Deutschland will bis zum Jahr 2045 Klimaneutralität erreichen und hat mit dem Klimaschutzgesetz den Weg dorthin konkretisiert sowie rechtlich festgeschrieben. Eine rasche Vollendung der Energiewende ist eine notwendige Voraussetzung, um die Emissionsminderungsziele einschließlich der Etappenziele für 2030 und 2040 zu erreichen. Zugleich ist die Energiewende Treiber für Energie- und Ressourceneffizienz sowie Modernisierung und Digitalisierung des Energiesystems. Das Energiesystem soll zudem unabhängiger von geopolitischen Entwicklungen werden und generell eine hohe Resilienz aufweisen. Angesichts der immer knapper werdenden Zeiträume nimmt die angewandte Energieforschung als Forschung für die Energiewende eine Schlüsselrolle ein, da die Forschung und Entwicklung die für die Transformation des Energiesystems notwendigen Innovationen erbringen muss.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) definiert mit dem 8. Energieforschungsprogramm (EFP)¹ zur angewandten Energieforschung die Ziele seiner Forschungsförderung, um die Beiträge der Energie­forschung entlang der Energiepolitik auf die Energiewende auszurichten. Die zielgerichtete Förderung soll Technologieentwicklung und -optimierung auslösen und beschleunigen sowie ein günstiges Innovationsumfeld schaffen.

Die konkreten Förderziele des Förderprogramms sind in fünf Missionen des 8. EFP gegliedert:

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Mission Energiesystem 2045: „Wir treiben mit Innovationen den Wandel zu einem klimaneutralen, effizienten und resilienten Energiesystem voran.“

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Mission Wärmewende 2045: „Wir beschleunigen den Wandel zur klimaneutralen und effizienten Wärme- und Kälteversorgung.“

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Mission Stromwende 2045: „Wir schaffen mit Innovationen eine sichere, klimaneutrale und bezahlbare Strom­versorgung aus erneuerbaren Energien.“

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Mission Wasserstoff 2030: „Wir ebnen den Weg zur nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft durch neue Technologielösungen und Konzepte entlang der gesamten Wertschöpfungskette.“

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Mission Transfer: „Wir stärken die Rolle der Energieforschung als Impulsgeber des Fortschritts in Wirtschaft und Gesellschaft – durch Transparenz, Partizipation und Praxisorientierung.“

Das BMWK will mit dem Förderprogramm die Transformation des Energiesystems beschleunigen, indem die Forschung für die Energiewende entlang aller fünf Missionen vorangebracht wird. Dazu werden für jede Mission Förderprogrammziele und spezifische Teilziele formuliert, die durch einzelne, messbare Sprinterziele ergänzt werden. Diese Sprinterziele dienen der Priorisierung von Forschungsvorhaben, wobei alle förderfähigen Projekte an den Förder­programmzielen und den spezifischen Teilzielen gemessen werden. Damit wird insgesamt ein zielgerichtetes Vor­gehen der Forschungsförderung ermöglicht. Von den Sprinterzielen werden nur die unmittelbar operationalisierbaren in diese Förderbekanntmachung aufgenommen.

Zuwendungszweck ist die Entwicklung, Weiterentwicklung und Erprobung von innovativen Energietechnologien, Methoden und Verfahren zur Vollendung der Energiewende sowie die Beschleunigung des Praxistransfers im Einklang mit den Förderprogrammzielen. Die angewandte Energieforschung beruht maßgeblich auf der Zusammenarbeit von Industrie, Wissenschaft und Anwendern.

Fördergegenstand sind projektbezogene Aktivitäten der Forschung und Entwicklung sowie die Demonstration neuartiger technischer Lösungen. Im Einzelfall werden auch Studien in einem oder mehreren der nachfolgend aufgeführten Themenbereiche der angewandten Energieforschung (ab Technologiereifegrad 3)² in Form von Einzel- oder Verbundvorhaben gefördert.

Projektvorschläge können entweder innerhalb eines der im Folgenden genannten Technologiebereiche verortet werden oder technologieübergreifend sein. Technologieübergreifende Projekte können wichtige Impulse für die effiziente Integration verschiedener Technologien im Energiesystem liefern und sind für die Weiterentwicklung des Energie­systems essenziell.

Die Forschungsförderung in der Energieforschung zielt sowohl auf die kontinuierliche Verbesserung bekannter Technologien und Verfahren als auch auf die Erforschung neuer technischer Ansätze ab. Förderfähig sind Vorhaben, die dabei helfen, Energietechnologien und Verfahren effizienter, kostengünstiger oder verlässlicher zu machen, die Systemstabilität zu verbessern und die Nachhaltigkeit oder gesellschaftliche Akzeptanz von Technologieoptionen zu erhöhen. Dazu zählt auch die technische Hochskalierung von energietechnischen Systemen.

Dem BMWK ist es besonders wichtig, dass Forschungserkenntnisse und Innovationen schnell Anwendung in der Praxis finden. Bei allen Energietechnologien kann dies durch Demonstrations- und Pilotvorhaben gewährleistet werden. Technische Forschungsarbeiten können erweitert werden durch nichttechnische Innovationen wie zum Beispiel die Entwicklung neuer Betriebs- und Geschäftsmodelle und Strategien für eine nachhaltige Markterschließung.

Die Einbettung der nationalen Forschungsanstrengungen in den europäischen und internationalen Kontext ist grundsätzlich von großer Bedeutung. Um einen stärkeren internationalen Austausch voranzutreiben und Synergien durch länderübergreifende Vernetzung von Expertinnen und Experten zu begünstigen, befürwortet das BMWK die Mitarbeit geförderter Vorhaben im Rahmen der Technology Collaboration Programmes (TCP) der Internationalen Energie­agentur IEA. Darüber hinaus ist eine Beteiligung an internationaler Verbundforschung im Rahmen der Clean Energy Transition Partnership (CETP) und der Driving Urban Transitions Partnership (DUTP) möglich. Das nationale Klimaschutzgesetz basiert auf dem europäischen Klimagesetz „Fit for 55“. Somit ist die nationale angewandte Energieforschung mit der europäischen Energieforschungsförderstrategie des Strategieplans für Energietechnologien (SET-Plan) verzahnt. Gleichzeitig wird auch zu globalen Forschungsförderzielen der Internationalen Energieagentur (IEA) und der Initiative Mission Innovation in der nationalen Energieforschung Bezug genommen.

2.1 Technologien zur Energiebereitstellung

2.1.1 Windenergie

Die Windenergie ist derzeit und in absehbarer Zukunft die wichtigste Quelle für die Produktion von elektrischem Strom in Deutschland. Die Bundesregierung treibt die Elektrifizierung verschiedener Verbrauchssektoren weiter voran. Auf diese Weise kann unter anderem die Dekarbonisierung des Mobilitäts- und des Wärmeversorgungssektors unterstützt werden. Dabei werden der steigende Anteil elektrischer Fahrzeuge und die deutliche Ausweitung des Einsatzes elektrischer Wärmepumpen – neben weiteren Bedarfsentwicklungen – den Strombedarf Deutschlands in Zukunft steigen lassen.

Um die deutschen Energiewende- und Klimaschutzziele zu erreichen, ist ein weiterer umfangreicher Ausbau der Windenergienutzung an Land (onshore) sowie auf See (offshore) unabdingbar. Dafür ist auch die Erschließung zusätzlicher Standorte für Windenergieanlagen notwendig.

Der hohe Windstromanteil im deutschen Energiesystem stellt besondere Anforderungen an Windenergieanlagen beziehungsweise Windparks im Hinblick auf eine hohe Versorgungssicherheit und ihre netzbildenden Eigenschaften. Darüber hinaus hat er einen großen Einfluss auf den Strompreis insgesamt.

Die Bandbreite förderfähiger Vorhaben im Bereich der Windenergie umfasst alle Phasen der Lebensdauer von Windenergieanlagen: vom Anlagendesign über die Herstellung, die Errichtung, den Betrieb, den Rückbau bis hin zum Recycling der eingesetzten Materialien. Die Projektziele können dabei sowohl im anlagentechnischen Bereich als auch im Bereich der Regelalgorithmen und Software liegen – beispielsweise bei der Untersuchung verbesserter Betriebsführungsstrategien oder der Überwachung der Anlagenbelastung. Da die Komponenten- und Anlagenzertifizierungen für die Genehmigung und Finanzierung von Windparks eine zentrale Rolle spielen und die dafür notwendigen Untersuchungen häufig aufwändig beziehungsweise langwierig sind, ist die frühzeitige Einbindung von Zertifizierungsstellen in derartige Forschungs- und Entwicklungsprojekte von besonderer Bedeutung.

Eine wichtige Rolle spielt auch die Integration der von Windparks bereitgestellten Energie in das deutsche be­ziehungsweise europäische Energiesystem. Wichtige Schwerpunkte der Integration elektrischer Energie sind hierbei einerseits netzbildende und netzdienliche Eigenschaften von Windenergieanlagen, andererseits die möglichst gute Verzahnung von Energiebedarf und Energiebereitstellung – auch in Abstimmung mit anderen, ebenfalls Fluktuationen unterliegenden energietechnischen Anlagen wie Photovoltaikanlagen. Aber auch Untersuchungen zur effizienten Integration von durch Windenergieanlagen zur Verfügung gestellter Wärme (Power-to-Heat) oder produziertem Wasserstoff (zum Beispiel über eine direkt gekoppelte Elektrolyse) – unter Umständen in Verbindung mit geeigneten Speichersystemen – stehen im Fokus des Interesses.

Die Förderung beschränkt sich nicht auf Innovationen an Windenergieanlagen. Die zur Verfügung gestellten Fördermittel sollen auch dazu verwendet werden, die Windenergienutzung in Deutschland – und gegebenenfalls in Exportmärkten insgesamt – verlässlicher, kostengünstiger und umweltverträglicher zu machen. Deshalb werden auch Innovationen hinsichtlich der Logistik und der Wartung, der Betriebsführung, aber ebenso der Versorgungssicherheit und der Resilienz gegenüber internen und externen Störungen beziehungsweise Angriffen und zur Wiederverwendung und dem Recycling von Anlagenkomponenten unterstützt.

Untersuchungen für ein besseres Verständnis der Windphysik, der Akustik der Windenergienutzung sowie für neue oder speziell angepasste Materialien – insbesondere zur Minimierung des Einsatzes kritischer oder knapper Rohstoffe – spielen ebenfalls eine zentrale Rolle. Dies umfasst auch Arbeiten zur Verbesserung der Standort­charakterisierung für neu zu errichtende Anlagen sowie die Minimierung von Störwirkungen gegenüber anderen technischen Einrichtungen, so dass die Ko-Nutzung von Flächen ermöglicht beziehungsweise verbessert wird. Auch das Repowering bestehender Standorte ist ein wichtiger Forschungsaspekt zur effizienten Nutzung der für die Windenergienutzung zur Verfügung stehenden Flächen.

Neben den genannten Untersuchungsgegenständen umfasst die Forschungsförderung des BMWK technische Innovationen für den Natur- und Artenschutz im Zusammenhang mit der Windenergienutzung sowie für die gesellschaftliche Akzeptanz. Am Rande können auch Betrachtungen neuer Markt- und Geschäftsmodelle beziehungsweise Formen der Beteiligung eine Rolle spielen.

2.1.2 Photovoltaik

Für das Erreichen der Energiewende- und Klimaschutzziele Deutschlands ist die Photovoltaik (PV) zusammen mit der Windenergie die wichtigste Quelle für die Produktion von elektrischem Strom. Die zunehmende Elektrifizierung aller Verbrauchssektoren wird den Strombedarf Deutschlands signifikant steigen lassen, da auf diese Weise auch die Dekarbonisierung des Mobilitäts- und des Wärmeversorgungssektors unterstützt wird. Hierfür muss ein umfang­reicher Ausbau der Photovoltaik, angefangen bei dezentralen Kleinanlagen im Kilowatt-Maßstab bis hin zu PV-Großkraftwerken im Megawatt-Bereich, erfolgen. Dies stellt mit Blick auf die notwendige Versorgungssicherheit hohe Anforderungen, nicht nur an die PV-Anlagen selbst, sondern an das Energiesystem im Allgemeinen. Zugleich werden die PV-Stromkosten zunehmend relevant für die Energiepreise insgesamt.

Förderfähig sind Vorhaben, die dabei helfen, den Einsatz der PV effizienter, kostengünstiger oder verlässlicher zu gestalten. Auch die Auflösung von Flächenkonkurrenzen, die Umweltverträglichkeit der PV oder die Erhöhung von deren Akzeptanz sind wichtige Ziele. Dabei sind auch nichttechnische Innovationen förderfähig, sofern sie sich an Projekte der angewandten technologischen Entwicklung angliedern.

Vor dem Hintergrund des notwendigen beschleunigten Ausbaus der PV stehen die PV-Produktionstechnologien im Fokus. Adressiert wird insbesondere die Entwicklung hocheffizienter, massenfertigungstauglicher Prozesse von der Bereitstellung der Roh- und Ausgangsstoffe bis hin zu Zell- und Modulkonzepten. Die angestrebten Innovationen sollen signifikante Kostensenkungspotenziale heben, beispielsweise durch die Entwicklung neuer Anlagengenerationen für kostengünstige, hocheffiziente Material-, Zell- und Modulkonzepte, integrierte Automatisierungslösungen und selbstüberwachende beziehungsweise selbststeuernde Fabrik-Layouts.

Die Performance auf Komponenten- und Systemebene ist ein weiterer Schwerpunkt der PV-Forschung. Ein hoher Anteil von PV-Strom bedingt auch eine hohe Verantwortung für eine verlässliche Energiebereitstellung. Damit verbunden sind Themen wie die Realisierung eines gesicherten Stromertrags einschließlich Ertragsprognostik sowie die Steigerung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit von PV-Systemen.

Neue PV-Materialien, Konzepte und Technologien stellen ebenso einen Hebel zur Kostensenkung und Steigerung der Umweltverträglichkeit dar. Der Nutzen und die Vorteile neuer Technologien müssen dabei klar erkennbar sein. Wichtige Aspekte können ein verringerter Materialeinsatz, die effiziente Herstellung und Verarbeitung oder höchste Wirkungsgrade und damit Kostenreduktionen auf Systemebene sein.

Die Einbindung des fluktuierenden PV-Stroms in die Stromnetze, die zunehmende Verknüpfung des Stromsektors mit Mobilität und Wärmeversorgung und die Auflösung von Flächenkonkurrenzen fordern eine umfassende Integration der PV. Einerseits werden dafür PV-Kraftwerke mit netzbildenden und netzdienlichen Eigenschaften benötigt, die auch dezentral lokale Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen unterstützen. Das schließt auch die umweltfreundliche Stromversorgung in Inselnetzen ein. Andererseits geht es um die Integration von angepassten PV-Modulen (IPV – Integrated PV), beispielsweise in bauliche Strukturen unter Einschluss innovativer Produktionstechnik bei architektonisch attraktiver Gestaltung und systemischer Einbindung in das Energiemanagementsystem des Gebäudes.

Die Gesamtentwicklung der PV erfolgt unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit. Basis ist eine ausreichende Ressourcenverfügbarkeit und die Minimierung des Einsatzes kritischer oder knapper Rohstoffe. Die Entwicklung einer konsequenten Recyclingstrategie ist eine weitere wichtige Grundlage. Ebenso sind Fragen der Akzeptanz und in diesem Zu­sammenhang auch der generellen Umweltverträglichkeit anzusprechen.

2.1.3 Geothermie

Die Geothermie stellt eine Schlüsseltechnologie der Energie- und Wärmewende dar. Sie steht ganzjährig und verlässlich zur Verfügung und kann einen wesentlichen Beitrag bei der Dekarbonisierung der Wärmeversorgung leisten. Unabhängig von der Tiefenlage (oberflächennah, mitteltief, tief) kann eine nachhaltige und resiliente Wärme- und Kältebereitstellung im Gebäudebestand, im Neubau sowie für industrielle Prozesse durch Geothermie erfolgen.

Das große Potenzial für eine klimaneutrale Wärmeversorgung ist bisher unzureichend erschlossen. Eine Hoch­skalierung der Geothermie hat einen bedeutenden Einfluss auf die Gestehungskosten der Wärmeenergie. Des Weiteren kommen der sektorübergreifenden Systemintegration sowie der Systemdienlichkeit der Geothermie eine wichtige Rolle zu.

Förderfähig sind Vorhaben, die dabei helfen, die Nutzung der Geothermie effizienter, kostengünstiger oder ver­lässlicher zu machen. Darunter fallen zum Beispiel die Neu- und Weiterentwicklung geothermiespezifischer Explorationsmethoden, Werkzeuge und Verfahren mit dem Ziel, die Bohr- und Komplettierungskosten zu reduzieren, die Optimierung von Materialien und Komponenten, insbesondere von Pumpen, Filtern und Rohren, die den typischen geothermischen Bedingungen genügen, Mess- und Monitoringsysteme, Minimierung induzierter seismischer Aktivität, Verfahren zum Schutz vor mineralischer Ausfällung und Korrosion, Einsatz von Erdwärmesonden und Großwärmepumpen zur bedarfsgerechten Wärmebereitstellung, Stimulationsverfahren zur Erschließung und Optimierung geothermischer Reservoire sowie innovative Erschließungskonzepte, ein nachhaltiges Reservoirmanagement und die Erschließung neuer Standorte für Geothermieanlagen. Dabei sind auch nichttechnische Innovationen und Aspekte der sozialen Akzeptanz förderfähig, sofern sie an Projekte der angewandten technologischen Entwicklung an­gegliedert sind.

Wesentliche Aspekte neben den technischen Fragestellungen der Wärmebereitstellung sind Fragestellungen zum wirtschaftlichen Betrieb der geothermischen Wärmeerzeugung und -speicherung wie auch die Integration in die Gebäudeversorgung, in regionale Wärmekonzepte, die Konversion bestehender konventioneller Fernwärmenetze und die Entwicklung dazu notwendiger Komponenten, Verfahren und Schnittstellen. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zur Geothermie weisen somit insbesondere Verbindungen zu den Förderbereichen Gebäude und Quartiere sowie Wärmenetze und Wärmespeicher auf. Darüber hinaus ist geothermische Wärmebereitstellung und -speicherung für Prozesswärme in der Industrie, zum Beispiel in Kombination mit anderen Wärmequellen und Wärmepumpen, ein weiterer Forschungsgegenstand.

Neben der Erzeugung spielt die Speicherung von Wärme eine zentrale Rolle bei der systemischen Einbindung sowie der Flexibilisierung und Stabilisierung des Energiesystems. Adressiert werden deshalb Untergrundspeicher als saisonale wie auch als situative Speicher. Eine Kopplung mit weiteren erneuerbaren Wärmequellen sowie Konzepte zur systemdienlichen Nutzung und Sektorenkopplung werden angestrebt. Neben den genannten Untersuchungs­gegenständen umfasst die Forschungsförderung des BMWK die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten für die Geothermie und damit die Vorbereitung neuer Geschäftsfelder. Dazu gehört die Kombination mit innovativen Technologien, zum Beispiel neuartigen Wärmepumpen, um beispielsweise hohe Prozesstemperaturen zu erreichen.

Die Förderung beschränkt sich nicht auf Innovationen an Geothermieanlagen und der entsprechenden Peripherie. Die zur Verfügung gestellten Mittel sollen auch dazu verwendet werden, die Geothermienutzung in Deutschland und gegebenenfalls in Exportmärkten durch zusätzliches Erfahrungswissen insgesamt planbarer und sicherer zu machen. Deshalb werden auch Innovationen hinsichtlich der Verfügbarkeit von geologischen Daten, der Risikominimierung, der Digitalisierung und Automatisierung sowie der digitalen Planungs-, Optimierungs- und Regelungswerkzeuge unterstützt. Darüber hinaus sind Aspekte der langfristigen Umweltverträglichkeit sowie des Boden- und Grundwasserschutzes wichtig.

2.1.4 Wärmepumpen und Kältetechnik

Die Wärmepumpe wird in absehbarer Zukunft eine herausragende Rolle für die Wärmebereitstellung in Deutschland einnehmen. Die Bundesregierung fördert den Einsatz von Wärmepumpen für die Elektrifizierung der Wärmeversorgung von Gebäuden, Wärmenetzen und Industrie.

Um den Technologiehochlauf im Gebäudesektor zu beschleunigen und nachhaltig zu gestalten, werden Forschungsprojekte gefördert, die dabei helfen, die Fertigung der Wärmepumpen sowie ihren Betrieb effizienter, umweltverträglicher, kostengünstiger und verlässlicher zu machen. Dies umfasst Forschung und Entwicklung zur Anwendung natürlicher Kältemittel mit geringem Treibhausgaspotenzial und zur Effizienzoptimierung von Komponenten, Kreislauf und Gesamtsystem sowie zur optimierten Betriebsführung. Energetische und akustische Optimierung der Geräte senken die Betriebskosten und verbessern auch die Akzeptanz der Technologie zur Wärmebereitstellung für Wohngebäude. Forschung und Entwicklung zur Optimierung der Fertigung und Standardisierung von Komponenten und Schnittstellen können ebenfalls zur Kostensenkung beitragen.

Weiterentwicklungen zur Systemauslegung und vereinfachten Installation können weitere Hemmnisse abbauen. Mit dem erwarteten Einsatz von elektrischen Wärmepumpen in einer großen Anzahl von Gebäuden steigen die Rückwirkungen auf das Stromsystem. Daher sollen Konzepte zum netzdienlichen Betrieb von Wärmepumpen und Speichern auf Gebäude- und Quartiersebene weiterentwickelt werden. Betrachtet wird dabei das Verhalten der Anlagen nicht nur als Reaktion auf steuernde Signale der Netzbetreiber, sondern auch hinsichtlich der Systemstabilität.

Nachhaltigkeitsaspekte wie die Verlängerung der Lebensdauer, Reparierbarkeit, Recyclingfähigkeit und das Ver­meiden energieintensiver und kritischer Rohstoffe sind aufgrund der großen Stückzahlen im Gebäudebereich von großer Bedeutung.

Großwärmepumpen kommen beim Ausbau der Fernwärmenetze zum Einsatz, um dort die fossilen Energiequellen abzulösen. Entscheidend für die Effizienz neuer Anlagen ist die Auslegung und Einbindung ins Gesamtsystem unter Berücksichtigung der Freiheitsgrade im Wärmenetz. Zusätzliche Forschungsaspekte bestehen unter anderem in der Weiterentwicklung von Großwärmepumpen mit dem Ziel, die Temperaturbereiche anwendungsgerecht auszuweiten, klima- und umweltfreundliche Kältemittel einzusetzen, Fertigungsprozesse zu skalieren und die Lebensdauer zu verlängern. Daneben ist ein flexibler und netzdienlicher Betrieb der Anlagen wichtig, zum Beispiel in Kombination mit Langzeit- und Kurzzeitspeichern zur bedarfsgerechten Wärmeversorgung. Auf diese Weise können Großwärme­pumpen für Lastmanagement zur Betriebskostenoptimierung oder als Systemdienstleistung bei gleichzeitig hoher Effizienz und Zuverlässigkeit genutzt werden.

Industrie-Wärmepumpen dienen der Bereitstellung von Prozesswärme auf niedrigem bis mittlerem Temperaturniveau. Ein Hemmnis für die Verbreitung der Technologie im Industriesektor ist die komplexe Planung, da die Wärmepumpe mit den am Standort vorhandenen Wärmequellen und -senken unterschiedlicher Temperatur und Wärmeleistung sowie gegebenenfalls einem Industrie-Wärmenetz oder Speichern zu verknüpfen und das Gesamtsystem auszulegen ist. Neben der reinen Anlagenentwicklung zur Senkung der Kosten und Erhöhung der Senkentemperaturen, auch über 200 Grad Celsius hinaus, wird für die Etablierung von Industrie-Wärmepumpen in der Breite auch methodische Forschung benötigt, mit der die Auslegung, Planung und Investitionsentscheidung vereinfacht werden kann.

Da der Kältebedarf im Gewerbe dauerhaft hoch sein und in absehbarer Zukunft insbesondere in der Gebäudeklimatisierung weiter zunehmen wird, besteht Forschungsbedarf in der Weiterentwicklung stromgetriebener Kompressions-Kälteanlagen zur Erhöhung der Effizienz und der Nutzung von klimaschonenden Kältemitteln. Insbesondere bei gewerblichen Kälteanlagen werden auch Fortschritte in alternativen Technologien erwartet, etwa bei der Sorptions­technologie oder der Magnetokalorik.

2.1.5 Produktion von Wasserstoff und Derivaten; Brennstoffzellen; Wiederverstromung

Erzeugung

Zur Herstellung von grünem Wasserstoff sollen unterschiedliche Erzeugungsverfahren weiterentwickelt und etabliert werden. Hierzu zählen sowohl Elektrolyseure mit unterschiedlichen Technologien als auch vielversprechende Alternativen, zum Beispiel strombasierte, solare, biologische beziehungsweise biochemische oder thermische Verfahren.

Gefördert werden innovative Ansätze von der Entwicklung und Qualifizierung von Materialien über Komponenten und Anlagen bis hin zum Pilotbetrieb von Anlagen zur Herstellung von Wasserstoff und seinen Derivaten in unterschiedlichen Einsatzbereichen. Betrachtet werden auch periphere Aggregate für die Kopplung von Systemen wie Armaturen, Sicherheitseinrichtungen, Verdichter sowie Anlagen zur Gasaufbereitung. Parallel werden die Vorbereitung der Skalierung von Systemen sowie Methoden zur Automatisierung und Serienfertigung unterstützt.

Modellierungsarbeiten unterstützen die Qualifizierung besser geeigneter Materialien, um zum Beispiel kritische Rohstoffe, wie Platin oder Iridium, oder umweltschädliche Stoffe, wie PFAS, zu substituieren. Gleichzeitig sollen die neuen Materialien beständig und leistungsfähig sein.

Intelligente, digitale Lösungen können die Betriebsführung von Anlagen im Rahmen eines größeren Energiesystems überwachen und optimieren. Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit sind entscheidende Faktoren für den Erfolg der Technologien und einen erfolgreichen Transfer in die Praxis.

Bei allen Technologien wird auf Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit Wert gelegt: Innovative Verfahren können die Ökobilanz verbessern und zum ressourceneffizienten Recycling beitragen, techno-ökonomische Analysen zeigen Zusammenhänge auf und vergleichen Technologien systematisch.

Ziele der Entwicklung sind Wartungsarmut und eine lange Lebensdauer der Anlagen. Konzepte zur Integration von Anlagen, bei denen die Abwärme oder die entstehenden Reaktionsgase genutzt werden, weisen Vorteile auf. Da die internationale Bedeutung von Wasserstofftechnologien steigt und der Markt wächst, müssen die Technologien und Anlagen an verschiedene klimatische Bedingungen und Einsatzumgebungen, hohen Kostendruck sowie dem Einsatzort entsprechende Umweltbelange angepasst werden.

Die Entwicklung von Wasserstofftechnologien wird durch die Standardisierung und die Normung für Bauteile, Verfahren, Prozesse, Sicherheitskonzepte und Produkte auch im internationalen Kontext unterstützt.

Aus grünem Wasserstoff lassen sich chemische Grundstoffe und Brennstoffe herstellen, zum Beispiel Methan, Methanol und Ammoniak. Der Bedarf an solchen klimaneutralen Derivaten wird künftig erheblich steigen. Das BMWK fördert Verfahren, welche die Herstellung von Derivaten aus Wasserstoff weiterentwickeln. Da der Import von Wasserstoff über Derivate erfolgen kann, ist auch die Rückgewinnung von reinem Wasserstoff ein Forschungsthema.

Bei strombasierten Verfahren müssen aufgrund ihrer kumuliert hohen elektrischen Leistung die Anlagen zwingend ein netzdienliches Verhalten aufweisen. Unter netzdienlich wird das Verhalten der Anlagen als Reaktion auf steuernde Signale der Netzbetreiber, aber insbesondere auch deren Eigenschaften im Bereich Systemstabilität verstanden.

Brennstoffzellen und effiziente Rückverstromung von Wasserstoff

Die chemische Energie des Wasserstoffs wird in Brennstoffzellen hocheffizient und hochflexibel in Strom und Wärme gewandelt. Daher sind Brennstoffzellen eine wichtige Technologie für ein klimaneutrales Energiesystem. Fördermittel werden für die Weiterentwicklung aller Arten von Brennstoffzellen und -systemen bereitgestellt.

Das BMWK fördert die Entwicklung und Optimierung sowie die Herstellung und Industrialisierung von Brennstoff­zellen-Systemen und ihrer Peripherie, einschließlich Tanks, über ein breites Einsatzspektrum. Brennstoffzellen sollen auch für Kraftwerke der Megawatt-Klasse weiterentwickelt werden. Bei allen Technologien wird auf Maßnahmen zur Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit Wert gelegt, die Recycling und zirkulare Wirtschaft umfassen.

Mit Wasserstoff betriebene Kraftwerke auf der Basis von Gasturbinen oder von gekoppelten Prozessen mit Gas- und Dampfturbinen können eine effiziente, stabile und bedarfsgerechte Versorgung mit elektrischer Energie im Zusammenwirken mit den Erneuerbaren ermöglichen. Solche wasserstofffähigen Gaskraftwerke gleichen mit ihrer flexiblen Betriebsweise Bedarfsüberhänge aus und überbrücken Phasen ohne Einspeisung aus Erneuerbaren als sicherheitsrelevanter Rückhalt für das Energiesystem.

Forschungsthemen sind die technische Ertüchtigung von Gasturbinen und Gasmotoren, sofern sich besonderer Entwicklungsbedarf im Zusammenhang mit dem Einsatz von Wasserstoff oder synthetischen Brennstoffen ergibt, etwa im Hinblick auf die weitere Flexibilisierung ihres Betriebes sowie die Erhöhung ihrer Effizienz und die Verlängerung ihrer Lebensdauer.

2.1.6 Solarthermie

Solarthermie ist eine effiziente Erzeugungstechnologie für eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Sie bietet das Potenzial für die nachhaltige Senkung der Wärmegestehungskosten sowie emissionsfrei und direkt erzeugte Wärme. Die Forschungsförderung zielt darauf ab, innovative und nachhaltige wirtschaftliche Lösungen für eine effiziente Integration der Solarthermie in multivalente dezentrale und in netzgebundene Wärmeversorgungssysteme zu ent­wickeln. Anwendungen umfassen Neubau und Bestand von Gebäuden und Quartieren ebenso wie Prozesswärme in Gewerbe und Industrie. Gefördert werden Arbeiten auf Komponenten- und auf systemischer Ebene, von der Entwicklung notwendiger Werkzeuge über innovative Simulations- und Messmethoden bis hin zum Nachweis der Wirtschaftlichkeit durch Erprobung, Demonstration und Feldtests.

Forschungsbedarf besteht in der Entwicklung von Systemlösungen im Gebäudebereich für das effiziente Zusammenspiel mit Wärmepumpen für den Neubau und die Bestandssanierung sowie in Konzepten für die kostengünstige Erreichung von hohen solaren Deckungsanteilen bis hin zur solarthermischen Vollversorgung. Eingeschlossen sind weitere Entwicklungen von kostengünstigen photovoltaisch-thermischen Kollektoren (PVT). In diesem Kontext stehen auch Ansätze zur Entlastung der Netze durch die Nutzung der Solarthermie, auch in Verbindung mit Wärmespeichern und netzdienlich betriebenen Wärmepumpen. Ein Fokus liegt auf der konsequenten Weiterentwicklung von nachhaltigen Konzepten für die Integration der Solarthermie in komplexe Wärmenetze. Zudem gilt es, die Nutzungsmöglichkeiten der Solarthermie in Deutschland zu erweitern auf die Bereitstellung von Prozesswärme im niedrigen bis mittleren Temperaturbereich, wofür auch innovative Systemlösungen mit Industrie-Wärmepumpen und Wärmespeicher­systemen benötigt werden.

Solarthermische Kollektoren bieten für die spezifischen Einsatzbereiche, das heißt Nieder- und Hochtemperaturanwendungen beziehungsweise konzentrierende und nichtkonzentrierende Strahlungsaufnahmen, hinsichtlich Effizienz und Ressourcenschonung, Lebensdauer und Recyclingfähigkeit sowie bezüglich kostengünstiger und energiesparender Herstellung und Materialverwendung vielfältige Weiterentwicklungspotenziale. Dies gilt insbesondere für linienfokussierende Systeme (Parabolrinnen-, Fresnel-Anlagen) und punktfokussierende Systeme (solare Turmkraftwerke).

Durch die Integration von thermischen Energiespeichern kann die Wärme auch zu Zeiten, in denen die Sonne nicht scheint, in industriellen Prozessen oder Wärmenetzen eingesetzt oder in solarthermischen Kraftwerken in Strom umgewandelt werden. Die Entwicklung technologieübergreifender Konzepte und Pilotprojekte zur kostenoptimierten und verbrauchsorientierten Energiebereitstellung, etwa in Kombination der Solarthermie mit Photovoltaik, Wind, Biomasse und -gas, soll zu einer weiteren Diversifizierung und damit Erhöhung der Resilienz der Energieversorgung führen.

Solarthermische Kraftwerke bieten in sonnenreichen Regionen der Erde mit einem hohen Anteil an Direktstrahlung eine vielversprechende Option, Wärme und Strom kostengünstig und nach Bedarf bereitzustellen. Förderfähig sind Vorhaben, die dabei helfen, den Einsatz der solarthermischen Kraftwerkstechnologie effizienter, kostengünstiger oder verlässlicher zu gestalten, um die Technologie für die drei Sektoren Strom, Wärme und Produktion chemischer Energieträger im Markt zu etablieren und die Exportmöglichkeiten für die Unternehmen zu verbessern. Die technologische Weiterentwicklung von Schlüsselkomponenten der solarthermischen Kraftwerke soll die Lebensdauer, Betriebssicherheit und Wartbarkeit verbessern.

Bei hoher solarer Einstrahlung bietet die bedarfsgerechte Bereitstellung von solarer Prozesswärme im Mittel- und Hochtemperaturbereich in Industrieprozessen unter Verwendung von passenden Wärmespeichern ein weiteres Forschungsfeld. Solarthermische Verfahren für die Produktion von chemischen Energieträgern sind in diesem Zusammenhang eine sinnvolle Ergänzung von elektrisch betriebenen Prozessen. Die Einkopplung von Solarstrom und -wärme bietet ein breites Anwendungsfeld, unter anderem für die Hochtemperatur-Elektrolyse.

2.1.7 Energetische Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe

Bioenergie ist gasförmig, flüssig oder als Festbrennstoff flexibel in allen Sektoren einsetzbar und trägt bereits heute zur klimafreundlichen Energieversorgung und zur Versorgungssicherheit bei. Sie ist zudem transport-, lager- und speicherfähig, wodurch Bioenergieanlagen und die kaskadierte Bioenergienutzung für das zukünftige Energieversorgungssystem Deutschlands und dessen Resilienz wichtig sein werden. Biomasse ist jedoch nur begrenzt verfügbar und unterliegt in zunehmendem Maße stofflichen und energetischen Nutzungskonkurrenzen. Das BMWK fördert ausschließlich Vorhaben zur energetischen Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe.

Damit die Energiewende- und Klimaschutzziele erreicht werden können und bisher ungenutzte biogene Rest- und Abfallstoffe auch energetisch nutzbar werden, sind weitere Forschungsaktivitäten im Forschungsbereich Bioenergie notwendig. Dabei ist ein systemeffizienter und kaskadierter Einsatz gemäß der Nationalen Biomassestrategie der Bundesregierung unabdingbar.

Förderfähig sind Vorhaben, die dabei helfen, die energetische Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe effizienter, emissionsärmer und kostengünstiger zu machen und die Resilienz eines zunehmend auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystems zu verbessern, insbesondere durch Systeme zur Spitzenlastdeckung.

Die Bandbreite förderfähiger Vorhaben im Bereich der Bioenergie umfasst alle Bioenergietechnologien und thermochemischen, physikalisch-chemischen sowie biochemischen Umwandlungsverfahren (beispielsweise Vergärung, Faulung in Kläranlagen, Vergasung, Feuerung) bis hin zu Herstellungsverfahren von fortschrittlichen Biokraftstoffen sowie biogenem Wasserstoff, die einer Erweiterung des Substrateinsatzspektrums hinsichtlich biogener Rest- und Abfallstoffe dienen.

Eine wichtige Rolle spielt der Einsatz von Bioenergieanlagen bei der Defossilisierung der Wärmeversorgung in der Industrie, sofern die industrielle Prozesswärme nicht ausreichend durch elektrisch erzeugte Wärme oder alternative Wärme aus anderen erneuerbaren Quellen kompensiert werden kann. Die Substitution von fossilen Energieträgern kann dann durch den sinnvollen Biomasseeinsatz zur Wärmeerzeugung im Mittel- und Hochtemperaturbereich für die industrielle Prozesswärme erfolgen, insbesondere, wenn in Biomasse enthaltener Kohlenstoff für den industriellen Prozess eingesetzt wird.

Biogene und synthetische Energieträger können zudem in einem defossilisierten Wärmenetz als Reserve dienen und Spitzenlasten abdecken. Zusätzlich ist auch die praktische Erprobung und Demonstration der CO₂-Abscheidung und -Nutzung beziehungsweise -Speicherung mit BECCUS (bioenergy with carbon capture and utilization or storage) eine Option für neutrale CO₂-Kreisläufe sowie für das Erreichen negativer CO₂-Emissionen und daher in Kombination mit der energetischen Nutzung biogener Stoffströme förderfähig.

Eine große Bedeutung spielt die systemrelevante Flexibilisierung von Bioenergieanlagen bei gleichzeitig hoher Gesamteffizienz, um die Versorgungssicherheit auch in einem dezentralen Energiesystem gewährleisten zu können, das weitestgehend auf erneuerbaren Energien basiert.

2.2 Energieinfrastruktur für Transport und Speicherung

2.2.1 Stromnetze und Stromspeicher

Wichtige Schritte zur Defossilisierung des Energiesystems sind die zunehmende Elektrifizierung der verschiedenen Sektoren sowie ein steigender Anteil erneuerbarer Energien an der Stromproduktion und die Zwischenspeicherung von Strom über verschiedene Zeitintervalle. Die dadurch stetig steigende Anzahl der Stromverbraucher und dezentralen Stromerzeugungsanlagen müssen effizient in das Stromnetz integriert werden. Dabei sind die volatile Stromproduktion und der Verbrauch in Einklang zu bringen. Das Stromnetz soll diesen wachsenden Anforderungen gerecht werden. Zudem müssen weiterhin Systemsicherheit, Systemstabilität und Versorgungsqualität auf höchstem Niveau und in wirtschaftlicher Weise sichergestellt werden.

Gefördert werden Vorhaben, die darauf abzielen, die wachsende Anzahl an Stromverbrauchern und Erzeugungs­anlagen effizient, kostengünstig und netzdienlich auf verschiedenen Spannungsebenen in das Stromnetz zu integrieren und dabei die Systemsicherheit und Versorgungsqualität zu gewährleisten. Dabei greift die angewandte Forschungsförderung unter anderem die Ergebnisse der Roadmap Systemstabilität³ auf und legt einen besonderen Schwerpunkt auf die Weiterentwicklung und Integration von stromrichterbasierten Anlagen mit netzbildender Funktion.

In einem vollständig defossilisierten Energiesystem sind auch die bisher überwiegend von konventionellen Kraft­werken erbrachten Systemdienstleistungen klimaneutral zu erbringen. Konzepte und Technologien sollen erforscht werden, wie stromrichterbasierte Anlagen und flexible Verbraucher auch im Zusammenspiel mit neuen Regel­strategien und Marktmechanismen die konventionelle Erbringung von Systemdienstleistungen ersetzen können. Daneben spielt Flexibilitätsmanagement eine zunehmend wichtige Rolle für das Engpassmanagement. Im Zuge der Sektorenkopplung entsteht ein wachsendes Flexibilitätspotenzial in Form von dezentralen, steuerbaren Lasten, insbesondere zeitnah im Wärmesektor mit der absehbar steigenden Zahl von Wärmepumpen und Wärmespeichern verschiedener Leistungsklassen beziehungsweise Kapazitäten sowie auch im Mobilitätssektor mit dem zügigen Ausbau netzdienlich betreibbarer Ladeinfrastruktur. Dabei müssen die Integration dieser Dienstleistungen in die unterschiedlichen Märkte für elektrische Energie gestaltet sowie innovative und nachhaltige Geschäftsmodelle entwickelt werden.

Eine weitere zentrale Aufgabe besteht in der Neu- und Weiterentwicklung von modernen Betriebsmitteln wie beispielsweise Stromrichtern, intelligenten Transformatoren, Übertragungs- oder Leitungstechnik (auch für Hochtemperatur­supraleitung). Neue Netzstrukturen erfordern auch die Einführung neuer Überwachungs- und Testverfahren für Netzbetriebsmittel.

Die Optimierung der Betriebsführungskonzepte ist von entscheidender Bedeutung, um die Zuverlässigkeit der Energieinfrastruktur zu erhöhen, Ausfälle von Betriebsmitteln in allen Netzebenen zu verringern sowie eine bessere Auslastung von Bestandsnetzen zu ermöglichen. Dabei spielen neue Informationstechnologien eine Schlüsselrolle. Hier gibt es insbesondere noch Forschungsbedarf zu den Steuerungs- und Überwachungs-/​Monitoringsystemen und zu Prognoseverfahren. Auch bei der integrierten Netzplanung spielen unter anderem neue Informationstechnologien eine wichtige Rolle.

Gleichzeitig stehen bei allen Weiterentwicklungen der zentralen IT-Systeme und der dezentralen Einrichtungen, wie etwa Smart-Meter-Gateways, die Resilienz und Sicherheit des vernetzten Gesamtsystems im Vordergrund.

Stromspeicher puffern Energieüberflüsse aus erneuerbaren Quellen und tragen somit zur Netzstabilität, Flexibilität und zur effizienten Integration erneuerbarer Energien bei. Das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten umfasst zum Beispiel die Nutzung im öffentlichen Stromnetz zur Stabilisierung des Netzzustands und für Systemdienstleistungen, als Heimspeicher oder in Industrie und Gewerbe zur Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils und zur Verbesserung des Energiemanagements sowie die Einbindung in Sektorenkopplungsprojekte. Diese breit gefächerten Aktivitäten sind ent­scheidend, um die Potenziale von Stromspeichern in verschiedenen Anwendungsfeldern optimal auszuschöpfen.

Die Bandbreite der förderfähigen Vorhaben umfasst Themen von der Batteriezelle bis zum gesamten System einschließlich Leistungselektronik, die sowohl der Weiterentwicklung von einzelnen Technologien als auch der prak­tischen Erprobung in den verschiedenen Anwendungsfällen dienen.

Um Stromspeicher für spezifische Anwendungen zu optimieren, soll auf innovative Materialien und Komponenten gesetzt werden, die einen stabilen Betrieb gewährleisten und dabei höchste Sicherheitsstandards erfüllen. Eine positive Umweltbilanz und die Verwendung von gut verfügbaren, nicht kritischen Rohstoffen sind ebenfalls wichtige Ziele. Mit Blick auf die steigenden Speicherkapazitäten wird es zunehmend wichtiger, umweltverträgliches und wirtschaftliches Recycling verfügbar zu machen und Konzepte der Kreislaufwirtschaft zu etablieren, auch um auf diese Weise Rohstoffabhängigkeiten entgegenzuwirken. Dies schließt auch Konzepte zur Nachnutzung der Energiespeicher („Second Life“) am Ende der primären Einsatzphase ein.

Die Entwicklung eines geeigneten Lade-, Speicher- und Energiemanagements ist von zentraler Bedeutung, um die Effizienz, Leistung und Lebensdauer der Speicher zu steigern.

Für alle Arten von elektrischen Speichern sollen Materialien, Komponenten, Systeme und Betriebsstrategien im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit weiterentwickelt werden. Sensorik und intelligente Steuerungssysteme, welche mit standardisierten Schnittstellen Betriebsdaten von Zellebene bis zur Anwendungsebene verknüpfen, erlauben einen sicheren und netzdienlichen Betrieb der Speicher.

Des Weiteren werden Themen wie die Hochskalierung von Anlagen und Komponenten für größere Anwendungen, Nachnutzungskonzepte für Kraftwerksstandorte und die Mehrfachnutzungsmöglichkeiten von Speichern erforscht. Die Forschung zur Optimierung der Produktionsprozesse und Recyclingverfahren unterstützt die Nachhaltigkeit der (energie-)wirtschaftlichen Transformation.

2.2.2 Wärme- und Kältenetze, Wärme- und Kältespeicher

Netze und Speicher für Wärme und Kälte sind wesentliche Elemente, um künftig eine vollständig erneuerbare und grundlastfähige Wärme- und Kälteversorgung zu erreichen. Die leitungsgebundene Wärme- und Kälteversorgung ermöglicht eine effiziente Nutzung multipler Energiequellen und bietet das Potenzial, eine klimafreundliche Versorgung wirtschaftlich umzusetzen. In der Kombination mit Speichersystemen ist sie insbesondere in urbanen Räumen eine wesentliche Säule für die Defossilisierung, die Sektorenkopplung und die Flexibilisierung des Wärmesektors.

Im Fokus der Förderung stehen dabei sowohl bestehende Fernwärmenetze und deren Transformation als auch innovative Netztypen auf niedrigen Temperaturniveaus bis hin zu kalter Nahwärme und bidirektionaler Wärme-/​Kälte­netznutzung. Notwendige Forschungsarbeiten umfassen Aspekte der Komponentenentwicklung, Betriebsführung, Digitalisierung, Identifikation geeigneter Wärmequellen und -senken sowie Einbindung in Vorgänge zur kommunalen Wärmeplanung.

Wärme- und Kältenetze müssen auf neue Temperaturniveaus eingestellt werden und auf volatile Einspeisung durch multiple Quellen vorbereitet werden. Dies erfordert digitale Methoden zur Planung und Betriebsoptimierung, dynamische und prädiktive Betriebssteuerung beziehungsweise Einsatzplanung, Integration von Großwärmepumpen und -speichern, Lastmanagement sowie die systemische Kopplung von Wärme-, Kälte- und Stromversorgung.

Bei der Leitungstechnik sind Sanierung und Instandhaltung von Bestandsnetzen an neue Temperatur- und Strömungsanforderungen anzupassen. Auch Fragen zu Resilienz, Back-up-Systemen und Aspekten der Versorgungssicherheit sind zu adressieren.

Die Versorgung mit Prozesswärme und -kälte im industriellen Umfeld trifft auf zusätzliche Herausforderungen, die nicht allein in der Höhe von Temperaturen und Leistungen begründet liegen. Die industriellen Thermoprozesse be­nötigen für die Prozesssicherheit eine zuverlässige Wärme- und Kältebereitstellung. Die Prozesse stellen aber auch unvermeidbare Abwärme beziehungsweise Restkälte zur Verfügung. Die Forschung soll Methoden entwickeln, um die industriellen Wärme- und Kältenetze sowie die Anbindung der komplexen Systeme an Nah- und Fernwärme unter Einbindung von Wärme-/​Kältespeichern und -pumpen so flexibel und resilient auszulegen und zu betreiben, dass die Anforderungen der Unternehmen sichergestellt und der Betrieb für die Netzbetreiber optimiert werden.

Die Entwicklung und Demonstration klimaneutraler Wärme- und Kältenetze sollen sowohl für das urbane als auch das industrielle Umfeld erfolgen. Dabei sollen Blaupausen für typische Konstellationen von Wärmequellen und -abnehmern sowie Netztypen entwickelt werden, um Methoden für Best-Practice-Ansätze bis hin zur Modularisierung, Standardisierung und Qualitätssicherung der Netzplanung, -errichtung und -transformation zu erarbeiten.

Wärme- und Kältespeicher tragen durch zeitlich flexiblen Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage sowie Verknüpfung verschiedener Energiequellen und Sektoren zu einer robusten und resilienten Energieversorgung bei. Sie werden eine entscheidende Rolle insbesondere bei der Kopplung des Stromsektors mit dem Wärmesektor sowie bei der Nutzung unvermeidbarer Abwärme spielen.

Die Forschung im Bereich der Wärme- und Kältespeicher umfasst Themen von der Materialentwicklung über die Speicherkomponenten bis zur Systemintegration, Betriebsführung und Wirtschaftlichkeit. Einbezogen sind alle Speicherarten, das heißt sensible, Latentwärme- und thermochemische Speicher sowie Kurz-, Mittel- und Langzeitspeicher mit Speicherdauern von Viertelstunden bis hin zu mehreren Monaten (saisonale thermische Speicher, einschließlich großer geothermischer Speichersysteme). Ebenso werden alle Temperaturbereiche von Kältespeichern über Niedertemperatur- bis hin zu Hochtemperaturspeichern adressiert.

Die Materialforschung umfasst sowohl die Speichermedien als auch Materialien für die Speicher und ihre Komponenten, beispielsweise auch effiziente Wärmeübertrager und Dämmung. Besonderes Augenmerk liegt auf Verfügbarkeit, Kosten, Stabilität, Umweltverträglichkeit und Recycling der Materialien.

Die Komponentenentwicklung konzentriert sich auf die Verbesserung der thermischen Performance, flexible Be- und Entladung, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit, aber auch auf Lebenszyklusanalyse (LCA) und Kostenreduktion. Die Fertigungsprozesse müssen optimiert werden, durch Automatisierung und Modularisierung der Produktion von massentauglichen Speichern, und die Systeme skaliert werden.

Für die Systemintegration thermischer Energiespeicher ist die optimale An- und Einbindung zu untersuchen. Neue Speicherkonzepte, wie zum Beispiel Hochtemperaturspeicher für den industriellen Einsatz, Power-to-Heat-to-Power-Lösungen oder hybride Speichersysteme für die Bereitstellung von Wärme und Strom sollen entwickelt und zur Anwendung gebracht werden. Zur Betriebsoptimierung von Speicher und Gesamtsystem und für das Lastmanagement innovativer Speicherkonzepte in Gebäuden, industriellen Prozessen oder Wärme- und Kältenetzen sollen auch neue Methoden, wie der Einsatz selbstlernender Systeme, untersucht werden.

Zur Unterstützung der Überführung der Ergebnisse in die Praxis sind anwendungsnahe und fertigungsgerechte Auslegungstools, Standardisierte Schnittstellen und Auslegungsmethoden sowie Tools zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit thermischer Speicher zu entwickeln.

2.2.3 Wasserstoffspeicherung und -transport

In Zukunft wird eine resiliente, leistungsfähige, gut durchdachte Infrastruktur benötigt, um Wasserstoff und seine Derivate bedarfsgerecht zur Verfügung zu stellen. Die Forschungsförderung kann dazu beitragen, diesen Aufbau vorzubereiten.

Die Bandbreite förderfähiger Themen umfasst den leitungsgebundenen wie auch den mobilen Transport per Bahn, Lkw oder Schiff und die Speicherung in Tanks oder anderen Medien bis hin zur saisonalen, großvolumigen Speicherung, beispielsweise im Untergrund. Dabei stehen die Optimierung der Materialien, Komponenten und Anlagen bis hin zu Betriebskonzepten im Fokus.

Ein weiterer Forschungsaspekt sind innovative Methoden zur Umrüstung und Sicherheitsbetrachtung von vorhandenen Erdgasleitungen und Erdgasspeichern auch im geologischen Untergrund auf Wasserstoff. Gefördert werden ebenso Innovationen und Weiterentwicklungen zum Beispiel bei Leitungstechnik, Drucktanks und der Speicherung in Trägermedien (zum Beispiel LOHC, Methanol, Ammoniak, Metallhydriden), auch im Hinblick auf eine Optimierung der Wärmeströme.

Bei der Infrastruktur spielen Forschung für geeignete, langlebige, robuste und umweltverträgliche Materialien eine wichtige Rolle. Effizienzsteigerung und reduzierte Kosten sind wichtige Forschungsziele, wie auch die Vorbereitung der Hochskalierung von Systemen. Die Sicherheit der Technologien steht ebenso im Fokus. Dazu werden Entwicklungen gefördert, beispielsweise neue zerstörungsfreie Prüfmethoden und Überwachungskonzepte oder Maßnahmen, welche die Dichtigkeit gewährleisten. Gefördert werden auch Technologien zur Handhabung sowie Aggregate für die Kopplung von Systemen wie Armaturen, Verdichter und Anlagen zur Gasaufbereitung.

Für die systemische Infrastrukturplanung sind Simulations- und Optimierungsmodelle als zusätzliche Aspekte in Projekten förderfähig. Sie sollen die Bedarfe, aber auch Nutzungskonkurrenzen der Sektoren berücksichtigen. Relevante Standorte und die internationale Anbindung für Im- und Exporte sind dabei wichtige Faktoren, ebenso wie Natur­verträglichkeit und soziale Akzeptanz.

2.3 Energienutzung und Energieeffizienz

2.3.1 Gebäude

Den Klimazielen entsprechend müssen Gebäude bis 2045 klimaneutral über den gesamten Lebenszyklus von Errichtung, Betrieb und Rückbau sein. Da etwa 85 Prozent des Primärenergieverbrauchs des gesamten Gebäudesektors für die Bereitstellung von Raumwärme und Trinkwarmwasser benötigt wird, muss insbesondere der Wärmebedarf insgesamt reduziert und komplett auf eine erneuerbare Versorgung umgestellt werden. Effizienzmaßnahmen, Sektorenkopplung und eine verbesserte Integration erneuerbarer Energien in die Energiemanagementsysteme von Gebäuden müssen daher parallel angegangen werden. Dem netzdienlichen Betrieb und dem Zusammenspiel von Gebäuden, erneuerbarer Wärme- und Kältebereitstellung, Wärme- beziehungsweise Kältenetzen, thermischen Speichern und Quartieren kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu. Erforscht werden sollen Konzepte, wie die bei Neubau und Modernisierung benötigte graue Energie minimiert werden kann, etwa indem die Materialien erfasst und für die Betriebs- und Rückbauphase digital verfügbar gemacht werden.

Bei der Entwicklung von Bau- und Dämmmaterialien werden auch Herstellung, Verarbeitung, Montage und Recycling betrachtet. Dabei werden Lösungen bevorzugt, die einen geringen Einsatz grauer Energie, geringe graue Emissionen und eine effiziente Produktion und Installation mit Langlebigkeit und guter Rückbau- sowie Nachnutzbarkeit ver­binden. Es sind Einflussgrößen wie Materialverfügbarkeit, Herstellungskosten sowie die Nutzung lokaler Ressourcen und Umweltverträglichkeit zu berücksichtigen.

Durch den Klimawandel spielt auch für Deutschland die sommerliche Gebäudetemperierung durch Wärmeschutzmaßnahmen und Kühlung eine immer größere Rolle. Hier sind aktive und passive Maßnahmen standortangepasst und in Kombination (gegebenenfalls mit Kältespeichern und -netzen) zu untersuchen. Auch Aspekte wie Tageslichtlenkung oder Maßnahmen der Klimaanpassung (etwa Gebäudebegrünung) bilden dabei wichtige Bausteine.

Im Bereich der technischen Gebäudeausrüstung sind kostengünstige, hocheffiziente und klimaneutrale Systeme mit herstellerunabhängigen, standardisierten Anschlüssen zu entwickeln. Standardisierte digitale Schnittstellen ermög­lichen einfache Installation und Wartung und sichern Resilienz und langfristige Verfügbarkeit. Sowohl bei Neuentwicklungen als auch beim Einsatz kommerzieller Komponenten soll dabei eine optimale Systemintegration aller ver­wendeten Technologien erreicht sowie die Gesamteffizienz des Systems Gebäude gesteigert werden. Innovative Konzepte zur Betriebsführung durch dynamische Betriebssteuerung, prädiktive Regelung und Wartung sowie die Kopplung von Messung und Simulation sollen weiterentwickelt werden. Diese werden ergänzt durch wissenschaft­liches und ökonomisches Monitoring inklusive Nutzung der Messdaten für Betriebsoptimierungen. Bei der Auslegung der Systeme ist die Speicherung und Lastverschiebung auf verschiedenen Zeitskalen (tageszeitlich bis saisonal) zur optimalen Nutzung regenerativen Stroms sowie aller wirtschaftlich verfügbaren Wärmequellen wie beispielsweise Umweltwärme, Geothermie, Solarthermie sowie unvermeidbare Abwärme zu implementieren. Energiemanagementsysteme auf Gebäudeebene bilden dabei eine wichtige lokale Ebene für die netzdienliche und netzreaktive Stromnutzung, indem lokale Produktion und Verbrauch (Strom, Wärme, Elektromobilität) koordiniert werden.

Der Ergebnistransfer wird unterstützt, indem auch sozioökonomische Fragestellungen wie die Kostenverteilung bei notwendigen Modernisierungsmaßnahmen, innovative Flächennutzungskonzepte oder Anpassungsmöglichkeiten an den demografischen Wandel berücksichtigt werden. Dabei ist die Perspektive der künftigen Nutzenden, Betreibenden und Konzeptionierenden der neuen Technologien bereits bei der Technologieentwicklung zu berücksichtigen. Durch Demonstrationsprojekte sollen alle betroffenen Stakeholder (zum Beispiel Eigentümerinnen und Eigentümer, Mietende, Bauträger, Wohnungswirtschaft, -verwaltungen, Handwerk, Planende, Kommunen und Stadtwerke) überdies Erfahrung mit den neuen Technologien gewinnen. Geförderte Projekte sollen lokale Energiequellen effizient und systemdienlich nutzen und gleichzeitig so angelegt sein, dass die Grundkonzepte leicht auf abweichende Um­gebungsbedingungen übertragbar sind. Sie sollen die Umsetzung von Forschungsergebnissen beschleunigen und mögliche Hemmnisse identifizieren. Als Teil des Hemmnisabbaus werden auch die Wirkung rechtlicher Rahmen­bedingungen und wirtschaftlicher Konzepte beziehungsweise Geschäftsmodelle sowie innovative Methoden zur Unterstützung von Planungs- und Investitionsentscheidungen in den Blick genommen. Der Fokus liegt dabei auf der bestandswahrenden Transformation bestehender Gebäude.

2.3.2 Quartiere

Die Wärme- beziehungsweise Energieplanung in Quartieren sowie deren Umsetzung vor Ort sind entscheidende Maßnahmen, um die Klimaschutzziele in Deutschland zu erreichen. Im lokalen Energiesystem im Quartier werden Strategien und Maßnahmen der Verbrauchsreduktion, der Steigerung der Energieeffizienz und der Nutzung erneuerbarer Energien unter integrierter Betrachtung von Gebäuden, Verbrauchsgewohnheiten und technischen Infrastrukturen entwickelt. Entsprechend steigt der Koordinationsbedarf zwischen Akteuren mit unterschiedlichen fachlichen und aufgabenbezogenen Hintergründen. Die Erarbeitung energetischer Quartierskonzepte unter der Federführung der Kommunen und in Kooperation mit der Wissenschaft und die Umsetzung dieser Konzepte im Rahmen von Demonstrationsprojekten bleibt ein wichtiger Bestandteil der Energieforschung. Angesichts der zunehmenden Urbanisierung und regionalen Unterschiede in Deutschland sind vielfältige, flexible und nachhaltige Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz und zum Klimaschutz von entscheidender Bedeutung. Dies erfordert systemische Ansätze zur Integration erneuerbarer Energien in Heiz- und Kühlsysteme, die Betrachtung von Lösungsansätzen über den ge­samten Lebenszyklus sowie eine digitale Vernetzung der Energieinfrastruktur.

Im Forschungsbereich sollen nachhaltige und übertragbare Lösungen für Wärme- und Kälteerzeugung, -verteilung und -speicherung sowie für netzdienliche Energienutzung und lokale Sektorenkopplung aufgezeigt werden. Ein Fokus liegt dabei auch auf der bestandswahrenden Transformation bestehender Strukturen. Im Kontext der kommunalen Wärmeplanung wird die systemische energetische Quartiersentwicklung an Bedeutung gewinnen. Dazu soll der bisherige Forschungshorizont um Themen der urbanen Resilienz erweitert werden. Damit sollen Wege zum robusten, adaptiven und zukunftsfähigen Quartier im systemischen Zusammenhang erforscht und umgesetzt werden können. Kritische Ver- und Entsorgungsinfrastruktur muss dafür besonders robust und redundant gestaltet werden.

Für die Umstellung der Energieversorgung auf die Nutzung erneuerbarer Energien und unvermeidbarer Abwärme ist auf Ebene der Quartiere eine strategische übergeordnete Planung nötig. Diese legt beispielsweise fest, welche Quartiere dezentral oder leitungsgebunden mit Wärme versorgt werden sollen und in welcher Weise erneuerbare Energien und unvermeidbare Abwärme bei Erzeugung und Verteilung genutzt werden können. Dabei sollen innovative Quartierskonzepte auch für die Anwendung in Bestandsgebieten erarbeitet werden. Die Methodik soll dabei auch mit Blick auf eine Übertragbarkeit der Ergebnisse entwickelt werden, indem lokale Gegebenheiten und Bedürfnisse abstrahiert werden. Demonstrationsprojekte sollen maßgeblich zur beschleunigten Transformation und dem Erreichen der urbanen Wärmewende beitragen, indem sie als Blaupausen für andere Quartiere dienen können.

Im Zusammenhang mit Vorhaben der Transformation von Quartieren, die in anderen Förderprogrammen investiv gefördert werden, können in der angewandten Energieforschung begleitende Forschungsaufgaben (etwa Vorbereitung und Optimierung der technischen Verfahren, Untersuchung der sozioökonomischen Auswirkungen) gefördert werden.

2.3.3 Industrie und Gewerbe

Als einer der wesentlichen Verbrauchssektoren weist der effiziente Energieeinsatz in Industrie, Gewerbe, Handel und bei Dienstleistungen (IGHD) ein entscheidendes Potenzial bei der globalen Senkung der THG-Emissionen und der Erreichung der Klimaziele auf. Industrieprozesse in allen Branchen und Technologiebereichen müssen, unter Bei­behaltung der Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit, an die sich verändernde Energiebereitstellung angepasst werden. Forschungsziele sind: Umstellungen auf die Nutzung erneuerbarer Energien (insbesondere Strom und Wasserstoff, aber auch erneuerbare Wärme aus Geothermie und Solarthermie), die Senkung des Energie- und Ressourcenverbrauchs, die Steigerung der Gesamteffizienz sowie die Erhöhung der Flexibilität und der Resilienz der Industrieproduktion. Damit kann die Industrie als Energieverbraucher und -lieferant auch systemdienlich zur Sicherheit und Resilienz des Energiesystems beitragen. Eine besondere Herausforderung im Bereich IGHD ist es, einen best­möglichen Kompromiss zwischen der genutzten Energieart und dem effizient zu betreibenden Produktions-, Fertigungs- und Bearbeitungsprozess zu finden. Bei der Auswahl von geeigneten Optimierungsmaßnahmen ist dabei weniger der einzelne Prozessschritt als vielmehr der Energieverbrauch im Gesamtlebenszyklus der Produkte und Anlagen entscheidend, der sich über die gesamte Wertschöpfungskette, die Nutzungsphase und die Aufbereitung oder Entsorgung am Lebensende erstreckt.

Ein wichtiger Aspekt ist die Deckung des Wärme- und Kältebedarfs in industriellen Prozessen. Dieser spielt sowohl im Hochtemperaturbereich als auch bei mittleren und niedrigen Temperaturen eine zentrale Rolle. Wurde die thermische Energie bisher vielfach über fossile Energieträger wie Erdgas bereitgestellt, werden durch die Transformation der Industrie in Zukunft Wärmepumpen unterschiedlichster Temperatur- und Leistungsbereiche, mit biogenen oder synthetischen Brennstoffen betriebene Brenner und Öfen, direktelektrische Beheizung und solare Prozesswärme verwendet werden. Wärmespeicher und deren komplexe Systemintegration sowie intelligente Prozessführung und Abwärmenutzung kommen hinzu. Dies erfordert Forschung und Entwicklung sowohl auf Komponenten- als auch auf Anlagen- und Prozessebene. Zusätzlich müssen thermische Prozesse mithilfe neu entwickelter, energiesparender Verfahren substituiert oder ergänzt werden, um den Gesamtwärmebedarf zu senken und Abwärme zu vermeiden. Unvermeidbare Abwärme kann hingegen direkt im Prozess, im Unternehmen oder durch Einspeisung in Nah- und Fernwärmenetze sowie thermische Speicher genutzt werden. Hier sind weitere Forschungs- und Entwicklungs­aktivitäten notwendig, um Bereitstellung und Bedarf, Temperaturniveaus und weitere Parameter aufeinander ab­zustimmen und entstehende Abhängigkeiten in der Wärmeversorgung resilient zu steuern.

Die Elektrifizierung der Industrie ist mit der Weiterentwicklung oder disruptiven Neuentwicklung von Anlagen und Prozessen verbunden. Daneben muss der durch Elektrifizierung stark ansteigende Stromverbrauch an die dynamische Strombereitstellung angepasst beziehungsweise hiervon entkoppelt werden, etwa durch Lastverschiebungen, Flexibilisierung der Produktionsprozesse und Energiespeicherung. Auch können eine dezentrale Stromerzeugung, etwa auf Basis von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Organic-Rankine-Cycles (ORC) oder thermoelektrischen Generatoren (TEG) unter gleichzeitiger Nutzung industrieller Abwärme, sowie hybride Systeme mit verschiedenen erneuerbaren Energiequellen zur Entlastung des Stromnetzes beitragen. Die Entwicklung optimierter Prozess- und Energiemanagement-Systeme wird dabei durch Nutzung neuer digitaler Methoden bestmöglich unterstützt.

Überall dort, wo eine strombasierte Prozessführung nicht möglich ist, müssen nichtfossile Alternativen geschaffen werden. Grüner Wasserstoff, grünes Ammoniak, Biogas oder Biomethan sind Alternativen für fossile Brennstoffe und Reaktanden. Ihre Anwendung bedarf der technologischen Weiterentwicklung, um die klassische Nutzung von Erdgas und Erdöl prozesssicher und unter Beibehaltung der Produktqualität zu substituieren.

Die Förderung beschränkt sich nicht nur auf Innovationen in produktorientierten Industrieprozessen und -technologien, sondern umfasst auch produktionsorientierte Logistik und Wartung, die Betriebsführung sowie die Versorgungssicherheit und Resilienz von Industriestandorten gegenüber internen und externen Störungen und Betriebsausfällen.

Die Übertragung von Forschungserkenntnissen und Innovationen in die Praxis ist nicht selten mit einer Größenskalierung der Anlagen bis zum Produktionsmaßstab und weiterem Entwicklungsbedarf verbunden. Die Förderung von „Modellprojekten Industrie“ soll die Integration entwickelter Lösungen in industrielle Prozesse unterstützen und den Übergang von der Forschung in den Betrieb erleichtern. Die entsprechenden Vorhaben zeichnen sich durch einen hohen Technologiereifegrad sowie die Skalierung und erstmalige Einbindung einer neuen Technologie in den operativen Betrieb einer Produktionsanlage aus.

Darüber hinaus sind Forschungsvorhaben förderfähig, die wissenschaftliche Fragestellungen an investiven Förder­vorhaben anderer Förderprogramme zu innovativen Industrieanlagen beziehungsweise Energiebereitstellung durch innovative Technologien im Industrie- und Gewerbesektor begleitend untersuchen. Somit können große Transformationsvorhaben im Industriesektor messtechnisch evaluiert, wissenschaftlich begleitet und für die Nutzung sowie zukünftige Anwendungsfälle optimiert werden.

2.3.4 Ressourceneffizienz und zirkuläre Wirtschaft

Die Konzepte der Kreislaufwirtschaft führen zur höchstmöglichen Form der Energieeffizienz in den Nachfragesektoren, da durch die Kreislaufführung der Energieinhalt von Produkten am Ende der Lebensdauer mit dem Energiebedarf für Gewinnung neuer Rohstoffe in Beziehung gesetzt und optimiert wird. Der strategische Ansatz der zirkulären Wirtschaft sieht dabei vor, den Wert von Produkten, Stoffen und Ressourcen innerhalb der Wirtschaft optimal zu nutzen, so lange wie möglich (stofflich) zu erhalten (bis hin zu Zero Waste) und möglichst wenig THG-Emissionen oder schädliche Umweltauswirkungen zu erzeugen.

Konkrete Forschungsansätze bestehen in den Konzepten des zirkulären Wirtschaftens. Dies sind unter anderem: die Verlängerung der Produktlebensdauer, Reduce, Reuse, Repair, Refurbish, Remanufacture, Repurpose, Recover, Upgradeability, Kaskadennutzungen und Recycling. Deren Wirksamkeit wird jeweils mit einem zirkulären Produkt­design festgelegt. Die Betrachtung beinhaltet auch die Erfassung und Behandlung von Stoffströmen als Sekundär­rohstoffe und die Beseitigung von verbleibenden Abfallströmen sowie gesamtwirtschaftlich die induzierten Aus­wirkungen auf Umwelt und Treibhausgasbelastungen. Die Kreislaufwirtschaft kann auch Abhängigkeiten von kritischen Rohstoffen verringern.

2.4 Energiesystem und Systemintegration

2.4.1 Energiesystemanalyse, sektorübergreifende Systemmodellierung und -planung

Um die Klimaneutralität im Jahr 2045 zu erreichen, müssen bereits heute gesellschaftlich und wirtschaftlich be­deutende Entscheidungen getroffen werden. Die Energiesystemanalyse leistet zur Klimaneutralität einen Beitrag, indem sie mit transdisziplinären Forschungsansätzen mögliche Entwicklungen des Energiesystems antizipiert und so Handlungsempfehlungen und Orientierungswissen bereitstellt.

Ein Anliegen des BMWK ist es, die Ergebnisse der Energiesystemanalyseforschung möglichst schnell und zielgerichtet der Gesellschaft, Wirtschaft, Politik und Verwaltung zur Verfügung zu stellen. Vorhaben müssen deswegen ihren Praxisbezug beziehungsweise ihren Beitrag zur Energiewende klar herausstellen, mögliche Anwendungsfälle beschreiben und Praxispartnerinnen und -partner wie zum Beispiel Unternehmen, Bürgerinnen und Bürger, Ministerien und Behörden, Verbände, Beraterinnen und Berater sowie Kommunen verbindlich einbinden. Die Vorhaben sollen sich in das Forschungsnetzwerk Energiesystemanalyse und in andere Forschungsnetzwerke Energie einbringen. So können themenübergreifend Ergebnisse verbreitet und weitere Praxisakteurinnen und -akteure erreicht werden.

Kern der Forschungsförderung ist die Neu- und Weiterentwicklung systemanalytischer Werkzeuge und Methoden sowie deren exemplarische Anwendung. Ziel ist es, bisher nicht beantwortbare systemanalytische Fragestellungen der Energiewende lösen zu können und die Qualität beziehungsweise die Effizienz systemanalytischer Untersuchungen deutlich zu verbessern. Dabei werden neue Erkenntnisse und neues Orientierungswissen generiert. Mögliche Themen sind Modellkopplungen, -vergleiche und -validierungen sowie Methoden zur Sektorenkopplung und zur Berücksichtigung von Akteursverhalten. Auch die Reduktion von Rechenzeiten sowie der räumlichen, zeitlichen und technologischen Modellkomplexität sind relevant. Die Übertragung von Methoden auf die regionale Ebene, beispielsweise als Tool zur Entscheidungsunterstützung für die kommunale Wärmeplanung, ist ebenfalls förderfähig. Verfahren zur Energiemarktmodellierung und zur Analyse von Wechselwirkungen, beispielsweise zwischen dem Energiesystem und der Gesamtwirtschaft, der Gesellschaft, der Industrie (zum Beispiel auch Corporate Foresight) oder der Umwelt, sollen weiterentwickelt werden. Im Hinblick auf die Resilienz des Energiesystems ist die Weiterentwicklung von Methoden zur Analyse des deutschen Energiesystems im europäischen beziehungsweise internationalen Kontext relevant. Damit trägt die Forschungsförderung in der Energiesystemanalyse dazu bei, mögliche Transformationspfade aus unterschiedlichen Perspektiven zu beleuchten. Nicht förderfähig sind Modellrechnungen und Studien mit kommerziellen Modellen oder Methoden, die dem Stand von Wissenschaft und Technik entsprechen, sowie Vorhaben zu technischen Simulationen.

Die Forderung und Förderung von offener Wissenschaft (Open Science) bei Modellen, Daten und Veröffentlichungen sind weitere Ziele, soweit dem keine Sicherheits- oder Eigentumsinteressen entgegenstehen. Daten stellen das Fundament für die Energiesystemmodellierung dar. Daher ist die Aufbereitung, Nutzbarmachung und Bereitstellung von energiesystemrelevanten Daten förderfähig. Auch wird die Ausweitung und Erforschung einer durchdachten Datenbasis, die Forschenden und Anwendern zur Verfügung steht, gefördert. Dies erhöht die Transparenz, ermöglicht die Reproduktion von Ergebnissen und schafft Voraussetzungen für die gesellschaftliche Akzeptanz der Ergebnisse sowie die Einbindung gesellschaftlicher Akteurinnen und Akteure (Citizen Science).

Zur Vermittlung der Handlungsempfehlungen und des Orientierungswissens, zum Beispiel im Rahmen unterneh­merischer Strategieprozesse oder gesellschaftlicher Diskurse, sollen geeignete Kommunikationsinstrumente weiterentwickelt werden.

2.4.2 Systemintegration und digitale Lösungen

In einem integrierten Energiesystem sind Energiesystemkomponenten technisch und digital sektorübergreifend verknüpft. Diese Verknüpfung erlaubt es, Flexibilitätsoptionen bereitzustellen, die für eine möglichst umfassende Integration volatiler erneuerbarer Erzeugung von Strom und Wärme unabdingbar sind. Zukünftig muss erneuerbar erzeugter Strom den zusätzlichen Bedarf für Elektromobilität, Wärme und Elektrolyse decken. Darüber hinaus sorgen verbesserte Prognosen dafür, dass Stromverbrauch und Einspeicherung mit Erzeugung besser in Einklang gebracht werden. Die Digitalisierung des Energiesystems ermöglicht dabei die intelligente Betriebsführung vieler dezentraler Erzeuger, Speicher und Verbraucher in einem integrierten System und die Kostenbegrenzung des Infrastruktur­ausbaus.

Das BMWK unterstützt die anwendungsorientierte Forschung und Demonstration von Lösungen, die die sektorübergreifende Systemintegration von Energiesystemkomponenten weiterentwickeln.

Digitale Methoden sind in allen einzelnen Themenbereichen Stand der Technik. Ihr Anteil am Innovationsprozess wird weiter zunehmen. Der Prozess wird durch die fortschreitende Dezentralisierung und Sektorenkopplung im Energiesystem getrieben. Digitale Technologien und Prozesse wie intelligente Messsysteme und IoT-Geräte, 5G- und 6G-Konnektivität sowie breite, gekoppelte und interoperable Datenräume und digitale Zwillinge des Energiesystems können die Steigerung der Effizienz des Energiesystems und die Integration von Prosumern unterstützen. Die Er­höhung der Komplexität und der digitalen Aktoren im Energiesystem macht eine zunehmende Prozessautomatisierung in allen Bereichen der Wertschöpfung, von der Erzeugung über die Übertragung und Verteilung bis zum Messstellenbetrieb und Energiehandel, notwendig und wird durch künstliche Intelligenz (KI) und Methoden des Machine Learning (ML) unterstützt.

Eine langfristig erfolgreiche Digitalisierung ist resilient gegenüber Störungen, deren Wahrscheinlichkeit sich unter anderem beim Vernetzen einer immer größer werdenden Zahl von digitalen Geräten erhöht. Im Rahmen des Energieforschungsprogramms geförderte Vorhaben sollten daher die Sicherheit und Resilienz des Gesamtsystems mit­betrachten.

2.4.3 Energiewende und Gesellschaft

Die Einbindung der Gesellschaft und die Betrachtung von Transformationspfaden aus unterschiedlichen Perspektiven sind für das Gelingen der Energiewende essenziell. Im Förderbereich „Energiewende und Gesellschaft“ werden Forschungsarbeiten zu gesellschaftlichen Fragestellungen gefördert, die eine wichtige Ergänzung zu den techno­logischen Förderaspekten darstellen.

Energiewende und Klimaschutz bedürfen eines umfassenden Umbaus des gesamten Energiesystems und betreffen dabei sowohl technologische und organisatorische Prozesse als auch die gesellschaftliche Wahrnehmung, das gesellschaftliche Handeln und soziale Innovation. Dazu zählen die Analyse, Entwicklung, Entstehung sowie Verbreitung neuer sozialer Praktiken in der Gesellschaft. Drängende Herausforderungen in diesem Prozess sind der sich wandelnde Arbeitsmarkt und der Fachkräftemangel.

Es besteht Forschungsbedarf, wie sich technologische Innovationen und Prozesse der Energiewende konkret auf die Gesellschaft, aber auch auf bestimmte gesellschaftliche Gruppen auswirken und mit ihnen wechselwirken. Fortlaufende gesellschaftliche Veränderungsprozesse und Bedürfnisse, die die Grundlage für tragfähige Kompromisse im Hinblick auf die Energiewende bilden, werfen neue Forschungsfragen auf. Deshalb sind zusätzliche Forschungsanstrengungen unter Einbeziehung einer Vielzahl von Handlungsfeldern und Akteurinnen und Akteuren notwendig, um sozioökonomische Herausforderungen und Folgen des Transformationsprozesses zu erkennen und bei der Ge­staltung des Energiewendeprozesses angemessen zu berücksichtigen. Eine gesellschaftsbezogene Energiewendeforschung unterstützt so die beschleunigte Umsetzung der technologischen Ansätze im Wärmemarkt, in der Sektorenkopplung, im Strommarkt und insgesamt im Energiesystem. Deswegen betrachtet die gesellschaftsbezogene Energiewendeforschung Verwaltung und Politik, Wirtschaftsbranchen, Wertschöpfungsketten, gesellschaftliche Gruppen, Haushalte und/​oder Individuen gleichermaßen als wesentliche Bezugsgrößen und Akteurinnen und Akteure der Forschung sowie des Ergebnistransfers. Um den gesellschaftsbezogenen Ansatz sicherzustellen und den Transfer der Forschungsergebnisse in die Gesellschaft zu fördern, ist die Einbindung von Praxisakteurinnen und -akteuren sowie Multiplikatorinnen und Multiplikatoren ein zentrales Anliegen des BMWK (beispielsweise Verbände, zivilgesellschaftliche Organisationen, öffentliche Verwaltung, Privatsektor, Energie- und Wohnungswirtschaft, kommunale Unternehmen, Kommunen und Energieagenturen). Die Vorhaben sollen sich in inhaltlich passende Forschungsnetzwerke Energie einbringen. So können weitere Praxisakteurinnen und -akteure erreicht und Ergebnisse verbreitet werden. Dabei sind Forschungs- und Entwicklungsergebnisse so aufzubereiten, dass auch Akteurinnen und Akteure aus Wirtschaft und Gesellschaft diese nutzen und darauf aufbauend Entscheidungen über Handlungsoptionen, etwa zur Tätigung von Investitionen oder Verhaltensanpassungen, treffen können. Hierbei haben auch Ansätze der offenen Wissenschaft (Open Science) oder Forschung mit Citizen-Science-Elementen eine zentrale Rolle, um den Dialog der Energieforschung mit der Gesellschaft zu stärken und Perspektiven aus der Zivilgesellschaft stärker in die Forschung einzubeziehen.

Die gesellschaftliche Energiewendeforschung fokussiert Wechselwirkungen im Gesamtsystem der Energiewende­maßnahmen bei der Betrachtung gesellschaftlicher Rahmenbedingungen. Sie analysiert sozioökonomische und soziotechnische Effekte und Lösungen im Wärmemarkt wie auch die Minderung von direkten oder indirekten Rebound-Effekten bezüglich der Effizienz und der Suffizienz im erneuerbaren Strommarkt. Der mit der Energiewende einhergehende Strukturwandel und ein sich wandelnder Arbeitsmarkt durch die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energieressourcen und die Abkehr von fossilen Energiequellen bedürfen neuer Ansätze der regionalen Strukturanpassung, der Arbeitsbedingungen und der Ausbildung.

Projekte mit Beteiligung aus Wirtschaft und Wissenschaft sind besonders erwünscht. Die Projektvorschläge sollten sich durch eine transdisziplinäre Zusammenarbeit unterschiedlicher Fach- beziehungsweise Forschungsdisziplinen unter Beteiligung einer sozial-, kommunikations- oder geisteswissenschaftlichen Forschung auszeichnen.

2.5 Übergreifende Aspekte der angewandten Energieforschung

Die zunehmende Komplexität und die Verknüpfung der Energietechnologien gehen mit einem verstärkten Bedarf an interdisziplinärer Forschung einher. Projektvorschläge zu den Nummern 2.1 bis 2.4 können daher auch themen­übergreifend formuliert werden.

Die im Folgenden aufgeführten Aspekte treten als Querschnittsthemen auf und sollen in den Projekten aller zuvor genannten Förderbereiche in geeigneter Weise berücksichtigt werden.

Resilienz

Auf dem Weg der Transformation des Energiesystems wird sich die Systemkomplexität erhöhen. Ursache dafür sind zum Beispiel die zunehmende Dezentralisierung der Energieerzeugung, die abnehmende Trägheit im Stromsystem, die Abhängigkeit von Energieimporten, die Kopplung von Sektoren des Energiesystems und die an allen Stellen fortschreitende digitale Steuerung. Unerkannte Wechselwirkungen machen das Systemverhalten nach Störungen (Fehler, Angriff, Ausfall) weniger vorhersehbar. Die durch die Transformation langfristig etablierten neuen Technologien schaffen eigene Bedarfe an Rohstoffen, Fertigungskapazitäten, Fachkräften oder Ersatzteilversorgung, die zu inter­nationalen Abhängigkeiten führen können. Projekte sollen dazu beitragen, dass die Technologiesouveränität und die Resilienz des Energiesystems dauerhaft gestärkt werden.

Standardisierung und Zertifizierung

In der Energiewirtschaft treffen lange Betriebsdauern von zukünftig digitalisierten Geräten auf kurzfristige Entwicklungszyklen, beispielsweise in der Softwareentwicklung. Offene Standards sind ein Weg, um aus der notwendigen langfristigen Verfügbarkeit von Hardware, Betriebssystem, Anwendersoftware und Wartungspersonal keine un­erwünschten Abhängigkeiten zu erzeugen. In diesem Sinne soll Sicherheit nicht durch proprietäre Verfahren oder Algorithmen erzeugt werden („Security by Obscurity“), sondern durch die Nutzung offener Standards. Jenseits der digitalen Welt stellt Standardisierung die Kompatibilität von Komponenten, Schnittstellen und Systemen sicher. Dies beschleunigt Entwicklungszyklen, senkt Bau- und Herstellkosten, schafft faire Bedingungen für den Markteintritt neuer Akteurinnen und Akteure und vermeidet den Verlust der Technologiesouveränität. Auch die Zertifizierbarkeit neu entwickelter Technologien muss bereits zu einem frühen Zeitpunkt mitbetrachtet werden. Dazu ist die Einbindung von Zertifizierern in entsprechende Fördervorhaben zu prüfen. Beide Maßnahmen unterstützen somit den Markthochlauf innovativer Technologien. Auch Aspekte der Normung können in Fördervorhaben berücksichtigt werden, sofern diese der Forschung und Entwicklung zuzuordnen sind.

Digitalisierung und künstliche Intelligenz

Die Digitalisierung bietet viele Chancen auf allen Ebenen des Energiesystems. Tragfähige und innovative digitale Lösungen können Teil der Förderung sein. Digitale Verfahren sind eine Voraussetzung für die optimierte Steuerung komplexer Systeme. Die Verarbeitung von großen Datenmengen in kurzer Zeit kann dabei durch maschinelles Lernen, automatisierte Filterung von Informationen und logisches Schließen bis hin zu autonom entscheidenden Systemen, die als künstliche Intelligenz bezeichnet werden, vereinfacht werden. Sofern in Projekten Künstliche-Intelligenz-Systeme zur Steuerung von energietechnischen Anlagen entwickelt oder angewandt werden sollen, muss aus­geschlossen sein, dass diese in Randsituationen zu unbeherrschbaren Systemzuständen führen.

Open Science

Unter diesem Begriff werden offen zugängliche Daten (Open Data), offen lizenzierte Programmcodes (Open Source) sowie der freie und kostenlose Zugang zu wissenschaftlichen Publikationen (Open Access) verstanden. Um Forschungsergebnisse für die Anwendung in der Praxis besser verfügbar zu machen und das Verständnis für komplexe Zusammenhänge in der Energiewende zu erhöhen, wird der Open-Science-Ansatz als Verwertungsstandard etabliert, wenn dem keine Sicherheitsbedenken oder Eigentumsrechte entgegenstehen. Dadurch kann Transparenz, Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit in der Forschung und Entwicklung vorangebracht werden.

Nachhaltige Ressourcennutzung

Die nachhaltige Nutzung wirtschaftsstrategischer und begrenzt verfügbarer Rohstoffe sowie die Einsparung von Ressourcen, Energie und Treibhausgasemissionen sind eine wesentliche Strategie in der Transformation des Energiesystems zu einer resilienten klimaneutralen Energieversorgung. Das Prinzip der Ressourceneffizienz ist deshalb insbesondere in der Weiterentwicklung der spezifischen Energietechnologien (Wind, Photovoltaik, Brennstoffzelle usw.), aber grundsätzlich in allen Projekten immer mitzudenken. Die Transformation muss möglichst nachhaltig vollzogen werden, um neue Abhängigkeiten und Umweltbeeinträchtigungen zu minimieren. Für den allgemeinen Wirtschaftskreislauf wird der Energieverbrauch dem Industriesektor und die zugehörige Forschung dem Thema 2.3.3 Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe zugeordnet.

Transfer

Die Rolle der Energieforschung als Impulsgeber des Fortschritts hängt entscheidend davon ab, wie die Ergebnisse aus Forschungsprojekten in Marktinnovation transferiert werden. Der Transfer wird daher im 8. Energieforschungsprogramm für angewandte Energieforschung mit einer eigenen Mission adressiert. Die dort genannten Ziele sollen bei einer Förderung berücksichtigt werden. Unterstützt werden daher insbesondere Projekte, die möglichst klare Ver­wertungsperspektiven bieten und Akteurinnen und Akteure entlang der Wertschöpfungskette einbinden. Um erste Schritte in den Markt zu begleiten, soll die Förderung auch Demonstrationsprojekte und Modellvorhaben einschließen. Projekte sollen Stakeholder und Öffentlichkeit durch Fachinformation und Partizipationsformate möglichst breit einbeziehen, um die transformativen Wirkungen der Energieforschung zu verstärken.

Gesellschaftliche Potenziale nutzen

Das 8. Energieforschungsprogramm verfolgt das Ziel, dass Frauen angemessen und zukünftig stärker als bisher in der Energieforschung repräsentiert sind. Dies wird künftig Gegenstand des Förderprogramm-Monitorings sein. Forschungsarbeiten und ihr Transfer in die Anwendung können je nach thematischem Fokus zusätzlich davon profitieren, wenn sie auch weitere gesellschaftliche Gruppen stärker einbinden. Die Zusammensetzung der Projekte beziehungsweise Verbünde sollen dies berücksichtigen. Im Rahmen der Einreichung von Förderskizzen und Förderanträgen soll daher auch der Anteil der Frauen an der Durchführung des Vorhabens angegeben werden. Alle Zuwendungsempfänger sind dazu aufgerufen, eigene Anstrengungen zur Erhöhung des Frauenanteils zu unter­nehmen.

Internationale Zusammenarbeit und EU-Zusammenarbeit

Internationale Aktivitäten dienen dazu, den Wirtschaftsstandort Deutschland durch Wissenstransfer zu stärken. Internationale Kooperationen werden beispielsweise über von der EU-Kommission kofinanzierte Partnerschaften mit anderen europäischen Ländern oder durch Kooperationen auf globaler Ebene für die vier Handlungsfelder der Energieforschung – Energiebereitstellung, Energieinfrastruktur, Energienutzug und Energiesystem – gefördert. Hierbei werden drei Leitlinien verfolgt:

1.

Anschlussfähigkeit der nationalen Forschung, Entwicklungs- und Innovations-Aktivitäten in der Europäischen Union und der Welt

2.

Internationale Vernetzung nationaler Akteurinnen und Akteure im Energiebereich von Forschung, Entwicklung und Innovation

3.

Mehrwert durch europäische und internationale Forschungskooperationen

Grundsätzlich erfolgt die Förderung von Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekten entlang den in Nummer 3.1 beschriebenen Rahmenbedingungen für Verbund- und Einzelprojekte. Ergänzend dazu gibt es die spezifischen Förderformate „Reallabore der Energiewende“ (Nummer 3.2) und „Mikroprojekte“ (Nummer 3.3).

3.1 Verbund- und Einzelprojekte

Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die einen oder mehrere der in Nummer 2 genannten Forschungsbereiche adressieren. In der Regel erfolgt dabei eine Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Partnerinnen und Partnern aus dem in Nummer 4 genannten Kreis der Antragsberechtigten. Der Fokus liegt hier auf der Zusammenarbeit zwischen einem oder mehreren Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft mit Universitäten und Forschungseinrichtungen. Start-ups sowie andere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) werden besonders zur Antragstellung ermutigt. Bei besonderer Eignung können auch Einzelvorhaben gefördert werden. Die Laufzeit der Verbundprojekte soll im Regelfall drei Jahre nicht überschreiten. Begleitstudien zu gesellschaftlichen Fragen der Energiewende und zur sozialen Akzeptanz der Technologieentwicklungen sowie wissenschaftliche Querauswertungen und Analysen sind bei größeren Forschungsprojekten und bei Forschungs- und Entwicklungsinitiativen grundsätzlich förderfähig.

3.2 Reallabore der Energiewende

Die Reallabore der Energiewende unterstützen den Transfer von den Ergebnissen aus der angewandten Forschung und dienen dazu, innovative Techniken mit einem systemischen Ansatz im realen Umfeld und industrierelevanten Maßstab zu erproben und weiterzuentwickeln. Als wirksames Instrument zur Beschleunigung des Technologie- und Innovationstransfers bilden die Reallabore der Energiewende einen wichtigen Baustein für die Erreichung der ambitionierten Ziele im Klimaschutzgesetz und die effiziente, sektorübergreifende Umsetzung der Energiewende. An vielen Stellen antizipieren sie die Strukturen des künftigen Energiesystems und der Energie­wirtschaft für das Jahr 2030 und darüber hinaus.

Sofern über diese Förderbekanntmachung hinaus eine thematische Fokussierung beziehungsweise eine Präzisierung der besonderen fachlichen oder administrativen Modalitäten der Reallabore der Energiewende erforderlich ist, erfolgt diese gesondert (siehe Förderkonzept unter: https:/​/​www.energieforschung.de/​foerderkonzept-reallabore).

3.3 Mikroprojekte

Ergänzend zu den oben genannten Formaten können zu allen Förderschwerpunkten Mikroprojekte beantragt werden. Es sollen Fragestellungen adressiert werden, die zur Beschleunigung der Energiewende beitragen. Das Format wird in einem einstufigen Verfahren umgesetzt. Dies dient der vereinfachten und beschleunigten Beantragung und Förderung von Forschungsprojekten.

Das Format der Mikroprojekte sieht in der Regel Projektlaufzeiten von sechs Monaten vor, in begründeten Fällen kann jedoch eine Laufzeit von bis zu zwölf Monate gewährt werden. Ein Mikroprojekt muss als Einzelvorhaben beantragt werden.

Sofern über diese Förderbekanntmachung hinaus eine thematische Fokussierung beziehungsweise eine Präzisierung der besonderen fachlichen oder administrativen Modalitäten der Mikroprojekte erforderlich ist, erfolgt diese gesondert (siehe Förderkonzept unter: https:/​/​www.energieforschung.de/​foerderkonzept-mikroprojekte).

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sowie Angehörige der Freien Berufe⁴ (insbesondere Rechtsanwälte, Ingenieure, Architekten) mit einer Betriebsstätte oder Niederlassung in Deutschland. Insbesondere Start-ups sowie andere KMU⁵ werden zur Antragstellung ermutigt. Antragsberechtigt sind auch Hochschulen und Forschungseinrichtungen⁶ gemäß Artikel 2 Nummer 83 der Allgemeinen Gruppenfreistellungsverordnung (AGVO), Vereine⁷ mit Forschungs- und Entwicklungskapazitäten in Deutschland sowie Gebietskörperschaften und Einrichtungen der öffentlichen Verwaltung.

Antragstellende haben nachzuweisen, dass sie in der Lage sind, die Durchführung der Forschungsaufgaben personell und materiell zu realisieren. Die Qualifikation der Antragstellenden muss in geeigneter Weise, etwa über einschlägige Vorarbeiten, nachgewiesen werden. Die Erstnutzung von Ergebnissen der geförderten Projekte darf nur in Deutschland oder im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) und der Schweiz erfolgen.

Verbundprojekte mit Beteiligung aus Wirtschaft und Wissenschaft sind besonders erwünscht.

Forschungseinrichtungen, die von Bund und/​oder Ländern grundfinanziert werden, kann neben ihrer institutionellen Förderung im Einzelfall eine Projektförderung für ihren zusätzlichen Aufwand bewilligt werden.

Von der Förderung ausgeschlossen sind insbesondere Antragstellende:

–

die einer Rückforderungsanordnung aufgrund einer früheren Kommissionsentscheidung zur Feststellung der Rechtswidrigkeit und Unvereinbarkeit einer Beihilfe mit dem Binnenmarkt nicht nachgekommen sind (Artikel 1 Nummer 4 Buchstabe a AGVO),

–

die als Unternehmen in Schwierigkeiten gemäß Artikel 1 Nummer 4 Buchstabe c AGVO in Verbindung mit Artikel 2 Nummer 18 AGVO anzusehen sind (insbesondere die Unternehmen, über deren Vermögen ein Insolvenz- oder ein vergleichbares Verfahren beantragt oder eröffnet worden ist),

–

die zur Abgabe einer Vermögensauskunft gemäß § 802c der Zivilprozessordnung (ZPO) oder § 284 der Abgabenordnung (AO) verpflichtet sind oder bei denen diese abgenommen wurde. Ist der oder die Antragstellende eine durch einen gesetzlichen Vertreter vertretene juristische Person, gilt dies, sofern den gesetzlichen Vertreter aufgrund seiner Verpflichtung als gesetzlicher Vertreter der juristischen Person die entsprechenden Verpflichtungen aus § 802c ZPO oder § 284 AO treffen.

Die Zuwendungen werden als Projektförderung und als nicht rückzahlbare Zuschüsse, in der Regel als Anteilfinanzierung, gewährt.

Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sind grundsätzlich die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten. Bei Angehörigen der Freien Berufe und bei Vereinen bilden grundsätzlich die zuwendungsfähigen Ausgaben die Bemessungsgrundlage der Förderung; ausnahmsweise können bei Vorliegen einer Kosten- und Leistungsrechnung nach Nummer 2 der Leitsätze für die Preisermittlung aufgrund von Selbstkosten (PreisLS) auch zuwendungsfähige Kosten, jedoch ohne das Wahlrecht auf pauschalierte Abrechnung, gefördert werden. In der Regel wird eine angemessene Eigenbeteiligung von mindestens 50 Prozent der entstehenden zuwendungsfähigen Kosten vorausgesetzt – je nach Anwendungsnähe des Vorhabens unter Berücksichtigung der beihilferechtlichen Vorgaben. Für KMU sind unter Berücksichtigung etwaiger Zuschläge nach der AGVO höhere Förderquoten möglich.

Unternehmen sollen ihre Gründung abgeschlossen haben und müssen in der Lage sein, den für das Projekt erforderlichen finanziellen Eigenanteil aufzubringen. Für junge Unternehmen, deren Gründung nicht länger als zehn Jahre zurückliegt, gilt ein erhöhter Ermessensspielraum unter Berücksichtigung einer belastbaren Geschäfts- und Finan­zierungsplanung.

Soweit die Förderung eine Beihilfe gemäß Artikel 107 des Vertrags über die Arbeitsweise der Europäischen Union (AEUV) darstellt, bildet die AGVO die EU-rechtliche Grundlage.

Für die Festlegung der förderfähigen Kosten und die Bemessung der jeweiligen Förderquote sowie der Beihilfehöchstbeträge gelten die Regelungen der AGVO. Dabei erfolgt eine Förderung in der Regel gemäß Artikel 25 beziehungsweise Artikel 25c AGVO (Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekte). Im Einzelfall können auch Beihilfen gemäß Artikel 36, 38, 38a, 41, 46 und 48 bewilligt werden, wenn die geförderte Investition in unmittelbarem Zusammenhang mit einem Forschungs-, Entwicklungs- oder Demonstrationsprojekt steht.

Bei der Förderung gemäß Artikel 25 AGVO erfolgt die Bemessung der jeweiligen Förderquote in der technologie­orientierten Forschung anhand des Technologiereifegrads (TRL), während im nicht-technischen Bereich geeignete Merkmale wie Innovationshöhe und Reifegrad des Geschäftsmodells (IRL) beziehungsweise eine systemische An­wendung (SRL) herangezogen werden.

Die Zulässigkeit einer Kumulierung mit anderen öffentlichen Förderprogrammen richtet sich nach Artikel 8 AGVO.

Soweit Hochschulen und Forschungseinrichtungen im Sinne von Artikel 2 Nummer 83 AGVO die als Projektförderung beantragten Zuwendungen im Zusammenhang mit geförderten Projekten als nichtwirtschaftliche Tätigkeiten im Sinne von Randziffer 19 des Unionsrahmens für staatliche Beihilfen zur Förderung von Forschung, Entwicklung und Innovation⁸ durchführen, sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Ausgaben im Einzelfall bis zu 100 Prozent förderfähig (Vollfinanzierung), wenn die Voraussetzungen von Randziffer 18 des Unionsrahmens für staatliche Beihilfen zur Förderung von Forschung, Entwicklung und Innovation erfüllt sind. Davon abweichend kann bei Mitgliedern der Helmholtz-Gemeinschaft, der Fraunhofer-Gesellschaft und anderen Forschungseinrichtungen die Bemessungsgrundlage „Kosten“ zugelassen werden. Bei der Bemessungsgrundlage „Kosten“ wird im Allgemeinen auch bei Forschungseinrichtungen eine angemessene Eigenbeteiligung erwartet. Im Einzelfall sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten bis zu 100 Prozent förderfähig, soweit sie nichtwirtschaftliche Tätigkeiten im Sinne von Randziffer 18 des Unionsrahmens für staatliche Beihilfen zur Förderung von Forschung, Entwicklung und Innovation durchführen und ein besonders hohes öffentliches Interesse besteht.

6.1 Rechtsgrundlagen

Der Bund gewährt Zuwendungen für Forschung, Entwicklung und Demonstration von Energietechnologien nach Maßgabe dieser Förderbekanntmachung, der §§ 23, 44 der Bundeshaushaltsordnung (BHO) und den dazu erlassenen Allgemeinen Verwaltungsvorschriften zur Bundeshaushaltsordnung sowie der Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Ausgabenbasis (AZA/​AZAP/​AZV) und/​oder der Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Kostenbasis von Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft (AZK) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Ein Anspruch auf Gewährung der Zuwendung besteht nicht. Vielmehr entscheidet die Bewilligungsbehörde aufgrund ihres pflichtgemäßen Er­messens im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel.

Für die Bewilligung, Auszahlung und Abrechnung der Zuwendung sowie für den Nachweis und die Prüfung der Verwendung und die gegebenenfalls erforderliche Aufhebung des Zuwendungsbescheides und die Rückforderung der gewährten Zuwendung gelten die §§ 48 bis 49a des Verwaltungsverfahrensgesetzes, die §§ 23, 44 BHO und die hierzu erlassenen Allgemeinen Verwaltungsvorschriften zur Bundeshaushaltsordnung, soweit nicht in dieser Förderbekanntmachung Abweichungen von den Allgemeinen Verwaltungsvorschriften zugelassen worden sind. Der Bundes­rechnungshof ist gemäß § 91 BHO zur Prüfung berechtigt.

6.2 AGVO

Förderungen nach dieser Förderbekanntmachung werden auf Grundlage von Artikel 25, 25c, 36, 38, 38a, 41, 46 und 48 der Allgemeinen Gruppenfreistellungsverordnung (EU) Nr. 651/​2014 der Kommission vom 17. Juni 2014 zur Feststellung der Vereinbarkeit bestimmter Gruppen von Beihilfen mit dem Binnenmarkt in Anwendung der Artikel 107 und 108 des Vertrags über die Arbeitsweise der Europäischen Union („Allgemeine Gruppenfreistellungs­verordnung“ – nachfolgend „AGVO“ genannt), die zuletzt mit Verordnung (EU) 2023/​1315 vom 23. Juni 2023 geändert wurde, oder als De-minimis-Beihilfe gewährt. Sie sind demnach im Sinne von Artikel 107 Absatz 3 AEUV mit dem Binnenmarkt vereinbar und von der Anmeldepflicht gemäß Artikel 108 Absatz 3 AEUV freigestellt. Soweit einzelne Zuwendungen in den Anwendungsbereich von Artikel 107 Absatz 1 AEUV fallen, gelten die Regelungen der AGVO⁹. Es wird darauf hingewiesen, dass ausführliche Informationen über jede Einzelbeihilfe von über 100 000 Euro im Internet veröffentlicht werden. Zudem können Beihilfen im Einzelfall gemäß Artikel 12 AGVO von der Europäischen Kommission geprüft werden.

6.3 Angaben der Antragstellenden

Voraussetzung für die Gewährung von Projektförderung ist eine konkrete Beschreibung des geplanten Vorhabens hinsichtlich Zielstellung, Inhalt und Umfang. Verbund- und Einzelprojekte unterliegen einem zweistufigen Verfahren und stellen den generischen Fall dar. Beim zweistufigen Antragsverfahren können in der ersten Stufe die Angaben stichpunktartig und auf wesentliche Eckpunkte beschränkt bleiben und die in Klammern gesetzten Angaben entfallen:

–

Thema und Ziel,

–

für Verbundprojekte: Angaben zu Koordinatorin oder Koordinator und Ansprechperson der einzelnen Projekt­partner,

–

Bezug zu den förderpolitischen Zielen unter Angabe der konkreten Ziele aus der Zielsystematik des 8. Energie­forschungsprogramms,

–

Notwendigkeit der Förderung,

–

Stand von Wissenschaft und Technik,

–

Innovationsgrad,

–

Qualifikation und Expertise des Antragstellenden und gegebenenfalls der Projektpartner,

–

Arbeitsschwerpunkte (konkreter Arbeitsplan),

–

Arbeitsteilung und Aufgaben der Projektpartner,

–

wissenschaftliche und wirtschaftliche Verwertbarkeit (Verwertungsplan),

–

geschätzter oder genauer Gesamtaufwand und Förderbedarf, aufgeschlüsselt nach Personal- und Sachmitteln, bei Verbundprojekten jeweils für den einzelnen Projektpartner, sowie

–

laufende oder geplante öffentliche Förderung aus anderen Quellen (Bezüge zu anderen Förderprogrammen).

Die eingegangenen Projektideen stehen untereinander im Wettbewerb und werden nach folgenden Kriterien bewertet:

–

Beitrag zu den förderpolitischen Zielen des 8. Energieforschungsprogramms zur angewandten Energieforschung des BMWK und fachlicher Bezug zu der Förderbekanntmachung,

–

Arbeitsziel und Realisierungschancen (Innovationsgehalt und Forschungsrisiko unter Berücksichtigung des Stands der Technik, Originalität, Ganzheitlichkeit, Alleinstellungsmerkmal et cetera),

–

Qualifikation und Expertise der Antragstellenden (unter anderem Vollständigkeit und Komplementarität des Konsortiums in Hinblick auf die Erreichung der Projektziele),

–

Beschreibung der Arbeitsaufteilung im Konsortium,

–

wissenschaftliche und wirtschaftliche Erfolgsaussichten, Anschlussfähigkeit, Darstellung der wirtschaftlichen Potenziale und gegebenenfalls Umsetzbarkeit am Markt, Übertragbarkeit der Lösung, Aspekte der Offenen Wissenschaft et cetera sowie

–

Zuwendungsfähigkeit und Angemessenheit von Kosten beziehungsweise Ausgaben, Eigenbeteiligung der Verbundpartner.

Die Benennung von Frauen als Koordinatorin oder Ansprechperson der einzelnen Projektpartner ist besonders erwünscht.

Antragstellende sollen sich – auch im eigenen Interesse – im Vorfeld des Vorhabens mit dem EU-Forschungsrahmenprogramm vertraut machen. Grundsätzlich haben Antragstellende zu prüfen, ob das beabsichtigte Vorhaben spezifische europäische Komponenten aufweist und damit eine ausschließliche EU-Förderung möglich ist. Ferner ist zu prüfen, inwieweit im Umfeld des national beabsichtigten Vorhabens ergänzend ein Förderantrag bei der Europäischen Union gestellt werden kann.

6.4 Verwertungsplan

Wesentlich für die Förderentscheidung ist die Sicherstellung der bestmöglichen Verwertung der Forschungs­ergebnisse. Daher ist bereits bei Antragstellung eine genaue Darlegung der späteren Ergebnisverwertung in Form eines Verwertungsplans vorzusehen. Der Verwertungsplan wird während der Laufzeit jährlich fortgeschrieben und dabei an die Entwicklung von Technik, Regulierung und Märkten angepasst. Zuwendungsempfänger werden verpflichtet, den Verwertungsplan im Rahmen des technisch Möglichen und wirtschaftlich Zumutbaren umzusetzen und dies entsprechend den Nebenbestimmungen nachzuweisen. Bis drei Jahre nach Ende des Förderzeitraums sind weitere Angaben zur Verwertung erforderlich. Bei Hochschulen und Forschungseinrichtungen wird im Regelfall eine offene Verwertung erwartet. Die Publikation von Forschungsergebnissen soll grundsätzlich gemäß Open-Access-Standards erfolgen. Forschungsdaten sollen, solange dem keine Geschäftsgeheimnisse oder andere Gründe ent­gegenstehen, Open Access und mit entsprechenden Lizenzen versehen entsprechend den FAIR-Prinzipien (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable), veröffentlicht werden.

6.5 Kooperation im Verbundprojekt

Partner eines Verbundprojekts haben einen Koordinator zu benennen, der als zentraler Ansprechpartner für den Fördermittelgeber fungiert und sicherstellt, dass die einzelnen Teilprojekte effektiv zusammenarbeiten und die Ergebnisse zusammengeführt werden. Die Projektpartner haben ihre Zusammenarbeit in einer Kooperationsvereinbarung zu regeln und deren Zustandekommen zeitnah zum Projektbeginn zu bestätigen. Einzelheiten können dem „Merkblatt für Antragsteller auf Projektförderung zur Gestaltung von Kooperationsvereinbarungen bei Verbundprojekten“ entnommen werden, zu finden unter „Allgemeine Vordrucke und Vorlagen für Berichte“ im Formularschrank des BMWK:

https:/​/​foerderportal.bund.de/​easy/​easy_​index.php?auswahl=easy_​formulare&formularschrank=bmwk

6.6 Datenschutz, Erfolgskontrolle und Evaluation

BMWK und/​oder der beauftragte Projektträger und/​oder eine andere beauftragte Stelle verarbeitet/​verarbeiten die in den Projektskizzen und Förderanträgen gemachten Angaben in elektronischer Form. Sie werden für Zwecke der Durchführung des Projekts, des Monitorings, der Erfolgskontrolle und gegebenenfalls einer Evaluation der Statistik, wissenschaftlicher Fragestellungen, der Verknüpfung mit amtlichen Daten verarbeitet und gegebenenfalls auf Datenträgern gespeichert.

Das BMWK ist gemäß den §§ 7, 44 BHO und den zugehörigen Allgemeinen Verwaltungsvorschriften verpflichtet, eine begleitende und abschließende Erfolgskontrolle durchzuführen. Zur Durchführung von Erfolgskontrollen gemäß Verwaltungsvorschrift Nummer 11a zu § 44 Absatz 1 BHO werden die Zuwendungsempfänger verpflichtet, die für die Erfolgskontrolle notwendigen personenbezogenen Daten und/​oder (sonstigen) Informationen dem BMWK oder dem von BMWK mit der Datenerhebung und/​oder weiteren Verarbeitung von personenbezogenen Daten und/​oder Verarbeitung (sonstiger) Informationen beauftragten Institution oder Projektträger zeitnah zur Verfügung zu stellen. Die Zuwendungsempfängerinnen und Zuwendungsempfänger tragen Sorge dafür, dass ihre mit den jeweiligen Projekten befassten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter entsprechende Zuarbeit leisten und Auskunft zu den Projekten geben können und dürfen. Der Zuwendungsempfänger und Letztempfänger ist verpflichtet, alle im Rahmen der Erfolgs­kontrolle benötigten und vom Zuwendungsgeber oder einer von ihm beauftragten Stelle benannten Daten bereit­zustellen, an vom Zuwendungsgeber oder einer von ihm beauftragten Stelle für die Erfolgskontrolle beziehungsweise Evaluation vorgesehenen Befragungen, Interviews und sonstigen Datenerhebungen teilzunehmen und gegebenenfalls an einer vom Zuwendungsgeber beauftragten Evaluation mitzuwirken. Die personenbezogenen Daten und/​oder (sonstigen) Informationen werden ausschließlich im Rahmen der Durchführung der Erfolgskontrolle verwendet, vertraulich behandelt und so anonymisiert veröffentlicht, dass ein Rückschluss auf einzelne Personen oder Organisationen nicht möglich ist. Das Vorstehende gilt auch für Evaluationen (wie zum Beispiel gemäß Artikel 1 Nummer 2 Buchstabe a AGVO). Die §§ 7 und 44 BHO in Verbindung mit Nummer 2.2 der Allgemeinen Verwaltungsvorschriften zu § 7 BHO sehen eine fortlaufende gezielte Sammlung und Auswertung von Hinweisen und Daten zur ergänzenden Be­urteilung der Entwicklung einer Maßnahme (Monitoring) vor. Daher werden die Zuwendungsempfänger auch bezüglich des Monitorings im Bescheid entsprechend dem zu Erfolgskontrolle und Evaluationen Vorstehenden verpflichtet. Das oben Genannte gilt auch für Prüfungen durch den Bundesrechnungshof gemäß § 91 BHO.

Zuwendungsempfänger sind verpflichtet, auf die Förderung des Bundes in der Öffentlichkeit hinzuweisen, dem BMWK und dem Projektträger Beiträge und Bilddaten zur Unterstützung der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit beizusteuern sowie auf öffentlich zugänglichen Seminaren über ihre Forschungsergebnisse zu berichten und diese zur Diskussion zu stellen.

Antragstellende müssen sich im Antrag auf Förderung damit einverstanden erklären und werden im Bescheid verpflichtet, dass sämtliche mit dem Antrag oder im weiteren Verfahren eingereichte Unterlagen dem BMWK oder dem Projektträger zur Verfügung stehen, sie dem Bundesrechnungshof und den Prüforganen der Europäischen Union auf Verlangen erforderliche Auskünfte erteilen, Einsicht in Bücher und Unterlagen sowie Prüfungen gestatten und entsprechende Unterlagen zur Verfügung stellen sowie die Förderung auf Grundlage von § 44 BHO in Verbindung mit der Verwaltungsvorschrift Nummer 9.1 und 9.2 zu § 44 BHO in einem zentralen System des Bundes erfasst wird (Zuwendungsdatenbank).

6.7 Sonstige Bestimmungen

Bestandteil des Zuwendungsbescheids werden die jeweils aktuellen Nebenbestimmungen des BMWK (zu finden unter https:/​/​foerderportal.bund.de/​ in der Rubrik „Formularschrank BMWK“). Dies gilt allerdings nicht für die Regelungen dort zur pauschalierten Abrechnung, außer bei nichtwirtschaftlichen Tätigkeiten oder im Rahmen des Artikels 25 Absatz 3 Buchstabe e AGVO. Der Zuwendungsempfänger ist verpflichtet, für die Auszahlung der Zuwendungsmittel am Verfahren „profi-Online“ teilzunehmen.

6.8 Subventionserhebliche Tatsachen

Bei den Zuwendungen kann es sich um Subventionen im Sinne von § 264 Absatz 8 des Strafgesetzbuchs handeln. Die Antragstellenden werden dazu im Zusammenhang mit dem Antrag über die subventionserheblichen Tatsachen informiert. Antragstellende müssen zudem die Kenntnis der Strafbarkeit des Subventionsbetrugs und der sub­ventionserheblichen Tatsachen bestätigen.

7.1 Beauftragung eines Projektträgers

Hinsichtlich der Bearbeitung der Förderprojekte hat das BMWK die Forschungszentrum Jülich GmbH – Projektträger Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, nachfolgend „der PtJ“ genannt – beauftragt und beliehen. Der PtJ ist daher Ansprechpartner für alle Fragen zur Abwicklung der Förderprojekte. Es wird empfohlen, zur Antragsberatung mit dem Projektträger Kontakt aufzunehmen. Weitere Hinweise zum Antragsverfahren und Kontaktinformationen finden sich unter https:/​/​www.energieforschung.de/​foerderantrag-stellen/​infos-zur-antragsstellung

7.2 Antrags- und Bewilligungsverfahren

Das Antragsverfahren ist in der Regel zweistufig. Das Verfahren beginnt in der ersten Stufe mit der Skizzenvorlage mit Bezug auf den entsprechenden Forschungsbereich, die für die Bewertung der Förderaussichten notwendig ist. Wird eine Skizze als förderfähig bewertet, erfolgt unter der Voraussetzung ausreichender Haushaltsmittel eine Empfehlung zur Antragstellung. Mit dem Eingang vollständiger Antragsunterlagen setzt sich das Antragsverfahren in der zweiten Stufe fort und endet mit der Bewilligung oder Ablehnung des förmlichen Antrags. Skizzen und Förderanträge können verfahrensbeendend jederzeit zurückgezogen werden. Alle Unterlagen sind grundsätzlich in deutscher Sprache zu erstellen.

Das BMWK behält sich vor, für einzelne Förderinitiativen ein einstufiges Antragsverfahren zuzulassen. Dies wird in ergänzenden Förderaufrufen explizit bekannt gegeben. Für Mikroprojekte ist das einstufige Verfahren der Regelfall.

Für die Förderung geltende Vordrucke, Merkblätter, Hinweise und Nebenbestimmungen können unter der Internetadresse https:/​/​foerderportal.bund.de in der Rubrik „Formularschrank BMWK“ abgerufen oder beim oben an­gegebenen Projektträger angefordert werden.

Zur Erstellung von Projektskizzen und förmlichen Förderanträgen sind die im elektronischen Formularsystem „easy-Online“ abgelegten Vordrucke für Skizzen, Anträge und Angebote (https:/​/​foerderportal.bund.de/​easyonline/​) zu nutzen.

Zur Erstellung von Skizzen und förmlichen Förderanträgen ist das elektronische Antragssystem „easy-Online“ zu nutzen (https:/​/​foerderportal.bund.de/​easyonline).

Es besteht die Möglichkeit, den Antrag in elektronischer Form über dieses Portal unter Nutzung des TAN-Verfahrens oder mit einer qualifizierten elektronischen Signatur einzureichen. Daneben bleibt weiterhin eine Antragstellung in Papierform möglich (ist aber nicht erforderlich).

Ab Inkrafttreten dieser Förderbekanntmachung können Skizzen und Anträge zur angewandten Energieforschung des BMWK nur noch unter Bezugnahme auf das 8. Energieforschungsprogramm und zu dessen Forschungsbereichen eingereicht werden.

Interessierte können sich im Rahmen des im Folgenden beschriebenen Antragsverfahrens bewerben. Die Einreichung von Skizzen und Anträgen ist grundsätzlich jederzeit und ohne Ausschlussfristen möglich; Abweichungen sind für gesondert bekannt gemachte Initiativen möglich.

Vorlage und Auswahl von Projektskizzen

Bei Verbundprojekten sind Projektskizzen durch den Verbundkoordinator vorzulegen.

In der Projektskizze, deren Umfang 15 Seiten nicht überschreiten soll, müssen die inhaltlichen und formalen Voraussetzungen für eine Förderung nachgewiesen werden. Notwendige Angaben (Inhalt und Gliederung der Skizze) sowie die zu Grunde gelegten Bewertungskriterien sind in Nummer 6.3 „Angaben der Antragstellenden“ beschrieben.

Auf der Grundlage der Bewertung durch den Projektträger werden die für eine Förderung vorgesehenen Skizzen ausgewählt und dem BMWK zur Förderung empfohlen. Die endgültige Entscheidung trifft das BMWK nach pflichtgemäßem Ermessen im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel. Die Interessierten werden über das Ergebnis der Bewertung schriftlich informiert. Ein Rechtsanspruch auf Förderung besteht nicht.

Vorlage förmlicher Förderanträge und Bewilligungsverfahren

Die Förderanträge werden vertieft und unter Berücksichtigung der Ziele des 8. EFP sowie nach den für die Skizzen geltenden Kriterien, unter anderem unter Berücksichtigung der Bonität der Antragstellenden, geprüft.

Auf Grundlage der Förderanträge entscheidet der Projektträger als beliehener Projektträger abschließend über eine Förderung unter Ausübung des pflichtgemäßen Ermessens und unter Berücksichtigung der verfügbaren Haushaltsmittel. Bei gleicher Qualität der inhaltlichen Ausarbeitung haben dabei Projektvorschläge Vorrang, die Sprinterziele in geeigneter Weise aufgreifen und Lösungen für damit verbundene Herausforderungen entwickeln.

Diese Förderbekanntmachung kommt ab dem Tag nach ihrer Veröffentlichung im Bundesanzeiger zur Anwendung. Maßgebend für die Geltungsdauer dieser Förderbekanntmachung ist die Laufzeit der beihilferechtlichen Grundlage AGVO, zuzüglich einer Anpassungsperiode von sechs Monaten. Vor diesem Hintergrund endet die Laufzeit dieser Förderbekanntmachung am 30. Juni 2027. Sollte die zeitliche Anwendung der AGVO ohne die Beihilferegelung betreffende relevante inhaltliche Veränderungen verlängert werden, verlängert sich die Laufzeit entsprechend, aber nicht über den Geltungszeitraum des 8. Energieforschungsprogramms hinaus. Sollte die AGVO nicht verlängert und durch eine neue AGVO ersetzt werden oder sollten relevante inhaltliche Veränderungen der derzeitigen AGVO vorgenommen werden, wird eine den dann geltenden Freistellungsbestimmungen entsprechende Änderung dieser Förderbekanntmachung oder eine den dann geltenden Freistellungsbestimmungen entsprechende ersetzende Förderbekannt­machung veröffentlicht.