Energy and Resource Engineering

Der Übergang zu einer nachhaltigen Energieversorgung der Gesellschaft („Energiewende“), einhergehend mit einem schonenden Umgang mit Ressourcen, gehört zu den großen Herausforderungen der heutigen Gesellschaft. Hierbei besteht Forschungsbedarf in unterschiedlichsten Gebieten, denen die Fakultät für Ingenieurwissenschaften auf vielfältige Weise nachgeht. In Forschung und Lehre ist es das Ziel der Fakultät, ausgehend vom Verständnis bestehender Technologien der Energiewandlung und Ressourcennutzung und der Analyse von aktuellen und absehbaren Problemen, zu Lösungen mit neuen wissenschaftlichen Ansätzen und Technologien beizutragen.

Weltweit wird die Verwendung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung auch zukünftig noch eine große Rolle spielen. Sie wird aber absehbar an Bedeutung verlieren zugunsten anderer primärer Energiequellen. Aufgrund der zeitlichen Fehlanpassung zwischen Energiebereitstellung und Energiebedarf führt dies zu vielen neuen Fragestellungen, die voraussichtlich nicht mit einer einzigen Technologie gelöst werden können, sondern mit einem Bündel von Technologien angegangen werden müssen. Die Speicherung der Energie in Form von Chemikalien, in Batterien, Druckspeichern oder Wärmespeichern kann genauso eine Lösung darstellen wie die Nutzung in Form von energieintensiv aufgearbeiteten Ressourcen. Da es gleichzeitig eine Fehlallokation zwischen den Orten der Energiebereitstellung und den Orten der Energienutzung gibt, sind Fragestellungen des Energietransports, der Regelung und der Netzstabilität von großer Bedeutung. Auch die zukünftige Mobilität wird neue Konzepte benötigen, angefangen von der Elektromobilität über das autonome Fahren oder bezüglich neuer logistischer Konzepte auf der Straße, der Schiene oder dem Wasser. All diese Konzepte haben eine starke energietechnische und ressourcentechnische Komponente. So kann durch eine in Zukunft deutlich höhere Sektorenkopplung das Gesamtsystem stofflich und energetisch optimiert werden. Trotz der diskutierten „sauberen Energiewandlung“ wird die Umwandlung fossiler Ressourcen weiterhin von Bedeutung sein ebenso wie die Verbrennung von Kohlenwasserstoff in Transportsystemen. Schon aufgrund der hohen Energiedichte gilt es diese möglichst effizient und schadstoffarm – und als besondere neue Herausforderung – hoch flexibel zu gestalten.

Die Begrenztheit bzw. die Verknappung vieler Ressourcen stellt eine mit der Energiefrage verknüpfte wichtige Fragestellung dar. Die Notwendigkeit der Bereitstellung von Ressourcen an unterschiedliche Nutzer und mit definierter Qualität und Quantität ist eine essenzielle globale Aufgabe, die interdisziplinär in der Forschung adressiert werden muss. Weltweit gehört die Versorgung mit sauberem Wasser zu den großen Herausforderungen, ebenso wie die Bereitstellung verschiedener Werkstoffe wie zum Beispiel Stahl, Polymere, seltene Erden oder Aluminium. Mit steigendem Nutzungsdruck auf limitierte Ressourcen muss über das lineare Wirtschaftsmodell, in dem Rohstoffe entnommen, produziert und entsorgt werden, hinausgegangen werden. Ziel muss sein, sich hin zu einem kreisförmigen Ansatz zu entwickeln, in dem Rohstoffe energieeffizient erzeugt, recycelt, gereinigt und aufkonzentriert sowie belastete Ressourcen erschlossen und wiederverwendet werden. Nicht zuletzt ist die Ressource „Saubere Luft“ zu nennen, die u.a. angesichts des nicht zu leugnenden Klimawandels wieder stärker in den Fokus rückt.

Bei der Strom- und Wärmeerzeugung bzw. der Umwandlung von Ressourcen muss schließlich beurteilt werden, ob neue bzw. veränderte Prozesse und Technologien sinnvoll sind und von der Gesellschaft akzeptiert werden. Die Beurteilung betrifft verschiedene Ebenen, beginnend bei der thermodynamisch-exergetischen Analyse über das Life-Cycle-Assessment bis hin zur ökonomischen Analyse und der ethisch soziologischen Beurteilung.

Die Einbeziehung systemischer Aspekte, wie z.B. Stabilitätsbetrachtungen komplexer Netzwerke oder die Konformität der im Rahmen des Umbaus von Energieversorgungsstrukturen erforderlichen Technologien mit den gesellschaftlichen Anforderungen bildet einen weiteren Forschungsschwerpunkt.