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Deutsch-koreanische Forschung für die Energiewende: Ergebnisse des bilateralen Symposiums

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Das 8. bilaterale KAST-Leopoldina-Symposium brachte führende Wissenschaftler aus Korea und Deutschland zusammen, um die Zukunft nachhaltiger Energien zu gestalten. In einer Reihe von Workshops und einem Symposium in Seoul wurden zentrale Herausforderungen, Forschungsprioritäten und politische Handlungsempfehlungen erarbeitet. Die Ergebnisse sind in einem gemeinsamen Papier zusammengefasst, das wichtige Impulse für die bilaterale Zusammenarbeit im Bereich Solarenergie, Wasserstoff, Batterien, Netzmanagement und zukünftige Energietechnologien gibt.

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Empfehlungen in der Solartechnologie:

  1. Innovation in der nächsten Generation von PV-Technologien fördern: Weiterentwicklung von Perowskit-Silizium-Tandem- und siliziumfreien Mehrfachsolarzellen, die höhere Wirkungsgrade versprechen, sowie anderer PV-Technologien der nächsten Generation, wie organische Solarzellen mit einem extrem niedrigen CO₂-Fußabdruck.
  2. Investition in künstliche Intelligenz und Entdeckungsstrategien: Die Integration von maschinellem Lernen in PV-Forschungslabore kann Kosten erheblich senken und die Entwicklungszeit verkürzen, indem neuartige, optimierte Materialien entdeckt werden, die direkt in die Industrie überführt werden können.
  3. Einen geschlossenen Kreislaufansatz fördern: Beginnend bei der Materialbeschaffung bis hin zum Recycling am Lebensende, beispielsweise durch den Fokus auf organische Solarzellen. Zudem sollte die Integration von multifunktionalen PV-Anwendungen in Gebäude, landwirtschaftliche Flächen, Fahrzeuge und schwimmende Strukturen gestärkt werden, um Nutzungskonflikte bei der Flächenverteilung zu minimieren.

Empfehlungen in der Wasserstoff-Technologie:

  1. Effizienz der Wasserstoffproduktion steigern: Die Optimierung und großtechnische Produktion von Elektro- und Thermokatalysatoren beschleunigen, die für die Wasserstoffwirtschaft von zentraler Bedeutung sind.
  2. Effiziente Wasserstoffträger weiterentwickeln: Flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) und Dimethylether (DME) für den effizienten und langfristigen Transport stärken, indem bestehende Kraftstoffinfrastrukturen, einschließlich umgewidmeter Gaspipelines, genutzt werden.
  3. Bestehende grüne Wasserstofftechnologien ausbauen und neue demonstrieren: Die Machbarkeit aufzeigen und Wasserstoff insbesondere in energieintensiven Industrien wie Stahl- und Zementproduktion sowie im Langstreckentransport – etwa für Schiffe und Züge – priorisieren, um eine breitere Nutzung voranzutreiben. Investitionen in erneuerbar betriebene Wasserstoffproduktion und Hochtemperaturelektrolyse sollen Kosten senken und die Verfügbarkeit erhöhen.

 

Empfehlungen bei Batteriespeichern:

  1. Geschlossene Kreislaufwirtschaft in der Batteriefertigung umsetzen: Recyclingprozesse verbessern, die Widerstandsfähigkeit von Batterien erhöhen und alternative Batterietechnologien wie Natrium- und Kaliumbatterien erforschen, um die Umweltbelastung zu reduzieren – insbesondere durch den Verzicht auf per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS). Zudem sollten ausgediente EV-Batterien in intelligenten Gebäuden für die Netzspeicherung weiterverwendet werden.
  2. Batteriesicherheit erhöhen: Investitionen in die Forschung zu feuerbeständigen Materialien und Festkörperbatterien vorantreiben.
  3. Saisonale und langfristige Energiespeicherlösungen weiterentwickeln: Forschung an skalierbaren Langzeitspeichern wie großflächigen Seewasser- und Aluminium-Luft-Batterien intensivieren, bei denen energieintensive reaktive Metalle außerhalb der Batterien gespeichert werden können.

 

Empfehlungen beim Netzmanagement:

  1. Systemflexibilität erhöhen: Die Steuerung der Residuallast durch Demand-Side-Management optimieren – unter anderem durch Power-to-Gas-Technologien, die Integration von Elektrofahrzeugbatterien, Sektorkopplung (Wärme, Gas/Wasserstoff) sowie intelligente Verbrauchssteuerung in Haushalten und der Industrie.
  2. Zentrale und lokale Energiesysteme kombinieren: Dezentralisierte Energieressourcen (DER) tragen zur Lokalisierung von Energiesystemen bei, indem virtuelle Kraftwerke (VPPs), Energiewolken sowie fraktale, mikro- und modulare Netze ausgebaut werden. Eingebettete Hochspannungs-Gleichstromübertragungssysteme (HVDC) ermöglichen den Transport von Strom aus weit entfernten erneuerbaren Quellen. Das resultierende hybride Wechselstrom-/Gleichstromnetz gewährleistet einen stabilen Betrieb mit höherer Auslastung und kontrollierter Leistungsübertragung.
  3. Wettbewerbsfähige Energiemärkte fördern und eine kohärente Digitalisierungsstrategie für die Energieinfrastruktur entwickeln: Die Digitalisierung ist entscheidend für eine effizientere Nutzung der bestehenden Infrastruktur. Eine flexiblere Systemgestaltung ist nur möglich, wenn auf allen Ebenen des Stromnetzes eine angemessene Digitalisierung vorhanden ist. Der Einsatz von KI-Tools kann das Netzmanagement und die Netzstabilität verbessern. Zudem sollten flexible, marktorientierte Mechanismen für Echtzeit-Energieanpassungen eingeführt werden, um sowohl Investitionen in erneuerbare Energien als auch die Bereitstellung von Reservekraftwerken zu unterstützen. Internationale Koordination ist essenziell, um sicherzustellen, dass Lösungen, die in einem Land funktionieren, auch in anderen interoperabel sind.

 

Empfehlungen bei zukünftigen Energiequellen - Small Modular Reactors (SMRs) und Fusionsenergie:

  • Plasma- und Reaktordesigns weiterentwickeln: Forschung zu Plasmaeinschluss und -stabilität, 3D-Magnetkonfigurationen und Materialentwicklung für sowohl Stellaratoren als auch Tokamaks ausweiten. Innovative Technologien im Bereich Small Modular Reactors (SMR) weiterführen und demonstrieren, Konfigurationen für verschiedene Anwendungen optimieren und die Wiederverwendung von Infrastruktur stillgelegter fossiler Kraftwerke einbeziehen.
  • Netzintegration und Speicherlösungen verbessern: Fortschritte in der Forschung zu erweiterten Einschlusskonzepten und neuen Materialien können die Entwicklung kosteneffizienter Fusionslösungen beschleunigen. Für SMRs sollten innovative Anwendungen wie die CO₂-freie Wasserstoffproduktion sowie die Nutzung von Energiespeichersystemen zur Erhöhung der betrieblichen Flexibilität untersucht werden.
  • Transparenz und Sicherheitsmaßnahmen stärken: Sicherheits- und Lizenzierungskonzepte für Fusion und SMRs entwickeln, die praktisch jegliche Notwendigkeit für Notfallmaßnahmen ausschließen. Möglichkeiten zur Erhöhung der Reaktorsicherheit und zum besseren Management nuklearer Abfälle erforschen. Hochpräzise Simulationsplattformen und KI-gestützte Ansätze einsetzen, um Echtzeit-Notfallreaktionen zu ermöglichen. Einen proaktiven Dialog zu Sicherheitsfragen führen und die potenziellen langfristigen Umweltvorteile kommunizieren, um das öffentliche Vertrauen zu stärken.

Weiteres Vorgehen:

Während Korea und Deutschland den Übergang von fossilen Brennstoffen zu nachhaltigen Energiequellen gestalten, war der Bedarf an innovativen wissenschaftlichen Lösungen nie dringlicher. Trotz unterschiedlicher Herausforderungen teilen beide Länder das Ziel, Klimaneutralität zu erreichen und grüne Energietechnologien voranzutreiben. Durch die Nutzung komplementärer Stärken können Korea und Deutschland den Fortschritt beschleunigen, indem sie ihre wissenschaftliche Zusammenarbeit in den Schlüsselsektoren vertiefen, die in diesem gemeinsamen Papier identifiziert wurden und ein hohes Potenzial versprechen. Durch ihre Partnerschaft werden KAST und die Leopoldina weiterhin den interdisziplinären Dialog fördern – von der Grundlagenforschung bis hin zur großflächigen Demonstration bahnbrechender Technologien – und so einen bedeutenden Beitrag zu einer nachhaltigen Energiezukunft leisten.