Highlight-Artikel Q3-2025

Applied Thermal Engineering | Volume 278, Part A | 1 November 2025 | 127078

Matthieu Chaigneau, Timo Hennemann, Björn Nienborg

Energieeinsparungen durch Effizienzsteigerungen leisten einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele. Da Kühlprozesse etwa 15 % des Stromverbrauchs in Deutschland ausmachen, ist es unerlässlich, Optimierungspotenziale in diesem Bereich zu untersuchen. Darüber hinaus üben die schwankenden Strompreise einen hohen Druck auf kühlungsabhängige Branchen aus, die nach Effizienzmaßnahmen streben.

Diese Studie untersucht das Energiesparpotenzial trockengekühlter Kältemaschinen durch einen einfachen, aber robusten Regelungsansatz: Die drei regelbaren Aktoren (Kompressor, Kühlmittelpumpe und Trockenkühlerlüfter) werden proportional über ihren zulässigen Bereich geregelt, um den Kühlbedarf unter den spezifischen Randbedingungen zu decken, wobei sie als Strömungsmaschinen mit ähnlichem Verhalten behandelt werden. Die Auswirkungen dieser Regelungsmethode werden einerseits mit zwei herkömmlichen Regelungsstrategien und andererseits mit einer optimalen Regelung verglichen. Im letzteren Fall berechnet ein modellbasierter Regler für jeden Zeitschritt unter wechselnden Betriebsbedingungen die Sollwerte für die drei Stellglieder, die den Gesamtstromverbrauch minimieren und gleichzeitig die Lastanforderungen erfüllen. Die Auswertung durch Simulationen und Experimente in einer Labortestanlage zeigt, dass die vorgeschlagene proportionale Regelungsstrategie mit diesem einfachen Ansatz eine Reduzierung des saisonalen Stromverbrauchs um bis zu 14 % erzielt. Dies entspricht etwa zwei Dritteln der Einsparungen, die mit einem modellbasierten Ansatz erreicht werden könnten, der jedoch wesentlich komplexer und in der Praxis schwieriger umzusetzen ist.

Climate Policy | June 2025 | 1-18

Patrick Jürgens, Markus Kaiser, Charlotte Senkpiel, Connor Thelen, Christoph Kost & Hans-Martin Henning

Um die globale Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen, sind schnelle und erhebliche Reduzierungen der Treibhausgasemissionen unerlässlich. Es mangelt jedoch an Analysen, die Transformationspfade unter Verwendung sektorübergreifender Energiesystemmodelle untersuchen, die die nationalen Emissionen auf ein Pro-Kopf-CO₂-Budget von 1,5 °C begrenzen. In diesem Artikel wird das Energiesystemmodell REMod verwendet, um einen möglichen Transformationspfad innerhalb dieses Budgets abzuleiten.

Die Modellergebnisse zeigen, dass sofortige Maßnahmen in allen Bereichen des Energiesystems sowie grundlegende Veränderungen in der Energiepolitik und der Gesellschaft erforderlich sind, um das verbleibende CO₂-Budget einzuhalten. Eine Krisenreaktion, die durch eine Veränderung des gesellschaftlichen Verhaltens zu einer erheblichen und sofortigen Verringerung der Nachfrage führt, ist unerlässlich. Darüber hinaus müssen die jährlichen Zubauraten erneuerbarer Energien wie Wind und Sonne auf das Vier- bis Siebenfache der historischen Höchstwerte steigen und die direkte Elektrifizierung aller Sektoren sollte durch den Austausch von Technologien noch vor Ablauf ihrer Lebensdauer (z. B. Gasheizkessel und Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor) beschleunigt werden.

International Journal of Hydrogen Energy | Volume 138 | 16 June 2025 | Pages 985-1003

Friedrich Mendler, Nikolas Müller, Christopher Voglstätter, Tom Smolinka, Christopher Hebling, Barbara Koch

Die Studie beschäftigt sich mit der Frage, wie regionale Wasserstoffinfrastrukturen so entwickelt und etabliert werden können, dass der technische Ausbau den Marktbedürfnissen entspricht, das Wasserstoffangebot die Nachfrage der Kunden deckt und die Wasserstoffkosten so gering wie möglich gehalten werden. Um diese Frage zu beantworten, führt diese Arbeit ein neues räumlich aufgelöstes, nichtlineares, dynamisches Modellierungsrahmenwerk ein und untersucht mögliche Transformationspfade unter veränderten Randbedingungen. Dabei werden neue Kennzahlen (KPIs) und Statistiken verwendet, um verschiedene Aspekte der Ergebnisse hervorzuheben. Eine wichtige Erkenntnis aus den Fallstudien ist, dass aufgrund des begrenzten lokalen Potenzials erneuerbarer Energien in der untersuchten Region der Ausbau hauptsächlich von Wasserstoffimporten abhängt. In Zukunft werden Wasserstoff-Pipelines für kurze Distanzen und große Volumina genutzt, während Lkw für Flexibilität sorgen.

Advanced Energy Materials | Volume 15, Issue 32 | August 26, 2025 | e2500106

Oliver John, Andreas Nägele, Gernot Emanuel, Jan Nekarda, Ralf Preu

Mit dem weltweit stetig zunehmenden Ausbau der Photovoltaik gewinnen nachhaltige Produktionsprozesse immer mehr an Bedeutung. Im Vordergrund steht dabei die Einsparung oder vollständige Substitution von Materialien, welche hinsichtlich ihrer Kosten, Umweltverträglichkeit oder Verfügbarkeit als kritisch erachtet werden. Bei der konventionellen Herstellung von Solarzellen und Modulen sind dies – abgesehen vom Silizium – in erster Linie Silber, Kupfer und bleihaltige Lote, welche zur Kontaktierung und Verschaltung benötigt werden. Am Fraunhofer ISE wird seit dem Jahr 2007 eine laserbasierte Fügetechnologie zum Bonden oder Schweißen dünnster Aluminiumfolien an unterschiedliche Fügepartner entwickelt, welche heute in verschiedenen Ausführungen zur Kontaktierung und Verschaltung von Solarzellen eingesetzt werden kann. Die Anwendungen ermöglichen Silbereinsparungen im Bereich um 50%, sowie die vollständige Substitution von Kupfer und Lot.

Das Paper beschreibt die wissenschaftlichen Grundlagen dieser Technologieentwicklung, deren Besonderheit auch in der sehr geringen Stärke der Aluminiumfolie von 5-15 µm liegt. Die gewonnenen Erkenntnisse sind dabei nicht nur für Anwendungen im Bereich der Photovoltaik relevant. Das Laserschweißen dünnster Aluminiumfolie hat eine Vielzahl an weiteren Anwendungsmöglichkeiten und wird beispielsweise bereits bei der Herstellung von Batterien kommerziell eingesetzt.