Beschreibung der Gesamtinitiative

„Energie System 2050“ ist eine gemeinsame Initiative der Helmholtz-Zentren des Forschungsbereichs Energie. Ziel ist es, bis 2019 greifbare und verwertbare systemtechnische Erkenntnisse und technologische Lösungen zu erarbeiten, die Politik und Wirtschaft aufgreifen können. Die Initiative untersucht die Integration von wesentlichen Technologieelementen in das Energiesystem und deren Vernetzung. Es werden Lösungen erarbeitet, um die teilweise stark fluktuierenden erneuerbaren Energien erfolgreich in die deutsche und europäische Energieversorgung einzubinden. Mit fünf ausgewählten Forschungsthemen (FT) adressiert sie grundlegende Herausforderungen der Energiewende:

1. Speicher und Netze
2. Biogene Energieträger
3. Energie- und Rohstoffpfade mit Wasserstoff
4. Lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalyse auf Systemebene
5. Toolbox mit Datenbanken

Beschreibung des Forschungsthemas 4: Lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalyse auf Systemebene

Um die Energiewende erfolgreich fortzuführen und zu vollenden, ist es wichtig, technisch-naturwissenschaftliche, ökologische, ökomische und soziale Aspekte der Transformation frühzeitig und umfassend zu analysieren und in das Vorgehen einzubeziehen. In Forschungsthema 4 wird eine gemeinsame Methode für die Nachhaltigkeitsbewertung von Technologien entwickelt. Diese Methode besteht aus den Elementen Life Cycle Costing (LCC) und Life Cycle Assessment (LCA) sowie einer Bewertung anhand sozialer Indikatoren. Mit der Methode werden in drei Forschungsthemen beispielhaft drei Fallstudien bewertet (FT 4.2, 4.3, 4.4). Die Erkenntnisse und Ergebnisse aus den Fallstudien bilden die Grundlage für eine Nachhaltigkeitsbewertung auf Systemebene (FT 4.1).

Unter nachfolgenden Links werden die Forschungsthemen 4.1 bis 4.4 näher erläutert:

FT 4.1: Methodenentwicklung zur Nachhaltigkeitsbewertung auf Systemebene – DLR
FT 4.2: Speicher und Netze – KIT-ITAS
FT 4.3: Biogene Energieträger – KIT-ITAS
FT 4.4: Pfadanalyse Wasserstoff – FZJ-IEK

Beschreibung Forschungsthema 4.2: Fallstudie „Speicher und Netze“

In der Fallstudie „Speicher und Netze“ werden relevante und potenziell nachhaltige Energiespeicher (mit unterschiedlicher Netz-Interaktion) lebenszyklusbasiert hinsichtlich ihrer ökologischen (LCA), ökonomischen (LCC), gesellschaftlichen und technischen Aspekte analysiert. Hierfür werden neue Stoffstrom- und Kostenmodelle aufgebaut und eine Energiespeicherdatenbank als Grundlage für LCA und LCC genutzt. Für die ökologische Bewertung wird unter Einsatz der Software openLCA in Verbindung mit der Datenbank ecoinvent ein Lebenszyklusinventar entlang der gesamten Wertschöpfungskette erstellt. Aussagen zur Nachhaltigkeit von Energiespeicheroptionen können durch die Einbeziehung von sozialen Indikatoren (zum Beispiel zur Akzeptanz von Energiespeichern) realisiert werden.

Auf der technischen Seite wird die Integration von verschiedenen elektrochemischen Energie-Speichern in unterschiedlichen Netzanwendungen im Energiesystem untersucht und miteinander verglichen. Dabei werden insbesondere Li-Ion Batteriesysteme (z.B. LiFePO4, …), aber auch NaNiCl- oder Vanadium Redox-Flow-Batterien betrachtet. Je nach Anwendungskontext werden weiter Flexibilitätsoptionen, wie zum Beispiel Pumpspeicherkraftwerk oder Gaskraftwerke, als Vergleichstechnologie herangezogen.