Auf dem Gebiet Energie und Umwelt werden von der STE alternative Entwicklungsmoeglichkeiten fuer das Energiesystem der Bundesrepublik Deutschland, ausgehend von der benoetigten Nutzenergie bzw. Energiedienstleistung ueber den Endenergiebedarf bis hin zum Sekundaer- und Primaerenergiebedarf aufgezeigt. Dabei werden insbesondere die Zusammenhaenge zwischen Energieversorgung, allgemeiner Wirtschaftsentwicklung und Umweltbelastung durch Energieerzeugung und -nutzung erfasst. Der moegliche bzw. notwendige Einsatz neuer und konventioneller Energietechnologien wird quantifiziert, ihr Beitrag ermittelt. Existierende Restriktionen (Reserven, Importmengen, Umweltbelastungen etc.) werden beruecksichtigt.
Metallhydride können einen wichtigen Beitrag für eine umweltfreundliche Energienutzung leisten. Hydrid-Wärmetransformatoren, -wärmepumpen und -kälteanlagen können aus niederwertiger Antriebswärme Hochtemperaturwärme sowie Nutzwärme und -kälte für die Klimatisierung bereitstellen. Hydrid-Wärmespeicher können in Solaranlagen oder der Industrie eingesetzt werden; Hydrid-Wasserstoffspeicher können in brennstoffzellen-getriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden und damit zur Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen. Die hohen Kosten der Metallhydride und die teure Herstellung der Hydridbehälter (Reaktoren) sind das größte Hindernis bei der Nutzung dieser Technologien. In diesem gemeinsamen Forschungsvorhaben sollen am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE), Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit dem Indian Institute of Technology (IITM) (gefördert durch das indische Non-Conventional Energy Ministry-MNES) neue, kostengünstige, aus herkömmlichen und leicht verfügbaren Metallen herstellbare Hydridlegierungen hergestellt und charakterisiert sowie leistungsfähige, einen guten Wärme- und Stofftransport aufweisende, kostengünstige Reaktoren für Wasserstoffspeicher und Wärmepumpen entwickelt werden.
Bei der sogenannten kalten Nahwärme, also den Wärmenetzen der 5. Generation, wird kein erhitztes Wasser durch die Leitungen transportiert, sondern das Wärmeträgermedium im Netz nimmt Wärme aus den Umweltwärmequellen auf dem verfügbaren Temperaturniveau auf und transportiert diese direkt in die angeschlossenen Gebäude. Dort wird die Wärme von dezentralen Wärmepumpen auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht. Durch die niedrigen Temperaturen von typischerweise unter 25 °C muss das Leitungsnetz nicht gedämmt werden und statt Wärmeverlusten können sich in der Jahresbilanz sogar Wärmegewinne ergeben, da die erdverlegten Rohre Wärme aus dem Erdreich aufnehmen können. Das erfordert aber auch den Einsatz von Frostschutzmittel, sodass man bei dem eingesetzten Wärmeträgermedium von einem Wasser-Glykol-Gemisch oder kurz Sole spricht. Die Wärmequellen werden an den Orten mit dem höchsten Potenzial unmittelbar an das Netz angeschlossen. Als Wärmequellen eignen sich insbesondere oberflächennahe Geothermie, Abwasserwärme und Solarthermie, z.B. in Form von PVT-Modulen. Aber auch Konzepte mit unvermeidbarer Abwärme und Eisspeichern oder eine Kombination aus verschiedenen Quellen sind möglich. Bei kalten Nahwärmenetzen gilt für die versorgten Gebäude: je niedriger die Heiztemperaturen sind, desto effizienter arbeiten die dezentralen Wärmepumpen. Sanierte Gebäude mit einer guten Dämmung benötigen verhältnismäßig geringe Heizleistungen um die Wohnraumtemperatur zu halten. Die Leistung des Heizsystems zur Bereitstellung der Nutzwärme im Raum ist neben der Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Raumluft sowie einem material- und stoffspezifischen Wärmeübertragungskoeffizienten direkt abhängig von der Heizkörperfläche. Große Heizflächen in Form von Fußboden- oder Wandflächenheizung oder große Radiatoren eignen sich daher besonders. In Kombination aus guter Gebäudedämmung und großen Heizflächen lassen sich geringe Vorlauftemperaturen realisieren, die zu einem sehr effizienten Betrieb der dezentralen Wärmepumpen führen. Teilweise macht es dann Sinn, die Warmwasserbereitung separat beispielsweise über ein direktelektrisches System zu realisieren. Ein Vorteil ist, dass kalte Nahwärme auch zur Gebäudekühlung eingesetzt werden kann. Hierbei wird die geringe Netztemperatur genutzt, um im Sommer Wärme aus den Gebäuden über die passiven Wärmeübertrager aus den Gebäuden abzuführen. Die aus dem Gebäude abgeführte Wärme kann zur Regeneration von Geothermiefeldern oder zum Laden von Eisspeichern eingesetzt werden. Informationen zu kalter Nahwärme mit Übersicht zu Quartieren mit kalter Nahwärme