem praxisrelevanten Prüfungen 

unterzogen werden. 

Insgesamt versteht sich das Institut für 

Technische Physik des KIT als nationales 

und internationales Kompetenzzentrum 

für technische Anwendungen der Supraleitung. 

Ausgehend von der Entwicklung 

großer supraleitender Magnete für die 

Fusion, begann das Institut bereits vor 

mehr als zehn Jahren, neuartige supraleitende 

Netzkomponenten zu entwickeln. 

Dank der Verbindung von Supraleitermaterialkenntnissen, 

Kryotechnikexpertise 

und Kenntnissen über Netzkomponenten 

sowie dank der teilweise einzigartigen 

Versuchsstände und des umfassenden 

Know-hows von Mitarbeitern besitzt 

das ITEP eine Alleinstellung auf diesem 

Forschungsgebiet. 

Weltweit gab es in den vergangenen 

Jahren eine Vielzahl von Prototypen, besonders 

für supraleitende Strombegrenzer 

und Energiespeicher, die erfolgreich entwickelt 

und anschließend im Netz erprobt 

wurden. Bei Strombegrenzern hat der Industriepartner 

des ITEP bereits erste kommerzielle 

Anwendungen realisiert. 100 

Jahre nach der Entdeckung der Supraleitung 

stehen damit erstmals energietechnische 

Anwendungen wie supraleitende 

Strombegrenzer und supraleitende Kabel 

an der Schwelle zur Kommerzialisierung. 

Diese Komponenten können Energienetze 

künftig deutlich zuverlässiger, sicherer und 

effizienter machen. 

Mathias Noe 

Wilfried Goldacker 

Professor Dr. Mathias Noe 

Dr. Wilfried Goldacker 

Institut für Technische Physik (ITEP) 

Telefon +49 721 608-23500 (Noe) 

Telefon +49 721 608-24179 (Goldacker) 

E-Mail mathias.noe@kit.edu 

E-Mail wilfried.goldacker@kit.edu 

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weiße Zertifikate für Energieeffizienz 

Was tun unsere europäischen Nachbarn, um Energie einzusparen? 

Frankreich nutzt sogenannte Weiße Zertifikate, um Marktakteure zu 

verpflichten, Maßnahmen für mehr Energieeffizienz zu ergreifen. Was 

dieses umweltpolitische Instrument bewirkt, haben Forscher des KIT- 

Zentrums Energie untersucht. 

Akteure auf dem Energiemarkt, vor 

allem Versorger, werden verpflichtet, 

in festgelegten Zeiträumen bestimmte 

Mengen Energie in allen Endverbrauchersektoren 

einzusparen. Für das Erreichen 

der Ziele erhalten sie Energieeffizienzzertifikate, 

die sie auch an andere Akteure 

verkaufen können. Hat ein verpflichteter 

Marktteilnehmer nicht genug Zertifikate 

gesammelt, droht ihm eine Strafgebühr. 

So funktioniert das System der Weißen 

Zertifikate. Als umweltpolitisches Instrument 

sollen diese Zertifikate bestehende 

Gesetze und laufende Maßnahmen nicht 

ersetzen, sondern vielmehr ergänzen. 

Sie zielen darauf, aktuelle oder neu 

formulierte Energieeffizienzziele kostengünstig 

zu erreichen. Großbritannien, 

die belgische Region Flandern und Italien 

führten vergleichbare Instrumente 2002, 

2003 und 2005 ein; Frankreich folgte 

2006. Welche Erfahrungen Frankreich 

bis jetzt gesammelt hat, zeigen Sylvain 

Cail, Dr. Russell McKenna und Professor 

Wolf Fichtner vom Deutsch-Französischen 

Institut für Umweltforschung (DFIU) des 

KIT in ihrer Untersuchung „Environmental 

instruments to increase energy efficien- 

Foto: piu700/pixelio.de 

cy – experience with white certificates in 

France“ (In: Energieeffizienz – Tagungsband 

des VDI-Expertenforums „Energieeffizienz 

in den Städten und der Industrie 

von morgen“; KIT Scientific Publishing; 

http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/ 

volltexte/1000023676) 

Das französische System der Weißen 

Zertifikate beruht auf der 2006 erlassenen 

EU-Richtlinie zur Endenergieeffizienz, 

die eine Einsparung von neun Prozent des 

jährlichen Verbrauchs bis 2016 vorsieht, 

sowie dem Französischen Energiegesetz 

vom Juli 2005, das die Errichtung eines 

Markts für Energieeffizienzzertifikate 

bestimmt und Einsparverpflichtungen für 

eine erste Periode von 2006 bis 2009 vorgibt. 

Rahmenbedingungen und Einsparverpflichtungen 

für eine zweite Periode 

von 2011 bis 2013 sind im „Loi Grenelle 

II“ vom Juli 2010 festgeschrieben. Ziel 

ist, große, aber noch unbestimmte Einsparpotenziale 

in Verbrauchersektoren, 

besonders in Haushalten, zu erschließen. 

Einsparziele sind für jede Energieart – 

Strom, Erdgas, Heizöl, Kälte, Flüssiggas, 

Kraftstoffe – und jeden Energieversorger 

abhängig von Verkaufsvolumina und 

deren Geldwerten vorgegeben. Wie 

viele Weiße Zertifikate ein Akteur erhält, 

hängt von der Quantität der eingesparten 

Energie ab, die kumuliert und diskontiert 

betrachtet wird. Dabei wird die pauschale 

kumulierte diskontierte Einsparung über 

die Dauer der Maßnahme in der Einheit 

„cumac kWh“ angegeben. Einem effizienten 

Kühlschrank mit einer jährlichen 

Einsparung von 100 kWh/a und einer 

Lebensdauer von zehn Jahren entspricht 

beispielsweise eine Einsparung von 843 

cumac kWh. 

Ein kontinuierlich aktualisierter Katalog 

definiert mehr als 200 Standard-Einsparmaßnahmen 

für die Sektoren Haushalte, 

Industrie, Gewerbe – Handel – Dienst- 

leistungen, Netze, Transport und Landwirtschaft. 

Jede Maßnahme ist durch 

eine Pauschaleinsparung charakterisiert. 

So bringt die Installation einer Haushaltswaschmaschine 

der Effizienzklasse A+ mit 

zehn Jahren Lebensdauer eine pauschale 

Einsparung von 130 cumac kWh. Für 

manche Maßnahmen variiert die Zahl 

der Zertifikate abhängig vom Klima der

Überblick über die Struktur des Markts für Weiße Zertifikate in Frankreich. 

Kumulierte Energieeinsparungen und erwartete Entwicklung. 

Anzahl existierender Maßnahmen und Verteilung der erzielten Einsparungen in der 

Periode 2006 bis 2009. 



Region, wobei drei Klimazonen definiert 

sind. Die Strafgebühr für nicht erreichte 

Einsparziele am Ende jeder Periode liegt 

bei 0,02 Euro pro cumac kWh. Dadurch 

steht auch ein Höchstpreis für Weiße 

Zertifikate fest, und unangemessene 

Energiepreiserhöhungen sind weitgehend 

ausgeschlossen. 

Für die erste Periode von 2006 bis 2009 

betrug das Einsparziel 54 cumac TWh. 

Verpflichtet waren 42 Akteure für Strom, 

Erdgas, Kälte und Flüssiggas sowie 2 452 

Akteure für Heizöl. Dazu kam eine große 

Zahl von teilnahmeberechtigten – potenziellen 

– Akteuren. Das Ziel wurde 

mit insgesamt eingesparten 65,2 cumac 

TWh übertroffen. 3,9 Milliarden Euro 

wurden in Energiesparmaßnahmen 

investiert; für die Endverbraucher ergab 

sich eine Energiekostenersparnis von 4,3 

Milliarden Euro über die Gesamtdauer 

der Maßnahmen. Überdies erreichten die 

Maßnahmen eine jährliche Emissionsreduktion 

von 1,83 Millionen Tonnen CO 2 . 

In Haushalten wurden über 86 Prozent 

der zertifizierten Energieeinsparungen 

erreicht; häufigste Maßnahmen waren die 

Installation eines Brennwertkessels oder 

eines Niedertemperatur-Heizkessels in 

Einfamilienwohnhäusern. Für die derzeit 

laufende zweite Periode von 2011 bis 

2013 beträgt das Einsparziel insgesamt 

345 cumac TWh. Verpflichtet sind 42 

Akteure für Strom, Erdgas, Kälte und 

Flüssiggas und rund 2 200 Akteure für 

Heizöl. Dazu kommen rund 40 Akteure 

für Kraftstoffe. Der Markteintritt für nicht 

verpflichtete Akteure ist in dieser Periode 

eingeschränkt. Das Ausschließen von 

kleineren Akteuren soll die administrativen 

Kosten senken. Bereits jetzt zeichnet 

sich ab, dass das Einsparziel wiederum 

übertroffen werden sollte. 

Sylvain Cail 

Deutsch-Französisches Institut für 

Umweltforschung (DFIU) 

Lehrstuhl für Energiewirtschaft 

Telefon +49 721 608-44482 

E-Mail sylvain.cail@kit.edu 

Sylvain Cail 

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nukleare sicherheitsforschung am KIT – nach der 

reaktorkatastrophe in Japan 

Nach den Ereignissen im japanischen Kernkraftwerk Fukushima Daiichi 

hat die Bundesregierung entschieden: Deutschland wird als erstes 

Industrieland der Welt innerhalb eines Jahrzehnts vollständig aus der 

Kernenergie aussteigen; 2022 wird der letzte Reaktor vom Netz gehen. 

Diesen Ausstieg gilt es so sicher wie möglich zu gestalten. Auch der 

Rückbau der stillgelegten Kernkraftwerke und die Endlagerfrage werden 

die Gesellschaft und somit auch die Forschung noch auf Jahrzehnte 

beschäftigen. 

Der Ausstieg aus der Kernenergie darf daher 

nicht bedeuten, sich von den entsprechenden 

Kompetenzen zu verabschieden. 

In den Bereichen Reaktorsicherheit, Rückbau, 

Endlagerung, Strahlenschutz und Krisenmanagement, 

zur kritischen Begleitung 

internationaler Entwicklungen und zur 

kompetenten Bewertung der kerntechnischen 

Einrichtungen um Deutschland 

herum sind diese Kompetenzen weit über 

den deutschen Ausstieg hinaus gefragt. 

Daher hebt auch der Abschlussbericht der 

Ethikkommission „Sichere Energieversorgung“ 

die Bedeutung kerntechnischer Forschung 

hervor. Eine enge Zusammenarbeit 

auf nationaler, europäischer und internationaler 

Ebene ist dabei unerlässlich. Auch 

die nukleare Sicherheitsforschung am KIT 

richtet sich an den Herausforderungen des 

Kernenergieausstiegs aus. Es geht darum, 

die hohen Kompetenzen in den Bereichen 

Anlagensicherheit und Rückbau, Umgang 

mit radioaktiven Abfällen sowie Strahlenschutz 

zu erhalten. 

Fernhantiertes Arbeiten mit 

radioaktivem Material in 

sogenannten Heißen Zellen. 

Bei der Anlagensicherheit gilt es, die rechnerische 

Simulation spezieller Details, von 

Brennstäben und Brennelementen bis zu 

kompletten Reaktorkreisläufen, weiter zu 

verbessern, um unter anderem das zeitabhängige 

Verhalten dieser Systeme bei 

verschiedenen Betriebszuständen simulieren 

und die Sicherheitseigenschaften 

analysieren zu können. Dies gilt speziell 

auch für Auslegungsstörfälle, da sie der 

betrieblichen Genehmigung der Anlagen 

zugrunde liegen. Was auslegungsüberschreitende 

Störfälle und Notfallschutz 

betrifft, sind beim Reaktordruckbehälter 

(RDB) die Beurteilung möglicher Kühlbarkeits- 

und Rückhaltepotenziale, aber 

auch die Vorhersage eines eventuellen 

RDB-Versagens wichtige Forschungspunkte. 

Die Analyse von Fundamenterosion 

durch Corium-Schmelzen (MCCI) ist von 

erheblicher Relevanz, um das Risiko von 

schweren Störfällen zu bewerten. Wichtig 

ist, Containment-Konzepte hinsichtlich 

unterschiedlicher Versagensmechanismen 

weiterzuentwickeln sowie die Rückhalte- 

Foto: Coerten

mechanismen für möglicherweise freigesetzte 

Spaltprodukte zu verbessern. 

Im Rahmen des Vorsorgegebots haben 

Forscher am KIT das Echtzeit-Entscheidungshilfesystem 

RODOS (Real-time 

on-line decision support) entwickelt. 

Werden radioaktive Stoffe in die Umwelt 

freigesetzt, identifiziert RODOS Maßnahmen, 

die den größtmöglichen Schutz vor 

Strahlung und möglichen Strahlenschäden 

gewährleisten. Die mathematischen 

Modelle und komplexen IT-Systemarchitekturen 

von RODOS müssen stetig 

weiterentwickelt werden. 

Beim Rückbau der deutschen Kernkraftwerke 

über Dekaden hinweg muss unter 

anderem die verfahrenstechnische Kette 

optimiert werden, um die anfallenden radioaktiven 

Abfallmengen sowie die Strahlenbelastung 

des Personals zu verringern. 

Dazu entwickelt das KIT neuartige Techniken, 

beispielsweise zur Dekontamination 

von Oberflächen oder zur Trennung von 

einzelnen Gebäudekomponenten unter 

schwierigen Umgebungsbedingungen. 

Ein Schwerpunkt der nuklearen Sicherheitsforschung 

am KIT liegt auf dem 

Umgang mit radioaktiven Abfällen. Die 

Endlagerforschung hat grundlegende wissenschaftliche 

und technische Erkenntnisse 

erbracht. Allerdings müssen Forschung, 

Entwicklung, Aus- und Weiterbildung 

konsequent fortgesetzt werden, gerade 

was Endlagererrichtung und -optimierung, 

Endlagerbetrieb, Betriebs- und 

Langzeitsicherheit betrifft. 

Die Langzeitsicherheit eines Endlagers 

lässt sich nicht allein durch technische 

Maßnahmen nachweisen. Vielmehr 

bedarf es des Verständnisses aller grundlegenden 

thermischen, hydraulischen, 

mechanischen, chemischen, radiologischen 

und biologischen Prozesse in 

einem Endlagersystem. Dies erfordert 

neueste analytische, spektroskopische 

und theoretische Methoden. So lassen 

sich belastbare thermodynamische und kinetische 

Daten für die Sicherheitsanalyse 

eines nuklearen Endlagers ermitteln, die 

nicht nur für einen bestimmten Standort 

gelten, sondern sich auch auf andere 

Endlagerformationen übertragen lassen. 

Diese grundlegenden Daten fließen in reaktive 

Transportmodelle ein, die teils neu 

zu entwickeln sind, um eine mögliche 

Radionuklidausbreitung für verschiedene 



Autark arbeitender Manipulator für Dekontaminationsarbeiten – AMANDA. 

Simulation der Wechselwirkung von Kern- 

schmelze mit Beton in der MOCKA-Anlage 

(Metal Oxide Concrete interaction – Karlsruhe) 

am KIT-Campus Nord. 

Endlagerkonzepte und Szenarien der 

jeweiligen Endlagerentwicklung beschreiben 

und bewerten zu können. Dies 

ermöglicht einen fundierten Sicherheitsnachweis 

über äußerst lange Zeiträume. 

Eine Möglichkeit, das Langzeitrisiko endzulagernder 

hochradioaktiver Abfälle wesentlich 

zu verringern, stellen Partitioning 

und Transmutation (P&T) dar: Langlebige 

Radionuklide werden aus dem Abfall 

abgetrennt (Partitioning) und in speziellen 

Anlagen durch Neutronenreaktionen in 

stabile oder kurzlebige Isotope umgewandelt 

(Transmutation). Das Inventar an 

langlebigen radiotoxischen Radionukliden 

lässt sich dadurch um mehrere Größenordnungen 

reduzieren. Die Radiotoxizität 

der dann noch endzulagernden Abfälle 

wird unter Berücksichtigung von Prozessverlusten 

nach wenigen Jahrtausenden 

auf das Niveau des natürlichen Urans 

abgeklungen sein. 

Der Schutz von Mensch und Umwelt 

ist Anliegen des Strahlenschutzes. Die 

Risiken beim Umgang mit ionisierender 

Strahlung sind zentrale Größen zur 

Bewertung aller Maßnahmen während 

der Restlaufzeit, der Stilllegung und des 

Rückbaus kerntechnischer Anlagen sowie 

für die sichere Entsorgung radioaktiver 

Abfälle. Daher gilt es, die messtechnische 

Erfassung von Strahlung weiter zu 

erforschen und zu entwickeln. Besonders 

wichtig ist, die Unterschiede bei der zeitlichen 

und räumlichen Verteilung einer 

Strahlendosis zu bewerten und dabei den 

Menschen als Einzelperson mit individuellen 

anatomischen und physiologischen 

Eigenschaften zu betrachten. 

Th. Walter Tromm 

Angelika Bohnstedt 

Klaus Gompper 

Dr. Angelika Bohnstedt 

Programm Nukleare Sicherheitsforschung 

Sicherheitsforschung zur Nuklearen 

Entsorgung 

Strahlenschutzforschung 

Telefon +49 721 608-25525 

E-Mail angelika.bohnstedt@kit.edu 

21


Die Energiewende aus Verbrauchersicht 

Technologien für mehr Effizienz und einen hohen Anteil regenerativer 

Energien sind in aller Munde. Um die Energiewende zu verwirklichen, 

bedarf es aber nicht nur eines Umbaus der Infrastruktur, sondern auch 

der Akzeptanz der Nutzer. Die Helmholtz-Allianz ENERGY-TRANS forscht 

an den Schnittstellen zwischen Energietechnik, Planungsverfahren und 

Verbraucherverhalten. 

Strom kommt jederzeit aus der Steckdose, 

das Auto lässt sich nach Bedarf an der 

nächsten Tankstelle betanken – daran ist 

die Gesellschaft seit Jahrzehnten gewöhnt. 

Energie in Form von Strom, Gas 

oder Kraftstoffen ist zuverlässig und fast 

uneingeschränkt verfügbar. Die Energiewende 

wird Veränderungen mit sich bringen. 

Mancherorts zeigen sich bereits Konflikte 

um neue Stromtrassen, Windparks 

und Pumpwasserspeicherwerke. Innovative 

Infrastrukturen, wie intelligente Stromnetze, 

verlangen ein flexibleres Verhalten 

von den Verbrauchern. Inwieweit sind 

die Bürgerinnen und Bürger bereit, diese 

Veränderungen mitzutragen? 

„Um zukünftige Energieinfrastrukturen 

zu erforschen und zu gestalten, benötigen 

wir mehr als die Entwicklung und 

Bereitstellung von technischen Innovationen. 

Notwendig sind auch ihre Einbettung 

in organisatorische, wirtschaftliche 

und kulturelle Kontexte und die Einsicht 

in soziale und individuelle Verhaltens- und 

Akzeptanzmuster. Nur auf dieser Basis 

lassen sich Strategien entwickeln, wie der 

Transformationsprozess effizient und sozialverträglich 

ausgestaltet werden kann“, 

erklärt Professor Armin Grunwald, Leiter 

des Instituts für Technikfolgenabschätzung 

und Systemanalyse (ITAS) des KIT. 

Zusammen mit Professor Ortwin Renn, Direktor 

des interdisziplinären Forschungsschwerpunkts 

Risiko und Nachhaltige 

Technikentwicklung (ZIRN) der Universität 

Stuttgart, fungiert Armin Grunwald als 

Sprecher der neuen Helmholtz-Allianz 

„ENERGY-TRANS: Zukünftige Infrastrukturen 

der Energieversorgung. Auf dem 

Weg zur Nachhaltigkeit und Sozialverträglichkeit“. 

Der Problematik entsprechend verfolgt 

die Allianz einen interdisziplinären Ansatz: 

Psychologen, Ökonomen, Sozialwissenschaftler, 

Systemtheoretiker und Geisteswissenschaftler 

untersuchen gemeinsam 

Damit Elektromobilität flächendeckend genutzt werden kann, bedarf es einer entsprechenden 

Ladeinfrastruktur. 

mit Technologieexperten die Voraussetzungen 

und Bedingungen der Energiewende. 

ENERGY-TRANS begreift das Energiesystem 

als sozio-technisches System 

und betrachtet demgemäß sowohl die 

technisch-infrastrukturellen als auch die 

gesellschaftlichen Herausforderungen 

und Implikationen der Energiewende. Im 

Zentrum stehen die Wechselwirkungen 

zwischen Energieangebot, Speicherung 

und Verteilung auf der einen Seite und 

institutioneller Steuerung, Energienachfrage 

und gesellschaftlicher Akzeptanz 

auf der anderen Seite. 

Dabei widmen sich die Wissenschaftler 

vor allem der Nutzerseite, das heißt der 

Sicht des privaten, industriellen oder 

institutionellen Verbrauchers. Innovative 

Energieinfrastrukturen, ob Verteilungsnetze, 

Speicher oder Steuerungseinheiten, 

erfüllen nur dann ihren Zweck, wenn die 

Menschen sie akzeptieren und funktionsgerecht 

nutzen. So erfordert ein intelligentes 

Stromnetz – Smart Grid – eine 

enge Absprache zwischen Versorger und 

Kunde: Wie tief soll der Versorger beispielsweise 

in die Steuerung elektrischer 

Geräte in privaten Haushalten eingreifen 

können? Wenn sich die Beteiligten über 

solche Fragen nicht verständigen, drohen 

weitreichende Auseinandersetzungen, 

die sogar dazu führen können, dass neue 

Versorgungsmodelle abgelehnt werden. 

Die Helmholtz-Allianz ENERGY-TRANS 

zielt nicht nur auf wissenschaftliche 

Erkenntnis, sondern auch auf handlungsorientiertes 

Wissen. Daher bezieht sie 

Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft 

und Gesellschaft aktiv in ihre Arbeit 

ein. Schließlich geht es auch darum, 

der breiten Öffentlichkeit die komplexen 

Zusammenhänge im Energiebereich 

verständlich zu machen. Das KIT wirkt 

in der Allianz federführend. Als weitere 

Helmholtz-Zentren sind das Forschungszentrum 

Jülich, das Deutsche Zentrum 

für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das 

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung 

(UFZ) beteiligt. Dazu kommen die Universität 

Stuttgart, die Otto von Guericke 

Universität Magdeburg, die FU Berlin 

sowie das Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung 

in Mannheim. ENERGY- 

TRANS startete im September 2011, ist 

auf insgesamt fünf Jahre angelegt und

Bedienung elektrischer Geräte via Smartphone: Die intelligente Steuerung des Haushalts 

erfordert eine enge Absprache zwischen Versorger und Kunde. 

Um die Infrastrukturen der Energieversorgung und ihre gesellschaftliche Akzeptanz geht 

es in der Helmholtz-Allianz ENERGY-TRANS. 

Einsicht in soziale Verhaltensmuster ist erforderlich, um die Energieinfrastrukturen der 

Zukunft zu gestalten. 


besitzt ein Projektvolumen von 16,5 Millionen 

Euro. Die Helmholtz-Gemeinschaft 

fördert die Allianz bis 2016 mit insgesamt 

8,25 Millionen Euro aus dem Impuls- und 

Vernetzungsfonds. 

Ein Schwerpunkt der Arbeiten am ITAS 

des KIT widmet sich neuen Risiken, 

welche die Energiewende mit sich bringt. 

Innovative Technologien und neue 

Akteurskonstellationen machen das Energiesystem 

deutlich komplexer. So steigt 

mit dem Anteil fluktuierender Energien 

wie Sonne und Wind auch der Mess- und 

Steuerungsbedarf im Energienetz. Um 

Stabilität und Effizienz zu sichern, wird 

zunehmend Informations- und Kommunikationstechnologie 

ins Netz integriert. 

Sie muss vor unbefugten Eingriffen und 

Angriffen von außen geschützt werden, 

damit die Versorgungssicherheit gewährleistet 

ist. „Risiken und Regulierung“ ist 

eins von fünf Forschungsfeldern der Allianz, 

denen insgesamt 17 Projekte zugeordnet 

sind. Das ITAS des KIT koordiniert 

die Felder „Risiken und Regulierung“ 

sowie „Technisch-soziale Entwicklungen“ 

und ist an weiteren Forschungsfeldern 

beteiligt. 

So modellieren die Karlsruher Forscher 

Bedingungen und Auswirkungen der 

Energiewende für ausgewählte Regionen, 

untersuchen die Bedeutung der 

Erwartungsmuster von Technikentwicklern 

in Innovationsprozessen, betrachten 

die Wechselwirkungen zwischen sich 

wandelnden Kontrollstrukturen und systemischen 

Risiken. Das ITAS leitet überdies 

die Querschnittaktivität „Nachhaltigkeits- 

Monitoring“, die unter anderem Kriterien 

zur Bewertung der Nachhaltigkeit von 

Entwicklungen im Energiesystem bereitstellt. 

Schließlich arbeitet das Institut in 

Projekten mit, die Innovationsprozesse 

analysieren, energiebezogene Entscheidungs- 

und Verhaltensmuster in privaten 

Haushalten erforschen sowie die angewandten 

Foresight-Ansätze methodisch 

reflektieren. 

Jens Schippl 


Jens Schippl 

Institut für Technikfolgenabschätzung 

und Systemanalyse (ITAS) 

Telefon +49 721 608-23994 

E-Mail jens.schippl@kit.edu 

23

24 EnErgynEws 1|2012 1|2009 


Leiter Dr. Peter Fritz 

wiss. sprecher Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer 

Chief science Officer (CsO-5) Dr.-Ing. Karl-Friedrich Ziegahn 

sprecher Topic 1 – Energieumwandlung Prof. Dr.-Ing. Henning Bockhorn 

sprecher Topic 2 – Erneuerbare Energien Dr.-Ing. Karl-Friedrich Ziegahn 

sprecher Topic 3 – Energiespeicherung und -verteilung Prof. Dr.-Ing. Thomas Leibfried 

sprecher Topic 4 – Effiziente Energienutzung Prof. Andreas Wagner / Prof. Dr.-Ing. Thomas Wetzel 

sprecher Topic 5 – Fusionstechnologie Dr. Klaus Hesch 

sprecher Topic 6 – Kernenergie und sicherheit Dr. Thomas Walter Tromm 

sprecher Topic 7 – Energiesystemanalyse Prof. Dr. Armin Grunwald 

geschäftsführer Dr. Wolfgang Breh 

www.energie.kit.edu

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