Erneuerbare Energien und Umwelt

Die globale Energie- und Umweltkrise ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Klimawandel, Artensterben, Luftverschmutzung und Ressourcenverschwendung gefährden nicht nur die natürlichen Lebensgrundlagen, sondern auch wirtschaftliche Stabilität und gesellschaftlichen Zusammenhalt. Gleichzeitig eröffnet der technologische Fortschritt neue Lösungswege: Mit Hilfe moderner Umwelttechnik und erneuerbarer Energiesysteme lässt sich ein tiefgreifender Wandel hin zu einer zukunftsfähigen, klimaverträglichen und ressourcenschonenden Wirtschaft gestalten.  

Der Ausbau und die Integration erneuerbarer Energien gelten dabei als tragende Säule einer nachhaltigen Gesellschaft. Sie ersetzen fossile Brennstoffe, senken Treibhausgasemissionen, stärken die regionale Wertschöpfung und fördern wirtschaftliche Unabhängigkeit von geopolitisch sensiblen Rohstoffmärkten. Doch der Wandel betrifft weit mehr als die Energieerzeugung: Er erfordert vernetzte Infrastrukturen, eine intelligente Steuerung von Verbrauch und Speicherung, innovative Materialien und neue Formen ökologischer Kreislaufwirtschaft.  

Sechs zentrale Entwicklungstrends verdeutlichen das Potenzial und die Richtung dieser Transformation.  

Die künftige Energieversorgung basiert nicht mehr auf einer zentralen Stromquelle, sondern auf einem Netzwerk zahlreicher dezentraler Erzeuger*innen und Verbraucher*innen. Photovoltaikanlagen auf Dächern, Windparks auf dem Land und Speicherbatterien in privaten Haushalten erzeugen und nutzen Strom im regionalen Verbund. Um das Zusammenspiel dieser Komponenten zu steuern, bedarf es intelligenter Systeme – sogenannter Smart Grids –, die Angebot und Nachfrage aufeinander abstimmen.  

Besonderes Augenmerk gilt dabei der Sektorkopplung, der Verbindung von Strom-, Wärme- und Verkehrssektor. Ein Beispiel ist die Integration von Wärmepumpen in Gebäuden, die ihren Strom direkt von der Solaranlage auf dem Dach beziehen, oder die Nutzung von Elektrofahrzeugen als flexible Zwischenspeicher im Stromnetz. Algorithmen koordinieren den Energiefluss, sodass die Versorgung jederzeit gesichert bleibt, auch wenn Sonnen- oder Windkraft schwanken.  

Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) ist die gezielte Vernetzung aller Sektoren eine Grundvoraussetzung für die Dekarbonisierung bis 2045 (Thelen et al., 2024). Darüber hinaus senkt die Digitalisierung nicht nur den Energieverbrauch – etwa durch bedarfsgerechte Steuerung – sondern erhöht auch die Widerstandsfähigkeit der Energieversorgung gegenüber Krisen und Lastspitzen.  

Die Umstellung auf erneuerbare Energien ist in vollem Gange: In Deutschland lag der Anteil von Wind, Sonne und Biomasse an der Nettostromerzeugung 2023 bei 52,6 % (davon u.a. Windenergie mit 32,2%, Photovoltaik mit 12,4% und Biomasse mit 9,8%). Photovoltaikanlagen auf Wohnhäusern oder Geschäftsbauten, Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen sowie Biogasanlagen oder Wasserkraftwerke sind heute feste Bestandteile des Energiemixes. Der dänische Energiestatistikbericht (State of Green, 2024) bestätigt, dass im Jahr 2023 über 82 % der Stromversorgung Dänemarks aus erneuerbaren Energiequellen stammten. Davon entfielen ca. 53,8 % auf Windkraft, 16,4 % auf Biomasse, 9,3 % auf Solarenergie und 2,5 % auf Biogas. Dänemark macht Fortschritte bei der Entwicklung von Energieinseln (Energinet). 

Doch mit dem rapiden Ausbau ergeben sich neue Herausforderungen: Die Verfügbarkeit von geeigneten Flächen, die Netzkapazitäten und die gesellschaftliche Akzeptanz müssen mitwachsen. Deshalb werden innovative Ansätze wie Floating-PV-Anlagen (Solar auf Wasserflächen), Agro-Photovoltaik (kombinierte Land- und Energieproduktion) oder integrative Architekturkonzepte für Solarfassaden vorangetrieben.  

Zugleich rücken Nachhaltigkeitsaspekte der Technologieproduktion stärker ins Blickfeld. Fragen wie: „Wie recycelbar sind Solarmodule?“, „Woher stammen die Rohstoffe für Batterien?“ oder „Wie wird die Naturverträglichkeit großer Windparks gesichert?“ stehen im Zentrum zukünftiger Forschung und Regulierung. Die SDG7 custodian agiencies betonen in ihren Ausblicken des Energy Progress Reports, dass die vollständige Energiewende nur mit fairen, ressourcenschonenden Technologien gelingen kann (EA, IRENA, UNSD, World Bank, & WHO, 2022).  

Ein nachhaltiges Energiesystem kann nicht isoliert von den übrigen Ressourcenflüssen betrachtet werden. Der Umbau unserer Wirtschaftsweise basiert auf der Idee der Kreislaufwirtschaft („Circular Economy“): Produkte und Materialien sollen nach Gebrauch möglichst vollständig recycelt oder weiterverwendet werden. Technologisches Ziel ist es, Abfall gar nicht erst entstehen zu lassen oder ihn als Ressource für neue Prozesse zu nutzen.  

In der Umwelttechnik entstehen hierzu innovative Konzepte: Etwa für sortenreines Recycling von Elektronik, Rückgewinnung von Metallen aus Energiespeichern oder den Einsatz biologisch abbaubarer Werkstoffe in Rotorblättern oder Modulgehäusen. Die Wiederverwertung von Bauteilen führt nicht nur zu Abfallreduktion, sondern auch zu höherer Rohstoffsicherheit.  

Gleichzeitig gewinnen sogenannte Negative-Emissionstechnologien an Bedeutung. Darunter versteht man technische Methoden zur aktiven Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre. Beispiele sind Direct Air Capture/Direct Air Carbon Capture and Storage (DAC/DACCS), bei dem CO₂ aus der Umgebungsluft gebunden und gespeichert wird, oder Humusaufbau in der Landwirtschaft zur natürlichen Kohlenstoffbindung. Das Umweltbundesamt bewerten diese Technologien als wichtigen, wenn auch ausschließlich ergänzenden Beitrag zur langfristigen Klimaneutralität (BMWE, 2024).  

Wasserstoff gilt als zukünftiger Schlüsselenergieträger – insbesondere für Sektoren, die schwer zu elektrifizieren sind: etwa industrielle Hochtemperaturprozesse, Luft- und Schifffahrt oder die chemische Industrie. Voraussetzung dafür ist jedoch eine klimafreundliche Herstellung.  

„Grüner“ Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse von Wasser unter Einsatz erneuerbarer Energiequellen und ist im Gegensatz zu „grauem“ oder „blauem“ Wasserstoff CO₂-neutral. In Deutschland und Europa werden derzeit großskalige Elektrolyseanlagen entwickelt und Pilotprojekte zur H₂-Anwendung in der Stahlindustrie (z. B. bei Salzgitter oder thyssenkrupp) durchgeführt. Auch die Infrastruktur – etwa Pipelines, Speicher oder Umwandlungsanlagen in Ammoniak oder Methanol – wird sukzessive aufgebaut.  

Laut der Nationalen Wasserstoffstrategie hat Deutschland das Ziel, bis 2030 eine Produktionskapazität von mindestens 5 Gigawatt Elektrolyseleistung zu erreichen, die in den folgenden 5-10 Jahren um weitere 5 Gigawatt erhöht werden sollen (BMUKN, 2020). Der weltweite Wettbewerb um Wasserstoffpartnerschaften – z. B. mit Ländern in Nordafrika, Südamerika oder Australien – ist bereits in vollem Gange. 

Der Digital Energy Hub in Dänemark wurde gegründet, um digitale Innovationen im Energiesektor zu fördern. Durch die Zusammenarbeit zwischen u. a. Center Denmark, Universitäten und der Wirtschaft (Energy Cluster Denmark, DigitalLead u. a.) erhalten sowohl KMU als auch größere Unternehmen Zugang zu Daten, KI und maschinellem Lernen für eine grüne Entwicklung (Innovation Centre Denmark). Ein Bericht von Center Denmark (2024) zeigt, wie Digitalisierung und Dateninfrastruktur den Versorgungssektor effizienter machen, den Bedarf an teuren Investitionen hinauszögern und Energieverluste reduzieren können. 

Die Allianz für digitale und grüne Transformation, die von Dansk Erhverv (2023) ins Leben gerufen wurde, bringt die Wirtschaft und Entscheidungsträger zusammen, um digitale Lösungen wie Sensoren und IoT in die grüne Transformation zu integrieren – insbesondere in den Bereichen Energieverbrauch, Energienetze und Gebäude.  

Die DTU (n.d.) erforscht, wie Digitalisierung und KI Energiesysteme (Wind, Sonne, Bioenergie, Power-to-X und Energieinfrastrukturen) optimieren können. Die Projekte der SDU (n.d.) wie DanRETwin (Digital Twin zur Gebäudeoptimierung), DECODE (IoT und Daten für Energieeffizienz in der Industrie) sowie digitale Twin-Lösungen für Speicher- und Energiesysteme sind von zentraler Bedeutung. 

Das grüne Potenzial liegt nicht nur in kWh – sondern auch in CO₂-hungrigen Mooren, KI-gesteuerten Wäldern und digitalen Regenwasserbecken. Dänemark ist international führend bei der Integration von digitaler Technologie und naturbasierten Lösungen (Biosolutions) als Kernelemente der grünen Transformation (State of Green, 2025). Während der digitale Sektor Daten, KI und Automatisierung beisteuert, nutzen naturbasierte Lösungen die inhärente Fähigkeit von Ökosystemen, klimatische Herausforderungen zu bewältigen. 

Dieser interdisziplinäre Ansatz schafft von der Natur inspirierte grüne Technologien, bei denen Stadtplanung, Energie, Biodiversität und digitale Innovation zusammenwirken. So entsteht ein bio-digitales Ökosystem, in dem Technologie die Lösungen der Natur verstärkt und umgekehrt. Dieser Ansatz schafft robuste, kosteneffiziente und skalierbare Lösungen für Klima, Energie und Stadtentwicklung. 

Ein anschauliches Beispiel für die Verbindung von Landwirtschaft, Energie und Klimaschutz ist die Agri-Photovoltaik. Dabei werden Solarpaneele auf landwirtschaftlichen Nutzflächen installiert – etwa erhöht über Gemüsekulturen oder in Reihen oberhalb von Obstplantagen. So kann die Fläche gleichzeitig für die Stromerzeugung und den Pflanzenanbau genutzt werden.  

Vorteile ergeben sich nicht nur durch zusätzliche Einnahmen für landwirtschaftliche Betriebe, sondern auch durch verbesserte Bodenfeuchte, reduzierte Verdunstung und Schutz vor Extremwetterereignissen. Erste Pilotprojekte – etwa in Baden-Württemberg oder Bayern – haben gezeigt, dass agrarischer Ertrag und Energieproduktion synergetisch miteinander kombiniert werden können.  

Die weitere Skalierung dieser Technologie könnte nicht nur zur Flächeneffizienz beitragen, sondern auch zur dezentralen Stromversorgung in ländlichen Regionen und einer höheren gesellschaftlichen Akzeptanz für den Ausbau Erneuerbarer insgesamt.  

Die Technologieentwicklung im Bereich „Erneuerbare Energien & Umwelt“ ist entscheidend für das Erreichen der internationalen Klimaziele und die Sicherung unserer Lebensgrundlagen. Sie bietet sowohl ökologisch als auch ökonomisch großes Potenzial: für neue Geschäftsmodelle ebenso wie für zukunftsfähige Arbeitsplätze, resiliente Infrastrukturen und nachhaltige Lebensweisen.  

Um diese Potenziale auszuschöpfen, braucht es gemeinsam gestaltete Innovationsprozesse: zwischen Politik, Wissenschaft, Industrie und Gesellschaft. Dabei müssen technologische Lösungen stets begleitet sein von regulatorischen Rahmenbedingungen, sozialer Verantwortung und einer breiten gesellschaftlichen Beteiligung. Denn die Energiewende ist nicht nur ein technisches Projekt – sie ist ein gesellschaftliches Zukunftsprojekt.  

• BMUKM. (2020). Nationale Wasserstoffstrategie. https://www.bundesumweltministerium.de/download/nationale-wasserstoffstrategie 

• BMWE. (2024). CCU/CCS: Baustein für eine klimaneutrale und wettbewerbsfähige Industrie. https://www.bundeswirtschaftsministerium.de/Redaktion/DE/Artikel/Industrie/weitere-entwicklung-ccs-technologien.html 

• Center Denmark. (2024). Digitalisering som genvej: Effektive besparelser i den grønne omstilling hos forsyningssektoren. https://www.centerdenmark.com/en/about/news-archive/center-denmark-presents-a-new-report-on-the-role-of-digitalization-in-the-green-transition-of-the-utility-sector 

• Dansk Erhverv (2023). Erhvervslivet vil sætte fart på den grønne og digitale omstilling 
  med en ny alliance https://www.danskerhverv.dk/presse-og-nyheder/nyheder/2023/april/erhvervslivet-vil-satte-fart-pa-den-gronne-og-digitale-omstilling-med-en-ny-alliance  

• DTU. Energy technology. https://www.dtu.dk/english/research/areas/energy-technology 

• EA, IRENA, UNSD, World Bank, & WHO. (2022). Tracking SDG 7: The Energy Progress Report. World Bank, Washington DC. © World Bank.  

• Energinet. Energiøer i Danmark. https://energinet.dk/anlaegsprojekter/energioer/  

• Innovation Centre Denmark. New Innovation hub in Denmark: Digital Energy Hub established to digitalize the energy sector. https://siliconvalley.um.dk/insights/digital-energy-hub   

• SDU Energy Informatics University of Southern Denmark. Research Projects. https://www.sdu.dk/en/forskning/centreforenergyinformatics/research-projects  

• State of Green (2024). Denmark’s energy mix: increased share of renewables and all-time low coal consumption https://stateofgreen.com/en/news/denmarks-energy-mix-increased-share-of-renewables-and-all-time-low-coal-consumption/ 

• State of Green (2025). Biosolutions – Creating climate impact with nature’s own toolbox https://stateofgreen.com/en/news/new-publication-on-biosolutions-creating-climate-impact-with-natures-own-toolbox/  

• Thelen, C., Nolte, H., Kaiser, M., Jürgens, P., Müller, P., Senkpiel, C., & Kost, C. (2024). Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem: Bundesländer im Transformationsprozess. Fraunhofer ISE.