Forschungszentrum Jülich

Am 14. September 2023 besuchten wir mit 15 Personen des Bezirks Nordrhein das Forschungszentrum Jülich zum Schwerpunktthema „Energie und Klimaforschung“. Nach der Anmeldung am Haupteingang des FZJ wurden wir von unserem Gästeführer, Herrn Lukas Frommel begrüßt, der uns während der Besichtigung begleitet. Zunächst stellt Herr Frommel das Forschungszentrum, dessen Struktur, Organisation, Aufgaben und Finanzierung vor (Bild 01: Forschung in Jülich auf einen Blick).

Wandel gestalten

Mit dieser Mission arbeiten im Forschungszentrum Jülich mehr als 7.000 Menschen Hand in Hand sowie über 900 Gastwissenschaftlerinnen und Gastwissenschaftler aus 65 Ländern. Das FZJ gehört zu den großen Forschungseinrichtungen in Europa und leistet als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Beiträge zur Lösung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. 2050 will die EU klimaneutral sein. Bis 2030 sollen dafür die CO 2-Emissionen um 55 Prozent gegenüber 1990 sinken. Zugleich gilt es, die Stromversorgung zu sichern und die Industrie wettbewerbsfähig zu halten. Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler modellieren Szenarien, um herauszufinden, wie diese Ziele zu erreichen sind. Sie geben Empfehlungen für ein künftiges Energiesystem, das auf erneuerbare Energien baut, und entwickeln Technologien dafür. Eine Schlüsselrolle spielt Wasserstoff: Er soll fossile Brennstoffe ersetzen, Energie speichern, Mobilität ermöglichen und als Grundstoff für die chemische Industrie dienen – effizient und kostengünstig. Und „grün“ soll er sein, also erzeugt mit Hilfe erneuerbarer Energien.

Nach dem Mittagessen im Seecasino des FZJ besuchen wir als erstes das Institut für Energie und Klimaforschung (IEK). Hier, beim IEK-3, werden wir in einem Vortrag zur „Techno-ökonomischen Systemanalyse“ informiert. Darunter sind Wandlungsstrategien für eine nachhaltige Zukunft zu verstehen. Hier erforschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wie ein nachhaltiges Energiesystem erreicht werden kann und wie dieses aussehen könnte. Hierfür entwickeln sie vielfältige hoch-komplexe und realitätsnahe Energiesystemmodelle (Bild 02: Komplexe Energiesystemmodelle und Datenstrukturen).

Im IEK-14 werden wir zum Thema „Elektro-chemische Verfahrenstechnik“ informiert. Mit Hilfe elektrischer Energie durch Elektrolyse wird Wasserstoff erzeugt (Bild 03: Elektrolyseverfahren) und kann so als Gas oder verflüssigt durch Rohrleitungen transportiert oder in Druckkesseln über lange Zeit gespeichert werden ohne Einsatz von Batterien. Bei der Wasserspaltung dient sauberes Wasser als Wasserstofflieferant. Mit Hilfe von elektrischem Strom wird in einem Elektrolyseur aus dem Wasser Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Der energetische Wirkungsgrad der Elektrolyse von Wasser liegt bei über 70 %. Wasserstoff kann z. B. mittels Brennstoffzellen in Strom zurückgewandelt werden. Bei der Wasserstoffherstellung, -speicherung und anschließenden Rückverstromung mittels Brennstoffzellen liegt der Wirkungsgrad derzeit allerdings bei „nur“ max. 50 %. Wir sehen die Anlage mit der das Elektrolyseverfahren erforscht wird.

Als nächstes besuchen wir das Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5). Hier werden zum Thema Photovoltaik neuartige Materialien sowie innovative Gerätearchitekturen für eine nachhaltige Photovoltaik auf Basis dünner Schichten untersucht. U. a. werden die physikalischen Grundlagen von überwiegend ungeordneten Materialsystemen untersucht, wie amorphes und mikrokristallines Silizium und deren Legierungen, organische und hybride Strukturen sowie verschiedene funktionelle Oxide. Gleichzeitig entwickelt das IEK-5 die notwendigen Herstellungsprozesse mit besonderem Fokus auf die industrielle Anwendbarkeit. Das IEK 5 nutzt auch diverse Möglichkeiten, um Photovoltaik (PV) Kraftwerke auf dem Forschungscampus in Jülich zu realisieren, z. B. in Freiflächenanlagen auf dem ehemaligen Reaktorgelände seit 2022 mit 1,1 Megawatt, auf Gebäudedächern, eine Besonderheit als Versuch mit PV-Panels im Gehweg und seit 2022 in Betrieb auch an einer Gebäudefassade mit einer Peak Leistung von fast 40 kW (Bild 04: Fassade).

Voll gestopft mit Informationen beenden wir den Besuch beim Forschungszentrum Jülich. Wir müssen gestehen, nicht alles verstanden zu haben, aber trotzdem war die Veranstaltung ein voller Erfolg, der uns beeindruckende Einblicke in die Forschungstätigkeit des FZJ verschaffte. Alleine bei den komplexen Themen Wasserstoff und Photovoltaik zeigt sich auch, dass ein Besuch im FZJ mit der weit verbreiteten laienhaften Ansicht Schluss macht: Jetzt machen wir z. B. mal kurz in Wasserstoff und Photovoltaik und schon sind alle Energie- und Klimaprobleme gelöst. Es gilt alleine schon, für den Aufbau und Ausbau der Infrastrukturen etliche bürokratische Hindernisse zu überwinden. Deshalb wäre ein Besuch des FZJ für viele Personengruppen sehr empfehlenswert, die den Energiewandel als einfache und problemlos umsetzbare Maßnahme betrachten.

Nicht zuletzt war beeindruckend, mit welcher Begeisterung und tiefem Fachwissen unsere heutigen Vortragenden, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der besichtigten Institute ihre Forschungsarbeit verrichten.