ENZO Topics
Die sechs Topics spannen den thematischen Rahmen für ENZo auf. Im Sinne des Ziels von ENZo, einen Überblick über das Energiesystem zu schaffen und interdisziplinäre Zusammenarbeit zu stärken, sind die Topics aber nicht als trennende Einheiten innerhalb von ENZo zu verstehen. Als organisatorisches Element dienen sie lediglich z.B. der Zuordnung der Promotionsthemen und der Weiterbildungsangebote.
Jedes Topic wird von zwei Topic‐Verantwortlichen betreut, die die fachliche Ausgestaltung des Topics und der damit verbundenen Qualifizierungsmaßnahmen für die Nachwuchswissenschaftler*innen verantworten.
Erneuerbare Energien
Die entscheidende Basis für eine künftige CO2‐neutrale Energieversorgung bilden erneuerbare Energiequellen. Mit der Geothermie und der Photovoltaik spannt das Topic das Spektrum zwischen grundlastfähiger und auf Tagesbasis volatiler Quellen auf. Beide Themen werden am KIT erfolgreich und mit hoher internationaler Sichtbarkeit beforscht und mit entsprechend modernen Forschungsinfrastrukturen und Laboren unterstützt. Im Sinne der Optimierung des zukünftigen Energiemix werden andere erneuerbaren Energieträger (Wind, Wasser, Biomasse …) bedarfsgerecht mitdiskutiert und ggf. durch externe Kooperationen ergänzt.
Sektorkopplung Bauwesen:
Schwerpunkt dieses Topics sind integrale Energiekonzepte für Gebäude und Quartiere. Neben der energetischen Optimierung der Gebäude im Hinblick auf winterlichen und sommerlichen Wärmeschutz, werden Strategien zur lokalen regenerativen Energiebereitstellung und ‐speicherung auf verschiedenen Maßstabsebenen (Einzelgebäude – Quartier) untersucht, um eine emissionsfreie Energieversorgung zu erreichen. Eine wesentliche Rolle wird dabei das Energiemanagement sowie die Sektorkopplung von Wärme und Strom auf Quartiersebene spielen; der Hauptfokus liegt auf Lösungen für den Gebäudebestand.
Sektorkopplung Industrie:
Dieses Topic steht unter der Leitfrage „Wie kann erneuerbare Energie genutzt werden, um die benötigten chemischen Grundstoffe und Hochtemperaturwärme für industrielle Prozesse sowie Treibstoffe für die Luftfahrt und den Schwerlastverkehr kohlendioxidneutral bereitzustellen?“ Konzepte zur Elektrifizierung chemischer Verfahren, neuartige elektrochemische bzw. elektrokatalytische Synthesen und die Nutzung von Ökostrom zur Herstellung von grünem Wasserstoff und grünem Synthesegas in Verbindung mit Kohlendioxid und biogenen Kohlenstoffquellen müssen ebenso vorangetrieben werden wie daran anknüpfende Verfahren, um aus diesen Grundstoffen spezifikationsgerechte Energieträger herzustellen. Automatisierung und intelligente Prozessführung bis hin zu vollständig ferngesteuerten dezentralen Anlagen sind dabei wichtige Aspekte der Digitalisierung. Das Energy Lab 2.0 mit seinen unterschiedlichen Komponenten steht hierfür als Entwicklungsplattform zur Verfügung.
Kreislaufwirtschaft:
In der Produktion von Materialien und Produkten sind Energie und Rohstoffe erforderlich, und es entstehen meist Emissionen und Abfälle. Der von der EU verkündete Green Deal verbindet die Themen Energiewende und Kreislaufwirtschaft mit dem Ziel, Treibhausgasemissionen zu minimieren und Ressourcen zu schonen. Die Herausforderung einer klimaneutralen Kreislaufwirtschaft erfordert besonders für die energieintensiven Industrien einen Wandel hin zur Nutzung von Recyclingströmen, Effizienzsteigerung und damit einhergehend neue Technogien der Stoffumwandlung und Umgestaltung bzw. Optimierung der Wertschöpfungsketten. Schwerpunkt des Topics sind der Rohstoff‐ und der Technologiewandel zur Implementierung einer Kreislaufwirtschaft sowie die techno‐ökonomische und ökologische Bewertung von Prozessen und Systemveränderungen.
Maschinelles Lernen und digitale Werkzeuge:
Das Querschnittstopic befasst sich mit methodischen Ansätzen, die für die Bearbeitung der Topics 1 bis 4 von zentraler Bedeutung sind. Der methodische Fokus ist die Modellierung der Zeitreihen der Energiedaten mit Methoden des Maschinellen Lernens wie z.B. generative Modellierung. Dabei werden zwei Ziele verfolgt: Erstens die Grundlagenforschung zur Entwicklung von neuartigen Methoden zur besseren Abbildung der Domäne Energie (z.B. Energiezeitreihen mit großen Datenmengen für unterschiedliche zeitliche und räumliche Aggregationen, Einbeziehung von Domänenwissen, AutoML - automatisiertes maschinelles Lernen) und zweitens die Entwicklung von digitalen Werkzeugen zur Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse im realen Umfeld.
Der Mensch im Energiesystem:
Das Topic thematisiert die Analyse des Verhaltens von Konsumenten (primär Haushalten) im Energiesystem. Zum einen werden durch konkrete Experimente in Reallaboren Daten von Probanden erfasst, um unterschiedliche Dimensionen (Verhalten, Werte, …) zu analysieren und daraus Rückschlüsse auf die geeignete Umsetzung von Zielen der Energiewende abzuleiten. Zum anderen werden die Ergebnisse dazu genutzt, um die langfristigen Wirkungen auf Transformationspfade zu untersuchen – insbesondere die Veränderung von Werten und Einstellungen im Zeitverlauf.