Um Anreize für die Entwicklung von heimischen Netto-Null-Technologienzu schaffen, unterstützt der Klima- und Energiefonds bei der Entwicklung klimawirksamer und klimafitter Energielösungen. © Adobe Stock/Andrew Brown

Wie können wir bis 2040 klimaneutral werden? In Österreich gibt es bereits zahlreiche Initiativen, Förderungen und die passenden Technologien. Jetzt muss alles nur mehr gesellschaftsfähig werden.

Die Null ist das Ziel. Bis 2040 will Österreich klimaneutral sein. Nach den vorläufigen Zahlen des „Nowcast 2023“ aus dem Klimaschutzministerium wurden im Jahr 2022 insgesamt rund 72,6 Millionen Tonnen Treibhausgase emittiert. Das sei der niedrigste Wert seit 1990, sagt das Ministerium. Grund zur Freude ist das aber noch lange nicht. Laut dem PwC Net Zero Economy Index hat seit dem Jahr 2000 kein G20-Land eine jährliche Dekarbonisierungsrate von über elf Prozent erreicht und die Welt müsste siebenmal schneller dekarbonisieren, um die Pariser Klimaziele von 2016 zu erreichen.

Dafür ist noch viel Anstrengung nötig. Doch die gibt es. Neben vielen technischen Innovationen, sind es auch nationale Förderungen, die die Entwicklung und Umsetzung wichtiger Technologien weiterbringen wollen. Jetzt ist weder Zeit zum Schwarzmalen noch, um sich zurückzulehnen, sondern in die Gänge zu kommen, um die Null zu erreichen. 

Forschungsprojekte werden initiiert
Um Anreize für die Entwicklung von heimischen Netto-Null-Technologien und deren lokale Produktion zu schaffen, unterstützt der Klima- und Energiefonds mit seinem Energieforschungsprogramm österreichische Unternehmen und Forschungseinrichtungen bei der Entwicklung klimawirksamer und klimafitter Energielösungen. Insgesamt stehen für diese Ausschreibung zehn Millionen Euro zur Verfügung, dotiert aus den Mitteln des Klimaschutzministeriums. Im Fokus der diesjährigen Ausschreibung steht die Neu- und Weiterentwicklung von grünen Schlüsseltechnologien, u. a. erneuerbare Energien, Speicher, Netze oder Kohlenstoff-Abscheidetechnologien. Die Einreichungen sind laufend bis 13. März 2024 möglich.

Klimaschutzministerin Leonore Gewessler versichert: „Um die Klimaneutralität in Österreich bis 2040 zu erreichen, müssen Emissionen reduziert werden. Es ist wichtig, dass wir den wachsenden Sektor der grünen Schlüsseltechnologien in Österreich stärken. Forschung und Entwicklung können hier maßgeblich zur Lösung beitragen.“

Auch Oberösterreich will durch gemeinsame Forschungsprojekte von Unternehmen und Forschungseinrichtungen neues Wissen in den Bereichen Energieerzeugungstechnologien, integrierte Energiesysteme, Transport und Speicherung sowie Simulation und Modellierung von Energiesystemen gewinnen. Eine von mehreren Maßnahmen im Rahmen des OÖ. Wirtschafts- und Forschungsprogramms #upperVISION2030 ist eine Förderausschreibung zum Thema „Future Energy Technologies“, die im Mai 2023 gestartet wurde.

„Eine internationale Jury hat sieben Projekte zur Förderung empfohlen. Daran sind 14 Unternehmen, vier außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, zwei weitere Organisationen sowie die Johannes-Kepler-Universität Linz mit dem Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung sowie die FH OÖ Forschungs- und Entwicklungs GmbH beteiligt“, so der oberösterreichische Wirtschaftslandesrat Markus Achleitner, und er bestätigt: „4,68 Mio. Euro beträgt die Gesamtinvestitionssumme der ausgewählten Projekte. Dafür werden rund drei Millionen Euro Landesförderung aus dem Wirtschafts- und Forschungsressort bereitgestellt.“

Ein von der Jury ausgewähltes Projekt ist die Qualitätskontrolle für die Wasserstoffproduktion. Denn eine der großen Herausforderungen der Energiewende ist die Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen im großindustriellen Maßstab. Ein Schlüssel dafür ist die lastflexible Produktion von Wasserstoff, basierend auf der sogenannten PEMElektrolysetechnologie. Eine Schwierigkeit dabei ist eine echtzeitfähige, hochgenaue und robuste Gasanalytik, um die Produktionsbedingungen optimieren und eine hohe Gasqualität garantieren zu können.

Das Projekt „H2lytics“ von K1-MET GmbH, dem Research Center for Non Destructive Testing GmbH und der Voestalpine Stahl GmbH entwickelt hier innovative Ansätze zur flexiblen Wasserstoffproduktion. Kern der Forschung ist die Sensorik auf Basis optischer Spektroskopie, die in ein Elektrolysesystem integriert wird. Dies ermöglicht eine genaue Überwachung der Wasserstoffqualität und eine flexible Produktion. Im Ergebnis sollen die Projekterkenntnisse einen Beitrag zur kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion für die Stahlindustrie leisten.

Um die Wasserstoff-Forschung generell voranzutreiben, hat das Land Oberösterreich die „Oberösterreichische Wasserstoff-Offensive 2030“ gestartet, mit dem Ziel, Unternehmen und Forschungseinrichtungen in diesem Bereich zu vernetzen. Als Auftakt des Netzwerkes, das bereits rund 60 Partner umfasst, konnte Mitte November ein Teil des neuen Oberösterreich Wasserstoff-Forschungszentrums auf dem FH OÖ-Campus Wels in Betrieb genommen werden, in das das Land Oberösterreich in einem ersten Schritt 7,3 Mio. Euro investiert hat. 

Anfang 2024 soll es zügig mit den Wasserstoffprojekten weitergehen. Dazu wird es eine Förderausschreibung für Forschungsprojekte zu Wasserstofftechnologien in der Höhe von vier Millionen Euro geben.

Stromspeichern mit BESS 
Stromnetze müssen ein sensibles Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -nachfrage aufrechterhalten, was durch plötzliche Energiespitzen, beispielsweise an heißen Tagen mit intensiver Klimaanlagennutzung, zusätzlich herausgefordert wird. Die Einbindung von erneuerbaren Energien wie Solarenergie und Windkraft ist hier gleichermaßen wichtig wie schwierig, da sie von den Wetterbedingungen abhängen und nicht kontinuierlich verfügbar sind. Ganz gleich für welchen Bedarf, hier werden Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) immer wichtiger für die Energieversorgung.

Angesichts des Wandels in Richtung intelligenter Stromnetze ist die Nutzung von Energiespeichertechnologien ebenfalls wichtig. Denn nicht benötigte Energie lässt sich so an bestimmten Stellen dynamisch speichern und abgeben. In gewissen Netzsegmenten wird eine wirtschaftlichere Energienutzung möglich, sogar bis hin zum autarken Microgrid-Betrieb. Darüber hinaus können BESS zu einem stabileren Netz beitragen und – durch selektives Laden und Entladen – das schwankende Angebot aus erneuerbaren Energiequellen ausgleichen. Dabei erfordert eine effektive Integration von BESS in die Stromnetze Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten.

Das Salzburger Softwareunternehmen Copa-Data liefert als Entwickler von Automatisierungssoftware mit seiner Software zenon eine Antwort. „Mit zenon können Energiemanager auf einfache Weise die Energieproduktion im gesamten Netz überwachen und nachverfolgen und damit sicherstellen, dass Batterie-Energiespeichersysteme für höchste Effizienz und Nachhaltigkeit richtig integriert sind“, sagt Stefan Hufnagl, Energy Industry Specialist bei Copa-Data. 

Größere Resilienz der Stromnetze
„Dekarbonisierung und Elektrifizierung gehen Hand in Hand. Damit unsere Stromnetze die wachsenden Strommengen und die Schwankungen in Angebot und Nachfrage nach Strom bewältigen können, müssen sie leistungsfähiger und stabiler werden. Dafür brauchen wir neue Lösungen“, sagt auch Thomas Zollver, Senior Vice President Technology & Innovation der Division Connected Secure Systems von Infineon. „Das gemeinsame Forschungsprojekt Progressus konnte eine ganze Reihe von Technologien entwickeln, die unsere vorhandenen Netze resilienter machen können. Es leistet damit einen wichtigen Beitrag, unser modernes Leben von fossilen Energieträgern zu lösen und unser Klima für kommende Generationen zu schützen.“

In dem angesprochenen Forschungsprojekt haben 22 Projektpartner aus Industrie und Forschung seit dem 1. April 2020 mitgearbeitet. Im Mittelpunkt standen drei zentrale Themen: effiziente Energieumwandlung, intelligentes Strommanagement und die sichere Netzüberwachung. Gefördert wurde Progressus durch eine Gemeinschaftsunternehmung der Europäischen Union und der Regierungen von Deutschland, Italien, den Niederlanden, der Slowakei und Spanien mit knapp 20 Millionen ­Euro. Im Rahmen des Projekts wurden etwa hocheffiziente elektrische Leistungswandler entwickelt, die Verluste minimieren und Batteriespeicher sowie erneuerbare Energieträger wie Photovoltaik einbinden. Zur Entlastung der Stromnetze kann auch das gemeinsame Energiemanagement von mehreren Gebäuden beitragen.

Projektpartner von Progressus haben ein solches Energiemanagementsystem auf der Basis realer Daten von 16 Gebäuden mit Photovoltaikanlagen und Energiespeichersystemen simuliert. Das Ergebnis: Die Spitzenlast der Stromnachfrage aus dem öffentlichen Netz könnte durch ein solches gemeinsames Energiemanagement um bis zu 80 Prozent im Durchschnitt gesenkt werden, ohne die Anforderungen der Verbraucher:innen zu vernachlässigen. 

Drohnen und Windräder
Die Diskussion, wo Windräder aufgestellt werden sollen, ist ein Dauerbrenner im Land. Wenn sie dann endlich stehen, muss gewährleistet sein, dass sie sich problemlos drehen. Feuchte Kälte ist der Feind der Windkraft. Wenn die Rotorblätter eine Eisschicht ansetzen, kann dies zu Unwuchten bei der Rotation und damit zu erhöhtem Verschleiß führen. Die Anlagen müssen dann oft für mehrere Tage abgeschaltet werden. Die gestoppte Stromerzeugung bedeutet für die Anlagenbetreiber massive Verluste und weniger grünen Strom für die Verbraucher:innen.

Einem Team des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM ist es im Projekt „Turbo – Temporäre Beschichtung mittels Drohnen“ erstmals gelungen, Rotorblätter durch den Einsatz von Drohnen vor Vereisung zu schützen. Bisher mussten die Anlagenbetreiber dafür tief in die Tasche greifen: In die Flügel integrierbare Heizmatten oder Systeme, die warme Luft in die Rotoren pumpen, sind – genau wie der Einsatz von Hubschraubern, die Enteisungsmittel versprühen – mit hohen Kosten verbunden.

„Drohnen, die nur im Bedarfsfall eingesetzt werden, sind eine preiswerte Alternative“, betont Andreas Stake, Projektleiter am Fraunhofer IFAM. Um sie für die Prävention von Vereisung nutzen zu können, müssen jedoch mehrere Voraussetzungen erfüllt sein: Man braucht umweltverträgliche Beschichtungsmaterialien, die gut haften und ausreichend beständig sind, damit sie über Wochen auf den Rotoren verbleiben und diese vor Vereisung schützen.

Benötigt wird ferner eine Spritzvorrichtung, die sehr genau arbeitet, aber wenig wiegt. Und zu guter Letzt müssen Drohnen bereitgestellt werden, die sich sehr präzise steuern lassen und dazu noch eine große Tragkraft haben. Im Projekt „Turbo“ entwickelten die Fraunhofer-Forschenden einen Prototyp, der all diesen Anforderungen gerecht wird. Im nächsten Schritt wollen die Forschenden die Technik zusammen mit Partnern aus der Industrie bis zur Serienreife weiterentwickeln.

Business as usual oder ZEM 
Die heimische produzierende Industrie stieß im Jahr 2021 rund 28 Millionen Tonnen CO₂e aus und ist damit für mehr als ein Drittel der gesamten Emissionen in Österreich verantwortlich. Das Konsortium „NEFI – New Energy For Industry“ – entstanden rund um das AIT Austrian Institute of Technology – hat in einer aktuellen Studie drei Szenarien entwickelt, die wichtige Impulse für eine klimaneutrale Zukunft der österreichischen Industrie geben sollen. In mehreren Schritten wurden industrielle Daten über Energieverbrauch, Brennstoffe und Potenziale zur Effizienzsteigerung erhoben und in drei Szenarien, Business As Usual (BAU), Pathway of Industry (POI) und Zero Emissions (ZEM), erfasst. 

„Die Energiewende in der Industrie erfordert den Einsatz aller Akteure – dank der vorliegenden Studie und der Zusammenarbeit mit industriellen Leitbetrieben kennen wir nun den Pfad, um die Transformation zu einer klimaneutralen österreichischen Industrie aktiv zu gestalten. Die NEFI-Szenarien zeigen neben den technologischen Herausforderungen auch die regulatorischen Hürden auf. Diese müssen überwunden werden, um die industrielle Energiewende in Österreich umsetzen zu können“, so Wolfgang Hribernik, NEFI-Verbundkoordinator und Head of Center for Energy am AIT Austrian Institute of Technology. 

Aber zurück zu den Szenarien. BAU beschreibt eine weitgehende Fortführung aktueller Trends und Technologien und dient als Referenz für die zwei progressiveren Szenarien. Hier wird der Energiebedarf bis 2050 um bis zu 29 TWh auf insgesamt 161 TWh steigen und die österreichische Industrie weiterhin große Mengen fossiler Energieträger, wie Kohle, Naphtha und Öl, einsetzen. Dies würde zu einem Gesamtausstoß von 23 Millionen Tonnen CO₂e im Jahr 2050 führen.

Für das zweite Szenario, POI, lieferten die teilnehmenden Unternehmen eine Abschätzung, welche klimafreundlichen Technologien bis 2030 unter den gegebenen Rahmenbedingungen im industriellen Energiesystem eingesetzt werden könnten. Anhand von kurz- bis mittelfristig verfügbaren Technologien wurde diese Einschätzung dann bis 2050 extrapoliert. In diesem Szenario steigt der Gesamtenergiebedarf bis 2050 auf 168 TWh (inklusive Strombedarf für die Herstellung des benötigten Wasserstoffs), während die CO₂-Emissionen um 31 Millionen Tonnen auf 0,6 Millionen Tonnen sinken.

Das dritte Szenario, ZEM, zeigt, wie mit umfangreichen und ambitionierten Maßnahmen die vollständige Klimaneutralität der österreichischen Industrie bis 2050 erreicht werden kann. Mit der Methode des Backcasting wurde ein möglicher Transformationspfad aufgezeigt, der neben technologischen, auch sozioökonomische und infrastrukturelle Parameter berücksichtigt. In diesem Szenario steigt der Gesamtenergiebedarf bis 2050 auf 172 TWh. Der Anstieg ist insbesondere auf den vermehrten Einsatz von Wasserstoff in der Eisen- und Stahlindustrie und in der chemischen Grundstoffproduktion zurückzuführen. Kunststoffe würden dann nicht aus fossilen Erdölprodukten, sondern auf der Basis von Wasserstoff und CO₂ hergestellt. Damit könnten auch unvermeidliche CO₂-Emissionen der Zementindustrie in einer sektorübergreifenden Zusammenarbeit sinnvoll genutzt werden.

Strom spielt bei der Realisierung aller Szenarien eine Schlüsselrolle. Für die Bereitstellung des hohen Energiebedarfs von 172 TWh im ZEM-Szenario, vorrangig für Strom, Wasserstoff, Biofuels und natürliche Gase, ist der Ausbau der Energieinfrastruktur essenziell. Dazu gehören leistungsfähige Strom- und Gasnetze sowohl für den inländischen als auch für den grenzüberschreitenden Transport.

„Mit den NEFI-Szenarien wurde Pionierarbeit für die Entwicklung von konkreten Pfaden für die Transformation des industriellen Energiesystems geleistet. Forschung, Entwicklung und Demonstration sind die Schlüssel zu einer schnellen Umsetzung neuer Technologien in der Industrie. Die Ergebnisse zeigen, dass wir den Umstieg in Österreich schaffen können. Allerdings müssen die Anstrengungen in diesen Bereichen verstärkt und beschleunigt werden“, sagt Thomas Kienberger, Leiter des NEFI_Lab und Leiter des Lehrstuhls für Energieverbundtechnik an der Montanuniversität Leoben, abschließend. (BS)