Bundesbericht Energieforschung 2021 - Forschungsförderung für die Energiewende - BMWi
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Bundesbericht
Energieforschung 2021
Forschungsförderung für die Energiewende
bmwi.de
Impressum
Herausgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Öffentlichkeitsarbeit
11019 Berlin
www.bmwi.de
Stand
März 2021
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PRpetuum GmbH, 80801 München
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DLR / S. 41
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Mark Bittner / TU Braunschweig / S. 34
Moritz Leg / S. 57
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Open District Hub e. V. / S. 22
PD Dr. Satyanarayana Narra, Universität Rostock / S. 37
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Forschungszentrum Energiespeichertechnologien / S. 46
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Diese Publikation wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
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im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit herausgegeben. Die Publikation wird
Sergey Ryzhov / S. 62
kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Sie darf weder
solvod / S. 52
von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern während eines Wahl-
Tarnero / S. 80/81
kampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für
Westend61 / S. 72/73
Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen sowie für Wahlen zum
zhu difeng / S. 23
Europäischen Parlament.
3
Bundesbericht
Energieforschung 2021
Forschungsförderung für die Energiewende
bmwi.de
4
Inhalt
1. Forschungsförderung für die Energiewende ............................................................................................................................................................................................................ 7
1.1 Das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung 8
...........................................................................................................................................
1.1.1 Energieforschung im Zeichen der COVID-19-Pandemie 8
......................................................................................................................
1.1.2 Mittelentwicklung 8
.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
1.1.3 Evaluationen und Erfolgskontrollen 9
.................................................................................................................................................................................................................................
1.2 Strukturen der Energieforschungspolitik ................................................................................................................................................................................................................................ 12
1.2.1 Ressortaufgaben .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 12
1.2.2 Koordination der Energieforschungsförderung ................................................................................................................................................................. 12
1.2.3 Nationale Vernetzung .................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12
1.2.4 Reallabore der Energiewende ........................................................................................................................................................................................................................................................... 15
1.2.5 Forschung für die Innovationssprünge von morgen ........................................................................................................................................ 17
1.2.6 Transparenz und Kommunikation ...................................................................................................................................................................................................................................... 17
2. Projektförderung 19
.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
2.1 Energiewende in den Verbrauchssektoren ......................................................................................................................................................................................................................... 20
2.1.1 Energie in Gebäuden und Quartieren ................................................................................................................................................................................................................. 20
2.1.2 Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen ......................................... 24
2.1.3 Schnittstellen der Energieforschung zu Mobilität und Verkehr ............................................................................... 26
2.2 Energieerzeugung ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 30
2.2.1 Photovoltaik .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 30
2.2.2 Windenergie .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 32
2.2.3 Bioenergie ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 35
2.2.4 Geothermie ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 38
2.2.5 Wasserkraft und Meeresenergie .............................................................................................................................................................................................................................................. 40
2.2.6 Thermische Kraftwerke ........................................................................................................................................................................................................................................................................................... 40
2.3 Systemintegration ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 42
2.3.1 Stromnetze .......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 42
2.3.2 Stromspeicher ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 44
2.3.3 Sektorkopplung und Wasserstoff ........................................................................................................................................................................................................................................ 47
2.4 Systemübergreifende Forschungsthemen ........................................................................................................................................................................................................................... 51
2.4.1 Energiesystemanalyse .................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 51
2.4.2 Digitalisierung der Energiewende ...................................................................................................................................................................................................................................... 53
2.4.3 Ressourceneffizienz für die Energiewende ........................................................................................................................................................................................ 54
2.4.4 CO2-Technologien (inkl. Carbon2Chem) ................................................................................................................................................................................................... 55
2.4.5 Energiewende und Gesellschaft ............................................................................................................................................................................................................................................... 57
2.4.6 Materialforschung für die Energiewende ................................................................................................................................................................................................ 60
2.5 Nukleare Sicherheitsforschung ................................................................................................................................................................................................................................................................................ 61
2.5.1 Reaktorsicherheitsforschung ............................................................................................................................................................................................................................................................ 61
2.5.2 Entsorgungs- und Endlagerforschung ............................................................................................................................................................................................................... 63
2.5.3 Strahlenforschung ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 65
I N H A LT 5
3. Institutionelle Energieforschung ........................................................................................................................................................................................................................................................................67
3.1 Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft ...................................................................................................................................... 68
3.2 Fusionsforschung ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 71
4. Europäische und internationale Zusammenarbeit 73
.....................................................................................................................................................................
4.1 Europäische Vernetzung in der Energieforschung .................................................................................................................................................................................. 74
4.2 Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union (Horizon 2020) ................................................................. 75
4.3 Internationale Zusammenarbeit ............................................................................................................................................................................................................................................................................. 77
4.4 Bilaterale Forschungskooperationen ...................................................................................................................................................................................................................................................... 78
5. Weitere energierelevante Förderaktivitäten ........................................................................................................................................................................................................80
5.1 Aktivitäten der Bundesregierung außerhalb des Energieforschungsprogramms ...................... 82
5.2 Forschungsförderung der Länder ....................................................................................................................................................................................................................................................................... 84
6. Tabellen 86
..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
6.1 Fördermittel im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung .................................................................... 86
6.2 Fördermittel für Energieforschung der Länder .................................................................................................................................................................................................. 92
6 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E
7 1. Forschungs- förderung für die Energiewende
8 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E
1.1 Das 7. Energieforschungsprogramm Die Bundesregierung fördert bereits seit den 1970er
der Bundesregierung Jahren mit ihren fortlaufenden Energieforschungs-
programmen das Entwickeln neuer Technologien
1.1.1 Energieforschung im Zeichen der und Anwendungen für eine moderne Energiever-
COVID-19-Pandemie sorgung. Diese Förderung hat früh auch erneuer-
bare Energietechniken miteingeschlossen und die
Das Jahr 2020 stand im Zeichen der COVID-19-Pan Basis für deren Erfolg gelegt. Seit 2018 läuft das
demie. Die Beschränkungen, die zur Eindämmung nunmehr 7. Energieforschungsprogramm, das
der Pandemie notwendig waren, machten es teil- umfassend auf die Förderung von technischen und
weise notwendig, Forschungsarbeiten neu zu pla- nicht-technischen Innovationen für die Energie-
nen und das Vorgehen anzupassen. Insgesamt ist es wende ausgerichtet ist. Das größte Augenmerk liegt
mit Flexibilität und Kreativität gelungen, auch in dabei auf dem beschleunigten Transfer von Inno-
diesem ungewöhnlichen Jahr die Forschung für die vationen aus den Laboren, Testräumen und Köpfen
Energiewende weiter voranzubringen. Dabei konn- der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in
ten Ergebnisse der Energieforschung auch im Kon- die energiewirtschaftliche Praxis und das gesell-
text der COVID-19-Pandemie nutzbringend ver- schaftliche Leben.
wertet werden. Beispielsweise helfen Erkenntnisse
aus Vorhaben zur hocheffizienten Wärmedäm- Die Verabschiedung der Nationalen Wasserstoff
mung und thermischen Speichern, den Transport strategie (NWS) im Juni 2020 verleiht der sektorüber
von Impfstoffen bei sehr tiefen Temperaturen zu greifenden Energiewende einen weiteren Schub.
organisieren. Zudem konnten Energieforschungs- Die Forschung und Entwicklung rund um Wasser-
infrastrukturen zur Lüftungstechnik für die For- stoff (H2) als Energieträger trägt maßgeblich dazu
schung zu COVID-19 eingesetzt werden. Dies bei, die ambitionierten Ziele der NWS zu erreichen.
unterstreicht den Wert von Forschung und Wissen- Erste Maßnahmen der Energieforschung zur
schaft für die Gesellschaft, deren Ergebnisse und Umsetzung der NWS sind bereits im Jahr 2020
Anwendungsfälle oft im Vorhinein nicht absehbar gestartet.
sind.
1.1.2 Mittelentwicklung
Ein breites Spektrum an Lösungsoptionen ver-
fügbar zu machen, ist auch mit Blick auf den Das 7. Energieforschungsprogramm unterstreicht
Klimawandel essenziell und Ziel der Forschungs- die hohe Bedeutung von Forschung und Entwick-
förderung im Rahmen des 7. Energieforschungs lung für den Erfolg der Energiewende. Durch
programms. Denn trotz des gegenwärtigen Fokus öffentliche Förderung unterstützt die Bundesregie-
auf die COVID-19-Pandemie galt und gilt, die zen rung die umfangreichen Forschungsaktivitäten von
tralen, langfristigen Ziele der Forschung für die Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Hoch-
Energiewende nicht aus den Augen zu verlieren: schulen und weiteren Organisationen in ihren
das klimaneutrale Energiesystem der Zukunft vor- Anstrengungen, zum Gelingen der Energiewende
zubereiten und dabei eine verlässliche und bezahl- beizutragen. Zugleich unterstreicht die Struktur
bare Energieversorgung sicherzustellen. Diese der Fördermittelvergabe, dass Forschung, Entwick-
Herausforderung zu meistern ist gerade für die lung und Demonstration von Energie- und Effizienz
Bundesrepublik Deutschland als Industriestandort technologien vornehmlich Aufgabe der Wirtschaft
von entscheidender Bedeutung für langfristigen sind.
wirtschaftlichen Fortschritt und gesellschaftlichen
Wohlstand. Im Jahr 2020 hat der Bund 1,216 Milliarden Euro in
die Energieforschung investiert. Dies ist ein Anstieg
von rund sechs Prozent im Vergleich zum Vorjahr.
1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 9
750,62 Millionen Euro sind dabei auf die Projekt- 1.1.3 Evaluationen und Erfolgskontrollen
förderung entfallen. Insgesamt haben die Bundes-
ministerien im Jahr 2020 5.980 laufende Projekte Evaluationen und Erfolgskontrollen sind wertvolle
aus Steuermitteln unterstützt und 1.590 Vorhaben Instrumente, um den effizienten und wirksamen
neu bewilligt. Im Bereich der nicht-nuklearen Einsatz von Steuergeldern für Fördermaßnahmen
Energieforschung tragen Unternehmen mit Eigen- zu überprüfen. Außerdem lassen sich dadurch
anteilen von insgesamt 303,6 Millionen Euro zur Rückschlüsse für das Ausgestalten künftiger Maß-
Finanzierung von Forschungsprojekten bei. Wei- nahmen ziehen, sei es hinsichtlich der finanziellen,
tere 415,78 Millionen Euro wurden im Rahmen der administrativen, strategischen oder inhaltlichen
institutionellen Förderung der Helmholtz-Gemein- Ausrichtung. Die Bundesregierung ist nach der
schaft (HGF) für den Forschungsbereich Energie Bundeshaushaltsordnung verpflichtet, Erfolgskon
der HGF aufgewandt. trollen zu allen umgesetzten Maßnahmen durch-
zuführen. Dies wird jeweils durch die Ministerien
selbst übernommen. Evaluationen unterstützen die
Erfolgskontrollen der Bundesregierung und werden
Abbildung 1: Übersicht der Fördermittel 2020 durch externe Dritte durchgeführt.
im 7. Energieforschungsprogramm in Prozent
(Daten siehe Tabelle 1, Seite 86) Für das 7. Energieforschungsprogramm wurde 2020
eine begleitende Evaluation zur Förderung der
4
17 angewandten Energieforschung nach den beihilfe-
rechtlichen Vorschriften vorbereitet. Diese soll
2021 starten und die Fördermaßnahmen des Bun-
desministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
34 gemäß der Förderbekanntmachung „Angewandte
nicht-nukleare Forschungsförderung im 7. Energie
21 forschungsprogramm ‚Innovationen für die Energie
wende‘ “ sowie die Förderrichtlinie „Reallabore der
Energiewende“ betrachten. Die begleitende Evalua-
tion soll die Wirksamkeit der Förderformate in
4 Bezug auf die Ziele des 7. Energieforschungspro-
8 12 gramms verifizieren. Das schließt auch eine Wirt-
schaftlichkeitsbetrachtung mit ein. Darüber hinaus
■ Projektförderung: Energiewende in den Verbrauchssektoren
■ Projektförderung: Energieerzeugung werden die Effekte der Förderung auf die verschie-
■ Projektförderung: Systemintegration: Netze, Speicher, Sektorkopplung
■ Projektförderung: Systemübergreifende Forschungsthemen der Energiewende
denen Zielgruppen untersucht.
■ Projektförderung: Nukleare Sicherheitsforschung
■ Institutionelle Förderung (Helmholtz-Gemeinschaft)
■ Begleitende Maßnahmen
10 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E
Abbildung 2: Übersicht über die laufenden (blau) und neu bewilligten (grün) Projekte
der nicht-nuklearen Energieforschung in Deutschland
Quelle: GeoBasis-DE/BKG 2020 (Daten verändert)/Geodaten des BKG für Adressen der ausführenden
Stellen aus der BMBF profi-Datenbank/Projektträger Jülich1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 11
Abbildung 3: Die Förderung der Energieforschung auf einen Blick
Zuwendungsempfänger
neu bewilligter Vorhaben 2020
1,216 in Prozent 7
24
Mrd. Euro 25
Gesamtfördermittel 2020
im 7. Energieforschungsprogramm
(Vorjahr: 1,148 Mrd. Euro)
14
2020 hat der Bund
1.590 Projekte 30
Forschungseinrichtung Großunternehmen
neu bewilligt Hochschule KMU Sonstige
(Vorjahr: 1.662)
Mittelabfluss in Mio. € 1.216
1.148
1.067 1.055
909 934
847
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
2020 hat die Bundesregierung
im 7. Energieforschungsprogramm
5.980
Projekte gefördert (Vorjahr: 5.903) 44 Prozent
Fördermittelanstieg im
Vergleich zu 2014 und 6 Prozent
Fördermittelanstieg im Vergleich zu 2019
303,6 Mio. Euro
Eigenanteil von Unternehmen
an neu bewilligten Forschungs-
und Entwicklungsprojekten
122,5 Mio. Euro
im Jahr 2020 (nicht-nukleare
Energieforschung)
Fördermittel für KMU für 2020
neu bewilligte Forschungsprojekte
der nicht-nuklearen Energieforschung
(nach deutscher KMU-Definition)12 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E
1.2 Strukturen der Energie- nelle Förderung des Deutschen Zentrums für Luft-
forschungspolitik und Raumfahrt (DLR) zuständig, das BMBF ist für
die institutionelle Förderung der weiteren beteilig-
1.2.1 Ressortaufgaben ten Helmholtz-Zentren verantwortlich.
Das 7. Energieforschungsprogramm der Bundes 1.2.2 Koordination der Energieforschungs
regierung wird von den Bundesministerien für förderung
Wirtschaft und Energie (BMWi), Bildung und For-
schung (BMBF) sowie Ernährung und Landwirt- Die Energiewende ist eine große gesamtgesell-
schaft (BMEL) verantwortet. Das BMWi ist dabei schaftliche Aufgabe, für deren Erfolg das Zusam-
für die programmatische Ausrichtung der Energie- menwirken aller Maßnahmen und Instrumente
forschungspolitik zuständig und vertritt die Bun- entscheidend ist. Aus diesem Grund kommt dem
desrepublik Deutschland in europäischen und engen Austausch mit jenen Bundesressorts, die
internationalen Gremien zu diesem Politikfeld. Das stark energieabhängige Aufgabenbereiche verant-
ambitionierte Programm fußt auf einer ressort- worten, eine besondere Bedeutung zu. Hierzu zählt
übergreifenden, themenorientierten Struktur und beispielsweise das Bundesministerium für Verkehr
stärkt das Nutzen von Synergien in themenorien- und digitale Infrastruktur (BMVI) mit den dort
tierten Kooperationen. Es ist unterteilt in Projekt- angesiedelten energieabhängigen Themen Mobili-
förderung und institutionelle Förderung. tät und Verkehr oder auch die Zusammenarbeit
mit dem für Klimaschutz zuständigen Bundesmi-
Die Arbeitsteilung der Projektförderung orientiert nisterium für Umwelt, Naturschutz und nukleare
sich am technologischen Reifegrad, dem Techno- Sicherheit (BMU). Auch über die Bundesebene hin-
logy Readiness Level (TRL), der zu erforschenden aus ist ein enger Austausch unverzichtbar, gerade
Technologien und Anwendungen. Dieser bewertet mit den Ländern und Kommunen, aber auch mit
den wissenschaftlich-technischen Status einer der Energiewirtschaft, Verbänden und gesellschaft-
Technik auf einer Skala von 1 bis 9. Das BMBF för- lichen Vertretungen.
dert Projekte der anwendungsorientierten Grund-
lagenforschung mit einem TRL von 1 bis 3, die die 1.2.3 Nationale Vernetzung
Basis für zukünftige Innovationen legen. Zudem
unterstützt es mit einer durch den Projektträger Dialog, Austausch und Vernetzung sind insbeson-
Jülich bereitgestellten Intranet-Plattform den wis- dere für die Energiewende in ihrer großen Kom-
senschaftlichen Nachwuchs und den akademischen plexität unabdingbar, um die vielen Elemente,
Austausch und Wissenschaftskooperationen auf Entwicklungspfade und Dynamiken dieses gesell-
EU- und internationaler Ebene. Das BMWi verant- schaftlichen Großprojekts zusammenzuführen.
wortet die Förderung der anwendungsnahen For-
schung und Entwicklung sowie der Reallabore der Energiewende-Plattform Forschung und
Energiewende (TRL 3 bis 9) und hat die Projektför- Innovation (FuI-Plattform)
derung multilateraler Forschungskooperationen
auf EU- und internationaler Ebene übernommen. Im Bereich der Energieforschung hat das BMWi
Das BMEL fördert anwendungsnahe Forschungsar- mit der Energiewende-Plattform Forschung und
beiten zur energetischen Biomassennutzung. Innovation (FuI-Plattform) ein Forum für den Dia-
log zwischen Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und
Im Bereich der institutionellen Förderung verant- der Zivilgesellschaft geschaffen. Die Plattform
worten das BMBF und das BMWi gemeinsam die ermöglicht den Austausch zu aktuellen Entwick-
strategische Ausrichtung des Forschungsbereichs lungen in der Energieforschung und das Diskutie-
Energie der HGF. Das BMWi ist für die institutio- ren neuer Ansätze für Zukunftsstrategien sowie die1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 13
Abbildung 4: Strukturen der Energieforschung
Programmatische Ausrichtung der Energieforschungspolitik
BMWi federführend
Koordination mit Koordination mit Wirtschaft, Koordination mit
Bundesressorts Wissenschaft und Gesellschaft Bundesländern
Koordinierungsplattform Energiewende-Plattform Bund-Länder-Gespräch
Energieforschungspolitik Forschung und Innovation Energieforschungspolitik
Internationale Kooperation Transparenz
EU, IEA, Mission Innovation, Informationssystem EnArgus
NKS Energie Bundesbericht Energieforschung
Projektförderung Institutionelle Förderung
BMBF BMWi BMEL BMWi BMBF
TRL 1–3 TRL 3–9 TRL 3–7 Forschungsbereich Energie der HGF
Biomasse DLR HGF (ohne DLR)14 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E
Verzahnung von Forschung und energiewirtschaft- den Konsultationsprozess zur Vorbereitung eines
licher Praxis. Die Mitglieder kommen in der Regel Förderaufrufs des BMWi zu Wasserstofftechnolo-
einmal im Jahr zu einer Jahressitzung zusammen. gien eingebracht, der im Dezember 2020 durch das
Im Februar 2020 hat die achte Sitzung stattgefun- Ministerium veröffentlicht wurde.
den. Die FuI-Plattform bildet zudem das Dach für
die Forschungsnetzwerke Energie, bündelt und Darüber hinaus gab es auch in den bereits etablier-
koordiniert sie. Neben der FuI-Plattform tauscht ten Forschungsnetzwerken Energie im Jahr 2020
sich das BMWi als federführendes Ressort für die viele Aktivitäten in den verschiedenen Arbeitsgrup
Energiewende zudem in regelmäßigen Bund-Län- pen. Zunehmend finden diese auch netzwerküber-
der-Gesprächen mit Vertreterinnen und Vertretern greifend statt und fördern somit den sektoren- und
der 16 Landesregierungen zu Fragestellungen der technologieübergreifenden Dialog als zentralen
Energieforschung aus. Bestandteil einer vernetzten Energieforschung. So
haben die Netzwerke zu Energiewendebauen und
Forschungsnetzwerke Energie Bioenergie im Dezember 2020 beispielsweise eine
gemeinsame digitale Fachkonferenz zur systemi-
Die Forschungsnetzwerke Energie repräsentieren schen Integration der Bioenergie und weiterer
die große Bandbreite der Energieforschung in erneuerbarer Energien in Gebäuden und Quartieren
Deutschland und haben sich als dialogorientierte durchgeführt. Bedingt durch die COVID-19-Pan
Foren für den Austausch zwischen Forschung, Poli- demie war dieser Austausch vornehmlich in den
tik und Industrie etabliert. Als wichtige Schnitt- digitalen Raum verlagert, dennoch konnten auf
stelle zwischen Forschung, Praxis und Politik wer- diese Weise die Mitglieder weiterhin ihre Zusam-
den sie vom Bundesministerium für Wirtschaft menarbeit vertiefen, nicht zuletzt durch eine durch
und Energie gefördert. den Projektträger Jülich bereitgestellte Intranet-
Plattform.
Die nunmehr neun Netzwerke widmen sich den
Schwerpunktthemen Bioenergie, Gebäude und Akademienprojekt Energiesysteme der Zukunft
Quartiere, Energiesystemanalyse, erneuerbare
Energien, flexible Energieumwandlung, Industrie Das Akademienprojekt Energiesysteme der Zukunft
und Gewerbe, Stromnetze, Start-ups und Wasser- bündelt die Expertise der Akademien der Wissen-
stoff. Gemeinsam erarbeiten die Mitglieder Ideen, schaften. Die vom BMBF geförderte Initiative von
um den Transfer von Forschungsergebnissen in die acatech, Leopoldina und Akademienunion setzt
energiewirtschaftliche Praxis zu unterstützen. Die Impulse für die Debatte über Herausforderungen
Philosophie hinter den Netzwerken ist ein selbstor- und Chancen der Energiewende in Deutschland.
ganisierter Austausch in Form gemeinsamer Veran- Im Projekt ESYS entwickeln mehr als 120 Fachleute
staltungen, Webinare, Arbeitsgruppen und Mei- Handlungsoptionen zur Umsetzung einer sicheren,
nungsabfragen. Zudem bieten sie die Möglichkeit, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung.
an energiepolitischen Fragestellungen und deren In 2020 wurden so Stellungnahmen zur Energie-
Lösung zu partizipieren. wende in Europa, zu zentralen und dezentralen
Elementen im Energiesystem, zur Bepreisung von
Im September 2020 hat das jüngste Forschungs- Energieträgern und zu einem effizienten und effek-
netzwerk seine Arbeit aufgenommen und widmet tiven Netzengpassmanagement erarbeitet und zur
sich Wasserstofftechnologien. Mit einem breit Diskussion gestellt.
angelegten Themenansatz unterstützt das For-
schungsnetzwerk die Nationale Wasserstoffstra
tegie der Bundesregierung. Die über 1.000 Mitglie-
der des Netzwerks haben sich im Herbst 2020 in1. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 15
1.2.4 Reallabore der Energiewende erstes Reallabor durch das BMWi bewilligt wurde.
Es beschäftigt sich mit smarten, energieoptimier-
Reallabore nehmen als Testräume für neue Ent- ten Quartieren und will in drei ausgewählten
wicklungen und Technologien am Innovations Modellregionen eine klimaneutrale Energieversor-
standort Deutschland eine immer wichtigere Rolle gung erreichen. Das im August 2020 gestartete
ein – dies gilt auch und gerade für den Umbau der Reallabor IW3 – Integrierte WärmeWende Wilhelms
Energieversorgung. Mit den Reallaboren der Ener- burg will zeigen, dass eine verlässliche und bezahl-
giewende hat das BMWi daher im 7. Energiefor- bare Wärmeversorgung mit erneuerbaren Energien
schungsprogramm ein starkes Förderinstrument möglich ist. Das Reallabor WESTKÜSTE100 (siehe
verankert, um Innovationen bei ihrem Sprung in Projektsteckbrief, Seite 16) widmet sich seit August
das reale Leben zu unterstützen. Sie schließen die 2020 dem Anliegen, industrielle Prozesse von
Lücke zwischen dem Dreiklang aus Grundlagen- Unternehmen mithilfe von Wasserstoff aus Wind-
und angewandter Forschung und der energiewirt- energieanlagen umweltfreundlicher zu machen.
schaftlichen Praxis. Nach dem Motto, raus aus den Das Reallabor TransUrbanNRW befasst sich schließ
Laboren und Forschungsumgebungen – rein in die lich mit dem Strukturwandel in den Kohleregionen
Praxis. Nur wenn neuen Technologien und Syste- in Nordrhein-Westfalen. Die Partner wollen in vier
men dieser Sprung gelingt, können sie schlussend- Stadtquartieren die klassische, teilweise auf Kohle
lich ihren Beitrag für das Gelingen der Energie- basierende Fernwärmeversorgung langfristig durch
wende leisten. Die Reallabore bilden hierfür eine CO2-arme Wärme- und Kälteversorgung
innerhalb eines abgesteckten Rahmens die Blau- ersetzen.
pausen.
Im Frühjahr 2020 hat das BMWi einen Ideenwett-
Das Jahr 2020 hat den Startschuss für gleich vier bewerb für die wissenschaftliche Transferforschung
Reallabore der Energiewende gesetzt. Bereits zu zu den Reallaboren mit dem Fokus Sektorkopplung
Beginn des Jahres haben im Januar die Arbeiten zu und Wasserstofftechnologien ausgerufen. Ziel ist
SmartQuart begonnen, das im Dezember 2019 als die übergreifende Ergebnissynthese, dabei liegt der16 1. F O R S C H U N G S F Ö R D E R U N G F Ü R D I E E N E R G I E W E N D E
PROJEKTSTECKBRIEF
WESTKÜSTE100 – Supply-Chain-orientierte
Energiewende trifft Dekarbonisierung der Industrie
WESTKÜSTE100 ist ein Reallabor der Energiewende
des BMWi. Mit dem Reallabor und weiteren Vorha-
ben der Projektinitiative ENTREE100 entsteht eine
Blaupause für einen klimafreundlichen Wirtschafts-
standort und eine integrierte Energiewende. WEST-
KÜSTE100 betrachtet neben der branchenübergrei-
fenden Sektorkopplung auch die industrielle
Dekarbonisierung. Das Team will eine regionale Was- Luftaufnahme der Raffinerie Heide in Hemmingstedt in Schles-
wig-Holstein. Das Unternehmen ist der Projektkoordinator des
serstoffwirtschaft im industriellen Maßstab abbilden Reallabors WESTKÜSTE100.
und skalieren und hat dafür die Westküste Schles-
wig-Holsteins ausgewählt. Die Region hat viele
Windenergieanlagen und bietet geeignete geologi-
sche Speicheroptionen. WESTKÜSTE100 will grünen unvermeidbarem CO2 aus der regionalen Zement-
Wasserstoff mithilfe von Windstrom erzeugen und produktion für die Herstellung klimafreundlicher
damit industrielle Prozesse lokaler Unternehmen Flugtreibstoffe in der Raffinerie bewerten. Darüber
umweltfreundlicher machen. Hierzu installiert der hinaus erarbeitet das Konsortium Betriebs- und
Verbund eine 30-Megawatt-Elektrolyseanlage und Geschäftsmodelle sowie Empfehlungen für die
will aus Betrieb, Wartung, Steuerung und Netzdien- Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens.
lichkeit wertvolle Erkenntnisse für den nächsten Hinzu kommen Untersuchungen sozioökonomischer
Skalierungsschritt ableiten. Hinzu kommt ein Modell Parameter, um die Akzeptanz von Wasserstoff zu
netz, um den Wasserstoff von einem Zwischenspei- steigern.
cher über eine Wasserstoff-Pipeline zu einem Auto- Zuwendungsempfänger: Raffinerie Heide GmbH
hof und den Stadtwerken Heide zu transportieren. und neun weitere Verbundpartner
Dort wird der Wasserstoff in das bestehende Erdgas- Förderkennzeichen: 03EWR009A-L
netz für die Wärmeversorgung eingespeist. Außer- Fördermittelansatz: 30 Millionen Euro
dem soll eine Machbarkeitsstudie den Einsatz von Projektlaufzeit: 2020 – 20251. FORSCHUNGSFÖRDERUNG FÜR DIE ENERGIEWENDE 17
Schwerpunkt auf systemanalytischen Arbeiten. unterstützt auf diese Weise einerseits den Praxis
Durch das Auswerten der Erkenntnisse auf projekt- transfer von Innovationen durch entsprechende
übergreifender Ebene sollen Innovationen aus Fachinformationen für die Wissenschaftscommu-
den Reallaboren schneller in den Markt kommen. nity und die Energiewirtschaft und informiert
Insgesamt haben sich elf Konsortien beworben. andererseits die breite Öffentlichkeit umfassend
Die Transferforschung ist im April 2021 gestartet. über aktuelle Forschungsfragen, Fortschritte und
Entwicklungstrends.
1.2.5 Forschung für die Innovationssprünge
von morgen Das Webportal www.energieforschung.de, das der
Projektträger Jülich im Auftrag des BMWi umsetzt,
Die Energiewende ist eine langfristige Aufgabe. informiert zentral über die Ziele, Struktur und
Genauso wichtig wie die Unterstützung der Markt- Kernthemen der Energieforschungspolitik sowie
einführung und Anwendung von Technologien mit aktuelle Förderangebote. Vertiefende Einblicke in
einem hohen Reifegrad ist deshalb die Grundlagen- die Projektförderung und Forschungsvorhaben zu
forschung. Diese legt die Basis für die Innovationen den einzelnen Förderschwerpunkten bieten vier
von morgen und übermorgen. Fachportale, die ebenfalls durch den Projektträger
Jülich umgesetzt werden.
Die Förderung des BMBF ist konsequent darauf
ausgerichtet, die Grundlagenforschung mit den EnArgus (www.enargus.de) ist das zentrale Infor-
Anforderungen der Industrie zu verknüpfen und mationssystem der Energieforschungsförderung.
so den Prozess von der Forschungsidee zur markt- Das webbasierte Portal gibt einen Überblick über
reifen Innovation zu beschleunigen. Exemplarisch durch den Bund öffentlich geförderte Forschungs-
für diesen Ansatz stehen die Kopernikus-Projekte projekte im Energiebereich und informiert über
für die Energiewende. In einer konzertierten Technologien und Fachbegriffe. Seit November
Aktion von Forschung, Wirtschaft und Zivilgesell- 2020 ist EnArgus auch auf Englisch verfügbar.
schaft bearbeiten vier groß und langfristig ange-
legte Projekte die Schlüsselfelder der Energie-
wende. Mit dem 2020 gestarteten Projekt Ariadne
(siehe Projektsteckbrief im Kapitel 2.4.5 Energie-
wende und Gesellschaft, Seite 57) entwickelt die
Initiative die gesellschaftswissenschaftliche und
systemische Energieforschung weiter.
1.2.6 Transparenz und Kommunikation
Die Energiewende durchdringt alle Bereiche des
gesellschaftlichen Miteinanders. Von der öffent
lichen Infrastruktur bis in den beruflichen Alltag
und die privaten Lebenswelten der Bürgerinnen
und Bürger. Es ist die Aufgabe verantwortungs
voller Energiepolitik, nicht nur Innovationen
durch Forschungsförderung auf dem Weg in die
Praxis zu unterstützen, sondern das Entstehen die-
ser neuen Technologien, Systeme und Lösungen
durch eine transparente Forschungskommunika-
tion zu begleiten. Forschungskommunikation18 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G
19 2. Projektförderung
20 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G
2.1 Energiewende in den Verbrauchs- zichtet werden kann, sondern gleichzeitig müssen
sektoren Emissionen vermieden werden, die bei der Errich-
tung von Gebäuden und der Herstellung von
2.1.1 Energie in Gebäuden und Quartieren Gebäudetechnologien anfallen (graue Energie).
Auch die Versorgung von Gebäuden und Quartieren
Laut dem 2019 beschlossenen Klimaschutzgesetz mit Energie über Wärme- und Stromnetze sowie
(KSG) dürfen im Jahr 2030 nur noch 70 Millionen klimaneutrale Energieträger darf 2050 keine Emis-
Tonnen CO2 im Gebäudesektor emittiert werden. sionen mehr verursachen. Das geht umso leichter,
Dies entspricht gegenüber 1990 einem Rückgang je weniger Energie benötigt wird. Insgesamt wird
von 67 Prozent. Bis 2050 soll das Ziel der Klima daher ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, der auch
neutralität erreicht werden. Die Emissionen des soziale und gesellschaftliche Aspekte mit einbezieht.
Gebäudesektors entstehen durch die Verbrennung
der fossilen Energieträger Mineralöl und Erdgas Förderschwerpunkte und wissenschaftliche
zur Bereitstellung von Raumwärme und Warm- Fortschritte
wasser. Treibhausgasemissionen aus Stromanwen-
dungen in Gebäuden (Stromheizungen, Wärme- Bei der Entwicklung von Technologien und Kon-
pumpen etc.) und aus der Wärmenetzversorgung zepten im Gebäude- und Quartiersbereich werden
werden im KSG dem Sektor Energiewirtschaft auch immer die Nutzerbedürfnisse im Blick behal-
zugerechnet. ten. Auf Gebäudeebene spielen optimierte Sanie-
rungs- und Modernisierungsmaßnahmen sowie
Für die Energieforschung ist das langfristige Ziel die Weiterentwicklung von Baustoffen, Materialien
der Klimaneutralität, in allen Sektoren, die ent- und Gebäudetechnik eine wichtige Rolle. Es werden
scheidende Richtschnur. Das bedeutet, dass nicht einzelne Gebäude, Ensembles sowie Schnittstellen
nur Lösungen gefunden werden müssen, wie auf zu benachbarten Gebäuden und zum Quartier ana-
den Einsatz fossiler Energieträger in Gebäuden ver- lysiert.
Abbildung 5: Fördermittel für Energieeffizienz in Gebäuden, Quartieren und Städten in Mio. Euro
(Daten siehe Tabelle 2, Seite 87)
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
■ Energieoptimierte und klimaneutrale Gebäude ■ Energieoptimierte und klimaneutrale Quartiere ■ Thermische Energiespeicher
■ Versorgung mit Wärme und Kälte2. PROJEKTFÖRDERUNG 21
Das systemische Zusammenwirken von Gebäuden, Mit der Leitinitiative Zukunftsstadt und ihren zahl-
Quartieren und Energieinfrastruktur gewinnt an reichen Förderaktivitäten unterstützt das BMBF
Bedeutung. Gebäude und Quartiere übernehmen Kommunen ganz konkret dabei, den nachhaltigen
einen wachsenden Anteil an der bedarfsnahen, Wandel konstruktiv und wirksam zu gestalten,
dezentralen Bereitstellung von Wärme, Kälte und wobei Energiethemen eine zentrale Rolle spielen.
Strom. Um Nah- und Fernwärme energieeffizient So wurde im Jahr 2020 ein Projekt initiiert, welches
bereitstellen zu können, sind entsprechende Lei- die Planungsgrundlagen für ein Tool zur Urbanen
tungsnetze und eine Infrastruktur für das Energie- Logistik aus dem Vorgängerprojekt räumlich
management erforderlich. Smarte, digitale Lösungen erweitert und gleichzeitig die praktische Umset-
spielen hier in der aktuellen Forschungsförderung zung der bisherigen Ergebnisse vorantreibt.
eine wichtige Rolle.
In der von BMWi und BMBF gemeinsam geförder-
Im Januar 2020 haben die Forschungsarbeiten von ten Initiative Solares Bauen – Energieeffiziente
SmartQuart begonnen, dem ersten Reallabor der Stadt werden eine Vielzahl von energiewende-rele-
Energiewende. An drei unterschiedlich strukturier- vanten Themen im urbanen Raum abgedeckt, so
ten Standorten wird eine dezentrale, nachhaltige zum Beispiel die Nutzung lokal hergestellten grü-
und wirtschaftliche Energieversorgung in und zwi- nen Wasserstoffs als Energiespeicher für Quartiere.
schen Quartieren umgesetzt. Dazu werden die zen-
tralen lokalen Akteure vom Bewohner bis hin zum Projektförderung
Energieversorger und lokalen Technologieanbieter
mit einbezogen. Im Schwerpunkt Energie in Gebäuden und Quar-
tieren haben das BMWi und das BMBF im Jahr
Mit TransUrban.NRW ging im Mai 2020 das zweite 2020 948 laufende Vorhaben mit rund 103,16 Milli-
Reallabor der Energiewende an den Start. Ziel des onen Euro gefördert. 2020 haben die Ministerien
Projekts ist es, die klassische, teilweise auf Kohle zudem 220 Forschungsprojekte mit einem Förder-
basierende Fernwärmeversorgung durch eine klima mittelansatz von rund 127,16 Millionen Euro neu
freundlichere Infrastruktur zu ersetzen. Die Ergeb- bewilligt (vgl. Abb. 5).
nisse können auf jeweils ähnlich strukturierte
Standorte in Deutschland übertragen werden.22 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G
PROJEKTSTECKBRIEF
ODH@Jülich – Open-Data-basierte Planungs
werkzeuge für die sektorübergreifende Energiever
sorgung im Quartier mittels offener, integrierter
IKT-Ökosysteme
Die Energiewende verknüpft die Infrastrukturen der
Sektoren Strom, Wärme und Mobilität immer eng-
maschiger. Der Austausch von Energie zwischen
ihnen bietet viele Chancen für den nachhaltigen,
kohlendioxidneutralen Umbau des Energiesystems,
so auch für die Wärmeerzeugung in Quartieren.
Einen wertvollen Beitrag hierzu leistet der Open Dis-
trict Hub e.V. (ODH), indem er als neutrale Plattform
Austausch und Zusammenarbeit zwischen Unterneh-
men aus Energie- und Wohnungswirtschaft und der
Forschung fördert. Ziel ist es, gemeinsam die intelli-
gente Versorgung von Quartieren mit lokal erzeugter,
Visualisierung der Akteure und Systeme im IKT-Öko-System für
erneuerbarer Energie voranzubringen, wozu umfas- die cross-sektorale Verbindung von Netzbetreiber, Energieliefe-
sende Modelle und moderne Werkzeuge für den rant, Consumer und Prosumer im Quartier
Betrieb der technischen Anlagen nötig sind. Die Ver-
knüpfung der Sektoren schafft ein komplexes System
mit starken Wechselwirkungen und Rückkopplungen.
Das Projekt ODH@Jülich entwickelt hierfür ein für
alle Nutzer offenes, alle Sektoren umfassendes Pla-
nungs- und Simulationswerkzeug, das Investitions- Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Gesellschaft
entscheidungen für Versorgungssysteme erleichtert. zur Förderung der angewandten Forschung mit
Das Vorhaben bietet durch eine öffentlich zugängli- sechs Instituten
che Plattform Akteuren, wie beispielsweise dem Förderkennzeichen: 03SF0608
Open District Hub e.V., eine Unterstützung zum Fördermittelansatz: 7,5 Millionen Euro
Gelingen der Energiewende im Quartier. Projektlaufzeit: 2020 – 20252. PROJEKTFÖRDERUNG 23
PROJEKTSTECKBRIEF PROJEKTSTECKBRIEF
In dieser Siedlung bei Hameln wird der optimale Einsatz von
Kompressionswärmepumen erprobt.
Bürogebäude mit Glasfassaden sind für den Einsatz der
solarthermischen Jalousien gut geeignet.
WPUQ – EnEff:Stadt Verbundvorhaben: Wind-
Arkol – Entwicklung von architektonisch hoch Solar-Wärmepumpen-Quartier – Erneuerbar
integrierten Fassadenkollektoren mit Heat-Pipes betriebene Wärmepumpen zur Minimierung des
Primärenergiebedarfs
Ein Forschungskonsortium unter Leitung des
Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE Mehr als die Hälfte der Primärenergie kann bei der
hat zwei Typen von Solarkollektoren entwickelt, Wärmeversorgung von Quartieren mit Kompressi-
die sich in transparente und opake Gebäudehüllen onswärmepumpen eingespart werden. Vorausset-
integrieren lassen. Somit können Fassadenflächen zung hierfür: Die Anlagen kommen im Quartiers
jetzt besser für die Wärmeerzeugung genutzt wer- verbund optimal geregelt zum Einsatz. Am Beispiel
den. Die solarthermischen Jalousien können von zwei Quartieren in der Nähe von Hameln und
sowohl als Wärmelieferant als auch als Sonnen- Augsburg wollen die Forschenden zeigen, dass
schutz dienen. Sie werden zwischen Glasscheiben, dies möglich ist. Die erforderliche elektrische
etwa in Doppelfassaden, eingesetzt. Über Wärme- Energie für den Antrieb der Wärmepumpen soll
rohre (Heat-Pipes) wird die Wärme abgeführt. Dies dabei zu einem möglichst hohen Anteil aus erneu-
ist auch bei der zweiten Entwicklung, den Streifen- erbaren Energien stammen. Quellen hierfür sind
kollektoren, der Fall. Diese werden in eine vorge- unter anderem lokal auf Einzelgebäuden ange-
hängte hinterlüftete Fassade integriert. Die Tech- brachte Photovoltaikanlagen sowie Windenergie-
nik ermöglicht es gemeinsam mit der „trockenen“ anlagen. Vorhersagemodelle sollen ermöglichen,
thermischen Anbindung der Wärmerohre, dass die dass der Bedarf der Nutzer sowie das Angebot an
Streifenkollektoren in unterschiedlichen Varianten erneuerbaren Energien möglichst wirtschaftlich
geliefert und stufenlos auf der Unterkonstruktion aufeinander abgestimmt werden. Mit welchen
positioniert werden können. Die Internationale Betriebsstrategien optimale Werte erreicht werden
Energieagentur (IEA) hat die Entwicklung der können, untersuchen Wissenschaftlerinnen und
solarthermischen Jalousien als eines der besten Wissenschaftler unter Leitung des Instituts für
„Today in the lab tomorrow in future“-Projekte Solarenergieforschung. Am Ende des Projekts wer-
ausgezeichnet. 2020 startete das Folgeprojekt den die Forschenden Planungshilfen für die Praxis
DESTINI. Hier sollen die solarthermischen Jalou- zur Verfügung stellen. Diese sollen Expertinnen
sien weiterentwickelt werden. Ein Folgeprojekt und Experten dabei unterstützen, mit Wärmepum-
zum Streifenkollektor befindet sich in Planung. pen versorgte Bestands- und Neubauquartiere zu
Zuwendungsempfänger: Fraunhofer-Institut planen und zu betreiben.
für Solare Energiesysteme ISE und vier weitere Zuwendungsempfänger: Institut für Solarener-
Verbundpartner gieforschung und drei weitere Verbundpartner
Förderkennzeichen: 032857 A-C Förderkennzeichen: 03ET1444A-D
Fördermittelansatz: 2,1 Millionen Euro Fördermittelansatz: 1,3 Millionen Euro
Projektlaufzeit: 2016 – 2020 Projektlaufzeit: 2017 – 202124 2. P R OJ E K T F Ö R D E R U N G
2.1.2 Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Wissenschaft haben daher die Aufgabe, energieeffi-
Handel und Dienstleistungen ziente Lösungen zu entwickeln. So können sie etwa
die entstandene Abwärme für weitere Industrie-
Rund ein Drittel des Endenergieverbrauchs ent- prozesse sowie zum Heizen nutzbar machen oder
fällt in Deutschland auf den industriellen Sektor. einen Prozess bei gleichbleibender Produktqualität
Gewerbe, Handel und Dienstleistungen brauchen energetisch optimieren. Geschehen kann das an
mit rund 15 Prozent etwa die Hälfte. Hauptsächlich einzelnen Anlagen oder Maschinenkomponenten,
decken Erdgas, Strom, Mineralöl und in der Indust- vor allem aber an ganzen Wertschöpfungsketten,
rie auch Kohle den Energiebedarf. Insbesondere vom Rohstoff bis zum fertigen Produkt. Wichtig
Strom übernimmt eine immer wichtigere Rolle, ist eine gute Planung, bei der die Forschung hilft:
umso mehr industrielle Prozesse elektrifiziert wer- Flexible und digital vernetzte Prozesse helfen
den. Je nach Region werden auch zunehmend Unternehmen idealerweise, Kosten zu sparen und
erneuerbare Energien genutzt. Im Vergleich zu den ihre Wettbewerbsfähigkeit auszubauen. Kann der
Jahren zuvor konnte die Industrie 2019 ihren Ener- industrielle Sektor seine Energieeffizienz steigern
gieverbrauch um rund vier Prozent senken. und vermehrt neue Energiequellen nutzen, etwa
Abwärme, Strom aus erneuerbaren Energien und
Förderschwerpunkte und wissenschaftliche grünen Wasserstoff, wird er zu einer klimaneutra-
Fortschritte len Zukunft beitragen.
Prozesswärme macht etwa zwei Drittel des Indust- Um dieses Ziel zu erreichen, unterstützt die Politik
rie-Energiebedarfs aus, während der Antrieb von verschiedenste Forschungsthemen in der Industrie.
Maschinen und Motoren dafür sorgt, dass ein wei- Dazu zählen Abwärme und industrielle Wärme-
teres Viertel auf mechanische Energie entfällt. Ein speicher, chemische Verfahrenstechnik, CO2-Kreis-
großer Teil der hier eingesetzten Energie geht in laufwirtschaft, Eisen und Stahl, Fertigungstechnik,
Form von Abwärme verloren. Unternehmen und Hochtemperatursupraleitung, Künstliche Intelli-
Abbildung 6: Fördermittel für Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen
in Mio. Euro (Daten siehe Tabelle 2, Seite 87)
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
0 10 20 30 40 50 60 70
■ Abwärmenutzung ■ Chemische Verfahrenstechnik ■ Eisen, Stahl und Nichteisenmetalle ■ Zirkuläres Wirtschaften ■ Fertigungstechnik
■ Hochtemperatursupraleitung ■ Digitalisierung in der Industrie ■ Material- und Ressourceneffizienz
■ Prozesswärme ■ Wasserbehandlung ■ Flexible Industrieprozesse ■ SonstigeSie können auch lesen
