Energie

Neue Materialien für leistungsfähigere, flexiblere Solarzellen und Photokatalysatoren zu entwickeln und zu erproben, ist ein wichtiger Forschungsbereich an unserer Universität.

Die Forschenden untersuchen die Komponenten unter anderem auf molekularer Ebene, wobei auch Simulationen und Modellierungen eingesetzt werden. Dabei bilden die Verbesserung der Energie- und Materialeffizienz, Funktionalität, Langlebigkeit sowie neue Anwendungsfelder einen Teil der wissenschaftlichen Arbeit.

Unsere Forschung befasst sich mit allen relevanten Bereichen der Windenergie, einschließlich Windturbinen, dem Betrieb von (Offshore-)Windparks, der Ökonomie, den Auswirkungen auf Umwelt und Bevölkerung und den politischen Rahmenbedingungen. Dabei wählen die Forschenden multidisziplinäre Ansätze und kooperieren mit Universitäten in Europa, Asien und Amerika.

Gemeinsam untersuchen sie Fragen wie zum Beispiel: Wie kann die Windenergie in ein künftiges Energiesystem integriert werden, um zu Stabilität, Robustheit und Stromqualität bei schwankender Marktnachfrage und schwankenden Preisen beizutragen?

Biomasse bietet ein vielfältiges Nutzungspotential für Wärme, Strom, Kraftstoffe, chemische Grundstoffe, Polymere, Baustoffe, Arzneimittel oder die Nahrungsmittelproduktion. Nahezu alle Bereiche unserer Universität sind aktiv in die Erforschung von Biomasse und ihrer Nutzung eingebunden.

Die wissenschaftliche Arbeit zu energiebezogenen Themen findet vorwiegend am TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit und am Standort Garching statt. Hier wird unter anderem ein neuer technologischer Ansatz zur Biogasnutzung aus einer Kombination von Hochtemperaturbrennstoffzellen und -elektrolyse entwickelt.

Unser Ansatz im Bereich der Wasserkraft als erneuerbare Energie verbindet Sozioökonomie mit Ökologie und Nachhaltigkeit. Dabei spielt die Verbesserung der Umweltverträglichkeit und der Effizienz eine entscheidende Rolle. Kleinwasserkraft als nachhaltige Lösung zur dezentralen Energieversorgung ist ebenso ein Thema wie die Optimierung des an der TUM entwickelten Schachtkraftwerks.

Forschende suchen nach neuen Modellierungswerkzeugen, erheben Daten zu Gewässern, erstellen digitale Zwillinge von Bauwerken und Gewässern oder erarbeiten Modelle für die Habitats- und Wasserqualität.

Die Geothermie nutzt in der Erde gespeicherte und durch radioaktiven Zerfall frei werdende Wärmeenergie. Zu unseren Schwerpunkten gehören die thermodynamische Verbesserung von Anlagen und Prozessen und eine sichere sowie nachhaltige Nutzung der Ressourcen.

Unsere Forschenden tragen mit ihrer Arbeit dazu bei, dass Tiefbohrungen sicherer und ökonomischer werden, etwa durch die Analyse des Bohrkernverhaltens oder geophysikalische Messungen. Zudem werden maschinelle Lernverfahren eingesetzt, die die zukünftige Entwicklung moderner Frühwarnsysteme ermöglichen.

Unsere Batterieforschung deckt die gesamte Wertschöpfungskette von Energiespeichern ab: von der Materialforschung über die Charakterisierung und Modellierung bis hin zur Zellproduktion.

Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, inwiefern sich Speichersysteme in Fahrzeuge und in das Energienetz integrieren lassen. Sie erforschen neue Materialien wie Festkörperelektrolyte und charakterisieren Materialien, Komponenten und Batteriezellen mittels neuer oder verbesserter Messmethoden. Mit einer Forschungsproduktionslinie für Lithium-Ionen-Zellen können zudem alle Produktionsschritte für diese Zellen abgebildet und erforscht werden.

Zentrales Ziel von PtX-Systemen ist die Herstellung von verschiedenen gasförmigen und flüssigen Energieträgern wie Wasserstoff oder Methanol („X“) aus regenerativ erzeugtem Strom („Power“).

Unsere Forschenden betreiben Grundlagen- und Anwendungsforschung. Sie arbeiten an der Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse-Methoden, an der Bereitstellung der Ressourcen wie Biomasse für Synthesegase und die Umwandlung von Wasserstoff in höhere Energieträger. Auch die ökologischen und volkswirtschaftlichen Auswirkungen dieser Energietechnologie werden analysiert.

Moderne Gesellschaften sind langfristig auf eine nachhaltige und sichere Versorgung mit elektrischer Energie angewiesen. Mit unserer Forschung decken wir Energiesystemforschung in all ihren Dimensionen ab: über Projekte zu autarken Inselsystemen oder zum elektrischen Gesamtsystem – von der Infrastruktur bis hin zu Energiewandlungstechnologien und dem Endenergiesektor.

Im Zentrum der Energieforschung stehen dabei Fragen nach modernen, kompakten, nachhaltigen und sicheren Betriebsmitteln für das Netz der Zukunft und die sich daraus ergebenden Anforderungen an Netzbetrieb und effiziente Nutzung.

Um erneuerbare Energiequellen zu integrieren, ist das Vernetzen verschiedener Endenergiesektoren (Sektorkopplung) zentral – das liegt auch an den vielfältigen Technologieoptionen wie Elektrolyse, Kraft-Wärme-Kopplung, Wärmepumpen oder E-Mobilität. Neue Ansätze durch KI und mathematische Optimierung helfen außerdem bei der Entwicklung intelligenter, flexibler Lösungen.

Um Elemente der künftigen Energiesysteme experimentell zu erproben, betreiben unsere Forschenden das Microgrid-Labor Combined Smart Energy Systems (CoSES), womit sich diese Technologien unter realitätsnahen Bedingungen testen lassen.

In diesem Bereich befassen wir uns mit einem breiten Themenspektrum: nachhaltige Quartiersentwicklung und grüne Infrastruktur, digitale Modelle für Simulationen von bebauter Umwelt oder Versorgungsinfrastrukturen, energetische und ökologische Optimierung großer Gebäudebestände oder Stadtplanung für mehr Resilienz gegen Hitze und Starkregen.

Dabei entstehen ganzheitliche Lösungsansätze, die soziokulturelle, ökonomische und ökologische Aspekte sowie Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft berücksichtigen. Mit der Stadt München und weiteren Partnern entwickeln wir klimaresiliente Quartiere, um ökonomische und gesundheitliche Belastungen zu minimieren.

Vertikale Farmen ermöglichen einen platzsparenden Anbau auf gestapelten Ebenen, was nicht zuletzt der Lebensmittelversorgung im urbanen Raum zugutekommt. Wir untersuchen die Wechselwirkung zwischen Pflanzenwachstum und Gebäude und betrachten Einzelkomponenten wie Licht, Temperierung, Lüftung und Entfeuchtung – auch hinsichtlich ihrer Wettbewerbsfähigkeit.

Die Entwicklung eines Prototyps im Labormaßstab und die Energieversorgung durch regenerative Energiequellen stellen ebenfalls relevante Forschungsfelder dar. Dabei werden Synergien zwischen Energietechnik, Architektur und Bauingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Lebenswissenschaften, Biotechnologie und Grundlagenforschung genutzt.

Mit Blick auf den Klimawandel entwickeln wir Strategien für eine zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung der Zukunft, die wirtschaftlichen, technischen und umweltverträglichen Standards entspricht. Das Center for Energy Markets (CEM) verbindet dabei die ökonomische, aber auch die finanz- und ingenieurwissenschaftliche Perspektive.

Unsere Forschenden untersuchen zum Beispiel die Attraktivität von Investitionen in Wasserstofftechnologien, den Wandel von Energieversorgungsunternehmen zu erneuerbaren Portfolios, den Wettbewerb zwischen grünem und blauem Wasserstoff oder grundlegende Veränderungen des Energiemarkts aufgrund von Digitalisierung.

Hier nutzen Forschende aus unterschiedlichen Einrichtungen ihre Expertise in nachhaltiger Energiepolitik: auf lokaler, nationaler, europäischer und globaler Ebene. Sie untersuchen die Zusammenhänge und Auswirkungen auf Politikbereiche wie Umwelt, Wirtschaft, Verkehr und Landwirtschaft ebenso wie Gerechtigkeitsaspekte – sozial und generationsübergreifend.

Wir analysieren, wie die Ziele des Pariser Klimaabkommens für verschiedene Länder, Regionen und Gemeinschaften erreichbar werden können und welche gesellschaftlichen Einflüsse auf die Technologievielfalt und -entscheidungen eines Landes wirken. Auch einschneidende Ereignisse wie Kriege oder Pandemien werden dabei berücksichtigt.

Deutschlands erster und seit 2023 letzter Reaktor mit einer thermischen Leistung im Megawatt-Bereich wird von der TUM betrieben. Die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) zählt als Nachfolger des Atom-Ei zu den modernsten und leistungsfähigsten Forschungsreaktoren weltweit. Internationale Forschende untersuchen hier neue Materialien für langlebigere Batterien, schnelle Quantencomputer und Kernfusionsreaktoren.

Unsere Universität beteiligt sich international an der Forschung zur Minimierung von hochangereichertem Uran im zivilen Kreislauf. Sie nimmt damit eine zentrale Rolle beim Wissens- und Kompetenzerhalt in sicherheitsrelevanten kerntechnischen Fragestellungen ein.