Die gemeinsame Initiative ES2050 verfolgt systemische Lösungen für die erfolgreiche Transformation des Energiesystems und für eine sichere und nachhaltige Energieversorgung für morgen und darüber hinaus. Deshalb entwickeln Wissenschaftler mit interdisziplinärem Know-how aus Ingenieur-, Natur-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften gemeinsam technologische Lösungen für Politik und Wirtschaft. Der wissenschaftliche Ansatz ist in fünf Themenbereiche (FT) gegliedert, um die entscheidenden Faktoren der Energiewende vollständig zu berücksichtigen. Die drei technologischen Wertschöpfungsketten "Speicher und Netze", "Biogene Energieträger" und "Energie- und Rohstoffpfade mit Wasserstoff" werden flankiert von einer "Lebenszyklusorientierten Nachhaltigkeitsanalyse auf Systemebene", um ökologische, ökonomische und soziale Aspekte durch die Entwicklung von Methoden und Konzepten zur Ermittlung von Indikatoren zu berücksichtigen. Zusammen mit der neu entwickelten Softwareplattform und den zugrundeliegenden Datenbanken zum Thema "Toolbox mit Datenbanken" werden die Ergebnisse in der Gestaltung unseres zukünftigen Energiesystems kombiniert. Daher führen die Wissenschaftler Energiefluss- und Energiesystemmodellierung sowie Energiekostenanalysen durch, um sicherzustellen, dass ökonomische Aspekte berücksichtigt werden.

Im FT 2 (Biogene Energieträger) geht man davon aus, dass das biogene Abfall- und Reststoffpotenzial in Deutschland 10% unseres Primärenergieverbrauchs liefern kann. Als nachhaltige, speicherbare und CO2-neutrale Ressource untersuchen wir, wie die Umwandlung von Biomasse in nutzbare Energieträger in das Energiesystem integriert werden kann und welchen Beitrag sie in der Menge der physikalischen und chemischen Energieträger leisten können. Der bioliq-Prozess zur Umwandlung von Stroh in nachhaltige Brennstoffe über einen thermochemischen Prozessschritt ist ein Beispiel für einen innovativen Prozess. Dieses Forschungsthema zielt darauf, die Prozesskette „Biogene Energieträger“ zur Produktion von chemischen Energieträgern (Kraftstoffen), chemischen Grundstoffen sowie Strom und Wärme vollständig zu integrieren. Es muss technisch an fluktuierende Randbedingungen angepasst werden und es ist wirtschaftlich zu optimieren. Es werden Prozesse zur Umwandlung von Biomassen in Zwischenprodukte mit höherer Energiedichte untersucht. Die Zwischenprodukte lassen sich über lange Strecken transportieren, um in zentralen Anlagen zu Synthesegas/höherwertige Produkte weiterverarbeitet werden zu können. In einem parallelen Nutzungspfad wird die Erzeugung von speicherbaren flüssigen und gasförmigen Energieträgern über dezentrale Prozesse betrachtet. Hierzu muss die biogene Synthesegaserzeugung mit der Wasserstoffbereitstellung durch Elektrolyse verknüpft werden, um synthetische Flüssigkraftstoffe und speicherbare gasförmige Energieträger herzustellen.

Das IMVT beschäftigt sich mit der Entwicklung und Demonstration kompakter Verfahren und Apparate für dezentrale Prozesse zur chemischen Energiespeicherung. Der Fokus liegt hierbei auf energieeffizienten modularen Prozesskomponenten, z.B. für den RWGS- und den Fischer-Tropsch-Prozess. Aktuelle Entwicklungen beschäftigen sich mit der Fragestellung der dynamischen Prozessführung (Fischer-Tropsch) als auch mit der Fragestellung, inwieweit Strömungsleitmodule (SLE) die Effizienz von Anlagen zur Erzeugung von synthetischen CO2-neutralen Kraftstoffen steigern können. Die experimentelle Validierung soll auf Basis der im Energy Lab 2.0 vorhandenen experimentellen Möglichkeiten im Pilotmaßstab erfolgen.