Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bezeichnet ein Verfahren, bei dem landwirtschaftliche Flächen gleichzeitig für die Nahrungsmittelproduktion und die Stromerzeugung durch Photovoltaik-Anlagen genutzt werden. Die Photovoltaik-Anlagen stehen dabei auf Agrarflächen, wobei sie maximal 15 % der Gesamtfläche einnehmen dürfen. Durch die gezielte Steuerung von Licht- und Schattenverhältnissen lässt sich sowohl die Stromerzeugung optimieren, als auch in vielen Fällen das Pflanzenwachstum fördern – etwa durch den Schutz vor übermäßiger Sonneneinstrahlung und Austrocknung. Aus diesen Synergieeffekten ergeben sich neue wirtschaftlich attraktive Möglichkeiten zur Bewirtschaftung von Agrarflächen.

Bei Aquiferen handelt es sich um unterirdische, poröse Gesteinsschichten, die Grundwasser speichern und leiten. Über Bohrungen lässt sich Wasser in solche Aquifere einspeisen und bei Bedarf wieder entnehmen. Dank der thermischen Eigenschaften des Gesteins im Untergrund entstehen so Speicher thermischer Energie – also Aquiferspeicher. 

Aquiferspeicher leisten einen wichtigen Beitrag in geothermischen Energiesystemen, da sie die effiziente und langfristige Speicherung von Wärme und Kälte ermöglichen. Ein typisches Anwendungsbeispiel von Aquiferspeichern ist die Zwischenspeicherung von überschüssiger Wärme aus industriellen Prozessen, die bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt für Heiz- oder Kühlzwecke genutzt werden kann. Diese Technologie verbessert die Energieeffizienz, senkt den CO₂-Ausstoß und trägt zu einer nachhaltigeren sowie wirtschaftlichen Energieversorgung bei. 

Eine Batterie speichert chemische Energie und verwandelt sie beim Entladen in elektrische Energie. Die sogenannten Primärbatterien lassen sich nur einmal entladen, die Sekundärbatterien (auch Akkumulatoren, umgangssprachlich „Akkus“ genannt) auch wieder aufladen. In jeder Batterie gibt es einen Pluspol – die Kathode – und einen Minuspol – die Anode – sowie eine elektronisch leitfähige Substanz, den sogenannten Elektrolyten. Der Elektrolyt besteht etwa aus Lithium, Alkali-Mangan oder Blei.

Beim Laden wandern Ionen durch den Elektrolyten von der Kathode zur Anode und werden dort in chemischen Verbindungen gebunden. Dabei baut sich eine elektrische Spannung zwischen den beiden Elektroden auf. Beim Entladen kehrt sich der Prozess um. Die Ionen fließen zur Kathode zurück, Elektronen strömen über den äußeren Stromkreis und stellen so elektrische Energie bereit.

Wenn wir eine Batterie zum Beispiel in eine Taschenlampe stecken, schließen wir den Stromkreis, Plus- und Minuspol verbinden sich miteinander und der Strom beginnt zu fließen. Damit laufen dann auch Armbanduhren, Smartphones oder Laptops, ohne dass wir diese ans Stromnetz anschließen. Dasselbe Prinzip gilt im Großen: etwa für Starterbatterien in Autos oder Batterien in Großspeicheranlagen, um überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarkraft zwischenzuspeichern.

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie, die beispielsweise in Wasserstoff , Methanol oder Erdgas gespeichert ist, in elektrische Energie um. Am geläufigsten und besten entwickelt sind Wasserstoff-Brennstoffzellen, die Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser und Strom umwandeln.

Es gibt unterschiedliche Bau- und Funktionsweisen von Brennstoffzellen, je nach Art der Anwendung. Vielseitig einsetzbar ist die PEM-Brennstoffzelle. Aufgrund ihres vergleichsweise hohen Wirkungsgrads und geringen Gewichts eignet sie sich für emissionsfreie Mobilität – besonders dort, wo hohe Reichweiten erforderlich sind: bei Bussen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen. Im privaten PKW hingegen ist ein Elektromotor die effizienteste Lösung.

„PEM“ steht dabei für Protonen-Austausch-Membran. Die PEM-Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode und der Kathode – sowie einer gasdichten Membran, welche die Elektroden voneinander trennt. Wasserstoff gelangt aus einem Tank an die Anode und wird dort durch die elektrische Spannung in seine Einzelteile, die Protonen und die Elektronen, zerlegt. Die Protonen sind damit in der Lage, durch die gasdichte Membran zu der Kathode zu gelangen. Die Elektronen hingegen müssen durch den äußeren Stromkreis fließen – und versorgen dabei elektrische Geräte mit Energie. An der Kathode reagieren die Elektronen und Protonen mit Sauerstoff zu Wasser und Wärme. Die PEM-Brennstoffzelle arbeitet damit umgekehrt zur Wasserelektrolyse.

Chemische Speicher – wie zum Beispiel Batterien oder Wasserstoff – bewahren Energie in elektrochemischer Form.

Je nach Typ variieren chemische Speicher in Zusammensetzung, Kapazität und Lebensdauer. Lithium-Ionen-Batterien finden sich in vielen elektronischen Geräten wie Smartphones oder Laptops und in Elektroautos. Redox-Flow-Batterien sind als große Energiespeicher vor allem für die stationäre Anwendung geeignet.

Damit der Aufbau eines zuverlässigen Energiesystems auf der Basis Erneuerbarer Energien gelingt, sind intelligente Netze und intelligente Stromzähler notwendig. Denn die Stromerzeugung aus Sonnenenergie und Windkraft ist abhängig vom Wetter und damit starken Schwankungen unterworfen (Volatilität Erneuerbarer Energien).

Außerdem erfolgt ein großer Teil der Stromerzeugung nicht dort, wo der Strom gebraucht wird – zum Beispiel bei Windkraftanlagen auf dem Meer, deren Strom nach Süddeutschland transportiert werden muss. Digitale Technologien wie intelligente Netze und intelligente Stromzähler ermöglichen trotz dieser Herausforderungen eine stabile Energieversorgung. Sie bilden das „Nervensystem“ der Energiewende , weil sie die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch von Strom in Echtzeit vernetzen und steuern. Damit legen sie die Grundlage für ein effizienteres, flexibleres und klimafreundlicheres Energiesystem.

Bei der Wasserelektrolyse nutzt man elektrischen Strom, um Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Wasserstoff speichert mehr chemische Energie als Wasser. Er eignet sich daher gut, um diese Energie zu transportieren oder um sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder freizusetzen.

Für die Elektrolyse kommt ein sogenannter Elektrolyseur zum Einsatz. Unterschiedliche Arten von Elektrolyseuren bieten unterschiedliche Vor- und Nachteile. Die alkalische Elektrolyse ist die älteste Technik. Sie ist verlässlich, etabliert und kostengünstig, aber energieintensiv und mit langsamer Reaktionsgeschwindigkeit. Hochtemperatur-Elektrolyseure sind effizienter, erfordern jedoch hohe Temperaturen, kontinuierlichen Betrieb und haben eine kürzere Lebensdauer. PEM-Elektrolyseure lassen sich flexibel hoch- und herunterfahren, benötigen jedoch teure Edelmetalle.

Üblicherweise wird bei der Elektrolyse an zwei Elektroden eine elektrische Spannung angelegt, sodass an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff entstehen. Eine Membran oder spezielle Schicht trennt die zwei elektrochemischen Halbzellen und verhindert, dass sich die Gase vermischen. Das Funktionsprinzip von Elektrolyseuren ist damit umgekehrt zur Brennstoffzelle.

Energieträger heißen alle Stoffe, die Energie in sich speichern und aus denen wir durch Umwandlung Energie gewinnen können. Sie speichern die Energie mechanisch, thermisch, chemisch oder physikalisch. Wir unterscheiden zwischen Primär- und Sekundärenergieträgern. Zu den Primärenergieträgern gehören fossile Energieträger wie Kohle oder Erdgas und erneuerbare Energieträger wie Holz, Sonnenlicht oder Wind. Als Sekundärenergieträger bezeichnen wir solche Energieträger, die durch Umwandlung aus Primärenergieträgern entstehen. Beispiele dafür sind Kraftstoffe oder Fernwärme.

Der Begriff „Erneuerbare Energien“ bezeichnet eigentlich erneuerbare Energiequellen. Diese Energiequellen stehen zeitlich unbegrenzt zur Verfügung oder erneuern sich wieder von selbst. Dazu zählt Energie aus Erdwärme oder Sonnenstrahlung genauso wie Energie aus nachwachsenden Rohstoffen und Biomasse – etwa Energie aus Holz, Pflanzenöl oder Biogas. Auch bei Wind - und Wasserkraft handelt es sich um Erneuerbare Energien.

Der Begriff „Energiewende“ beschreibt eine tiefgreifende Umstellung der Energieversorgung in Deutschland: Der Anteil der fossilen Energieträger wie Kohle, Öl und Erdgas wird gesenkt, gleichzeitig wird der Anteil der Erneuerbaren Energien ausgebaut. Ziel ist es, bis 2045 Klimaneutralität zu erreichen.

Beim Stromverbrauch soll der Anteil der Erneuerbaren Energien bereits im Jahr 2030 80 Prozent betragen. Voraussetzungen dafür und für das Gelingen der Energiewende insgesamt sind ein intelligentes Stromnetz sowie die Möglichkeit, Energie zu speichern. Als weiterer, wichtiger Baustein der Energiewende gilt Grüner Wasserstoff. Auch Fusionsenergie wird derzeit als mögliche langfristige Option erforscht.

Damit die Energiewende gelingt, müssen wir zudem unseren Energieverbrauch reduzieren und die Energieeffizienz steigern. Bessere Wärmedämmung in Gebäuden bietet dazu beispielsweise großes Potenzial. Zudem könnte Geothermie zukünftig einen erheblichen Beitrag zur Wärmeversorgung in Deutschland leisten.

Feststoffbatterien nutzen – im Vergleich zu den heute weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien – keinen flüssigen, sondern einen festen Elektrolyten. Das ist der Teil einer Batterie, durch den sich die Ionen von einer Elektrode zur anderen bewegen – also dort, wo sich elektrische Spannung auf- bzw. abbaut.

Die Verwendung eines festen Elektrolyten bietet mehrere Vorteile. Erstens steigt die Energiedichte: Mehr Energie in demselben Raum erlaubt, dass Feststoffbatterien kleiner und potenziell leichter sind als herkömmliche Batterien. Zweitens schützt der feste Elektrolyt vor Dendriten. Das sind nadelförmige Metallstrukturen, die sich bei wiederholtem Laden in flüssigen Elektrolyten bilden können. Sie können Kurzschlüsse und sogar Brände verursachen. Feste Elektrolyten können die Zahl der sicheren Ladezyklen deutlich erhöhen.

Elemente wie Natrium oder Silizium gelten als besonders aussichtsreiche Stoffe für feste Elektrolyten. Solche Feststoffbatterien würden auch die Abhängigkeit von knappen Metallen wie Lithium, Kobalt oder Nickel reduzieren, deren Abbau die Umwelt stark belastet. Allerdings besteht noch Forschungsbedarf hinsichtlich der Materialien und Produktion von Feststoffbatterien.

Fossile Energieträger sind kohlenstoffhaltige Energieträger wie Erdöl, Erdgas, Kohle, Ölsande und Ölschiefer. Sie entstanden über Millionen von Jahren durch geologische Prozesse aus abgestorbenem, organischem Material. Im Gegensatz zu erneuerbaren Energieträgern sind sie in menschlichen Zeiträumen nicht erneuerbar.

Heute decken fossile Energieträger noch immer den größten Teil des weltweiten Energiebedarfs. Bei ihrer Verbrennung wird CO₂ freigesetzt, das über Millionen von Jahren in der Erde gespeichert war. Das Treibhausgas gelangt so in die Atmosphäre und trägt wesentlich zur Erderwärmung bei. Deshalb ist der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger ein zentrales Ziel der internationalen Klimapolitik.

Um den Wandel hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung zu schaffen, müssen Treibhausemissionen reduziert und erneuerbare Alternativen konsequent ausgebaut werden.

Fusionsenergie wird permanent im Zentrum der Sonne freigesetzt, wo Wasserstoffatome zu Heliumatomen verschmelzen. Möglich ist dieser Umwandlungsprozess dort nur aufgrund von extrem hohen Temperaturen von rund 15 Millionen Grad Celsius und dem extremen Druck von etwa 100 Milliarden Bar.

Fusionsenergie könnte ein bedeutender Teil des Strommixes der Zukunft werden – wenn wir den auf der Sonne stattfindenden Prozess auf der Erde nutzbar machen können. Daran arbeiten Forscherinnen und Forscher weltweit. Das internationale Rennen um ein solches Kraftwerk – einen Fusionsreaktor – ist längst in vollem Gange. Derzeit finden zwei technologische Ansätze besondere Beachtung: die Magnet- und die Laserfusion.

Geothermie oder auch geothermische Energie bezeichnet die in der Erdkruste gespeicherte Wärme. Je tiefer es geht, desto höher steigt die Temperatur („Geothermischer Gradient“: 3°C pro hundert Meter). Je nachdem, wie tief für die Energiegewinnung gebohrt wird, unterscheidet man zwischen oberflächennaher Geothermie (bis 400 Meter) und Tiefengeothermie (unterhalb 400 Meter).

Die Wärme in der Erdkruste stammt aus verschiedenen Quellen. Oberflächennah beeinflusst die Sonneneinstrahlung saisonal die Bodentemperatur. Ein bedeutender Teil der Erdwärme – etwa 30-50 % – stammt noch aus der Zeit der Entstehung der Erde vor etwa 4,7 Milliarden Jahren. Der Großteil – etwa 50-70 % – wird jedoch dem Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in den Gesteinen zugeschrieben. Dieser kontinuierliche Prozess liefert stetig Wärme nach. Geothermie zählt damit zu den Erneuerbaren Energien. Etwa sechs Prozent der regenerativ erzeugten Wärme in Deutschland wird durch Geothermie bereitgestellt. Die tiefe Geothermie können wir auch zur Stromgewinnung nutzen.

Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser unter Einsatz von Strom aus Erneuerbaren Energien hergestellt – also etwa aus Windkraft- oder Photovoltaikanlagen. Dabei entstehen keine direkten CO₂-Emissionen. Er ist also – im Gegensatz zu Grauem Wasserstoff – umweltfreundlich. Die Wasserelektrolyse ist das einfachste Beispiel für ein Power-to-Gas-Verfahren und gehört zu den Power-to-X-Technologien (PtX). Diese Technologien wandeln elektrische Energie in andere Energieformen um, damit diese vielfältig nutzbar wird. Power-to-X-Produkte können beispielsweise auch Kraftstoffe oder Wärme sein. 

Grüner Wasserstoff ist besonders wichtig für eine nachhaltige Energiezukunft. Zum einen kann man in ihm Energie chemisch speichern, transportieren und in verschiedenen Sektoren nutzen. Zum anderen ist er ein wichtiger Ausgangsstoff für chemische Prozesse in der Industrie. Auch im Verkehr werden Wasserstoffantriebe und Power-to-X-Kraftstoffe künftig eine größere Rolle spielen.

Die Begriffe Klimaneutralität und Treibhausgasneutralität werden oft synonym verwendet, bezeichnen aber Unterschiedliches:
Treibhausgasneutralität bedeutet, dass nur so viele Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen, wie durch die Natur – also durch Wälder, Moore und Meere – auch wieder entzogen werden können. Die Menge der ausgestoßenen und aufgenommenen Treibhausgase ist gleich, man sagt auch „Netto-Null“.

Bei Klimaneutralität werden auch andere Effekte berücksichtigt, die das Klima beeinflussen. Zum Beispiel erwärmt sich die Erde stärker, je mehr Flächen versiegelt sind. Ein anderes Beispiel sind schmelzende Gletscher: durch weniger weiße Eisfläche werden weniger Sonnenstrahlen ins All reflektiert. Um klimaneutral zu sein, müssen alle Handlungen, die das Klima beeinflussen, unterlassen oder durch positive Maßnahmen ausgeglichen werden.

Bei der Laserfusion handelt es sich um einen technischen Ansatz, um Fusion als Energiequelle zu erschließen. In einem Laserfusionsreaktor beschießt man winzige Kügelchen, die Fusionsbrennstoff enthalten – sogenannte Targets –, mit sehr starken Laserstrahlen. Die Laser heizen die Targets so extrem auf und drücken sie so stark zusammen, dass es in ihrem Inneren zur Fusion kommt – bevor sie aufgrund der zugeführten Energie explodieren. Möglich wird dies die Trägheit der Masse der Atome, die ein sofortiges Auseinanderfliegen verhindert. Das Verfahren wird deshalb auch „Trägheitsfusion“ genannt.

Bei der Magnetfusion handelt es sich um einen technischen Ansatz, um Fusion als Energiequelle nutzbar zu machen. Dabei werden die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium innerhalb eines Gefäßes – dem Reaktor – mithilfe von Mikrowellenstrahlen auf rund 100 Millionen Grad Celsius erhitzt und damit zu Plasma. Dieses Plasma darf die Reaktorwand jedoch nicht berühren. Einerseits würde es die Wand zerstören, andererseits würde es sich dabei so sehr abkühlen, dass keine Fusionsreaktionen mehr möglich sind.

In einem Magnetfusionsreaktor halten daher sehr starke Magnetfelder das Plasma auf Abstand zur Wand, die nur durch die Fusionsreaktion selbst aufgeheizt werden soll. Die Wärme, welche die Wand dadurch abgibt, kann man dann nutzen, um Wasser zu verdampfen. Damit kann man wiederum eine Turbine antreiben, die elektrischen Strom produziert.
 

Mechanische Speicher wandeln elektrische Energie in kinetische Energie um. Ein typisches Beispiel sind Pumpspeicherkraftwerke: Diese nutzen überschüssigen Strom, um Wasser in höher gelegene Becken zu pumpen. Bei Energiebedarf wird das Wasser durch Öffnen von Schleusen abgelassen, was Turbinen antreibt und den benötigten Strom erzeugt.

Photovoltaik (PV) bezeichnet den Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht – auch Solarenergie genannt – in elektrische Energie. In Deutschland lieferten Photovoltaik-Anlagen im Jahr 2024 rund 14 Prozent des Stroms. Bis zum Jahr 2030 soll die hierzulande installierte PV-Leistung mehr als verdoppelt werden.

Obwohl PV-Anlagen bereits heute verbreitet im Einsatz sind, besteht weiterhin Bedarf an Forschung – beispielsweise um Solarzellen effizienter zu gestalten oder wenn es um spezielle Einsatzbedingungen geht, wie etwa Agri-Photovoltaik. Das bezeichnet die gleichzeitige Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für die Produktion von Nahrungsmitteln und die Stromerzeugung.

Ein Plasma ist ein Materiezustand, bei dem neben Atomen auch Ionen und freie Elektronen vorliegen. Es entsteht, wenn Elektronen in der Atomhülle über genügend Energie verfügen, um sich vom Atomkern lösen zu können. Dazu kommt es beispielsweise durch hohe Temperaturen oder große elektrische Spannungen.

Die positive Ladung von Atomkernen bewirkt, dass sie einander abstoßen. Die Fusion von Atomkernen ist daher nur möglich, wenn sie energiereich genug sind, um diese Abstoßung überwinden zu können. Die Energie des Fusionsbrennstoffs ist in diesem Fall so hoch, dass er als Plasma vorliegt – da die Elektronen unter diesen Umständen nicht mehr an den Kern gebunden sind.

Von digitalen Technologien wie intelligenten Netzen und Stromzählern profitieren neben Industrie und Verkehr auch private Haushalte. Verbraucherinnen und Verbraucher werden zu sogenannten „Prosumern“, die nicht nur Energie konsumieren, sondern auch über eigene Photovoltaik-Anlagen selbst erzeugten Strom ins öffentliche Netz einspeisen können.

„Smart Grid“ ist die Bezeichnung für ein intelligentes Stromnetz, das durch die Kombination von Erzeugung, Speicherung und Verbrauch eine effiziente und stabile Energieversorgung ermöglicht. Ein solches Netz gleicht Leistungsschwankungen durch eine zentrale Steuerung aus. Das ist möglich, weil ein Smart Grid neben Energie auch Daten transportiert.

Dabei überwachen Sensoren Wind- und Solaranlagen aus der Ferne. KI-Systeme analysieren die Betriebsdaten, um Abweichungen frühzeitig zu erkennen, Wartungseinsätze zu optimieren und Ausfallzeiten zu minimieren. Prognosemodelle – gespeist aus Wetter-, Mobilitäts- und Marktdaten – berechnen künftige Lastspitzen und ermöglichen Netzbetreibern, Engpässe vorausschauend zu entschärfen.

Intelligente Stromzähler – auch unter dem Begriff „Smart Meter“ bekannt – messen den Stromverbrauch oder die eingespeiste Strommenge, protokollieren Spannungsausfälle und versorgen die Netzbetreiber mit wichtigen Informationen. So können sie die Stromerzeugung, den Stromverbrauch und die Netzbelastung aufeinander abstimmen.

Smart Meter tragen auch durch die Kopplung des Energie- und Verkehrssystems und den damit verbundenen Betrieb von intelligenten Ladeinfrastrukturen zur Netzstabilität bei. Sie sorgen dafür, dass der Strombezug von Elektrofahrzeugen flexibel an die Netzbelastung, die Strompreise oder den Überschuss der eigenen Photovoltaik-Anlage angepasst wird.

Damit schaffen sie die Voraussetzung für bidirektionales Laden: Bei einem Überangebot wird Grüner Strom in den Batterien der Elektrofahrzeuge gespeichert, wenn wetterbedingt nicht genügend Grüner Strom erzeugt werden kann, wird er wieder abgegeben.

Thermische Speicher nutzen Wärme- und Kälteprozesse, um überschüssige Energie für einen späteren Bedarf zu speichern und als thermische Energie wieder freizugeben. Einsatzgebiete sind die solare Wärmeerzeugung, die Abwärmenutzung, Kraft-Wärme-Kopplung sowie die Kältespeicherung.

Übertragungsnetze sind Teile des Stromnetzes. Vergleicht man das Stromnetz mit dem Straßennetz, dann ist das Übertragungsnetz die Autobahn, auf der große Mengen Strom über weite Strecken transportiert werden. Um möglichst wenig Leistung beim Transport zu verlieren, kommen hierfür sehr hohe Spannungen zum Einsatz – die nicht mit privaten Haushalten kompatibel sind. Damit die Endverbraucherinnen und -verbraucher den Strom trotzdem nutzen können, passen Umspannwerke die Spannungsebenen an den Übergängen zum Verteilnetz an.

Verteilnetze sind Teile des Stromnetzes. Vergleicht man das Stromnetz mit dem Straßennetz, dann sind Verteilnetze die Land- und Innerortsstraßen, die den Strom vom Übertragungsnetz in die Ortschaften und zu den privaten Haushalten bringen. Da diese niedrigere Spannungen nutzen als das Übertragungsnetz, passen Umspannwerke an den Übergängen die Spannungsebenen an.

Gleichzeitig nehmen Verteilnetze lokal erzeugte Energie – zum Beispiel von Solar- oder Windkraftanlagen – auf und leiten diese vor Ort zu den Endverbraucherinnen und -verbrauchern oder ins Übertragungsnetz.

In Deutschland betreiben zahlreiche regionale Verteilnetzbetreiber diese Netze und sorgen für eine sichere Stromversorgung. Durch die Energiewende speisen immer mehr dezentrale Anlagen Strom ins Verteilnetz ein. Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, werden die Netze stetig ausgebaut und digitalisiert.
 

Eine Wärmepumpe ist eine technische Einrichtung, die vorhandene Umweltwärme aus Boden, Luft oder Wasser nutzt, um Heizwärme zu erzeugen. Aus der Erde ist das besonders gut möglich, da die Temperatur dort bereits in wenigen Metern Tiefe das ganze Jahr über konstant bleibt. Die Wärmepumpe sammelt Wärme aus ihrer Umgebung und erhitzt diese auf ein höheres Temperaturniveau. Das geschieht, indem in der Wärmepumpe ein flüssiges Kühlmittel durch Umweltwärme verdampft. Ein Kompressor verdichtet das gasförmige Mittel, wodurch es sich weiter erwärmt. Die entstandene Wärme gibt die Wärmepumpe an ein Heizsystem oder einen Warmwasserspeicher ab. Dabei verflüssigt sich das Kühlmittel wieder, durchläuft ein Expansionsventil, kühlt weiter ab und ist wieder bereit, Wärme aus der Umgebung aufzunehmen. Wärmepumpen nutzen Energie besonders effektiv, da sie ein Mehrfaches der eingesetzten Energie in Form von Heizwärme bereitstellen können.

Wasserstoff (H₂) ist ein farbloses Gas. In der Natur kommt es fast nur in gebundener Form vor, etwa in Wasser (H₂O). Je nachdem wie man Wasserstoff erzeugt, trägt er verschiedene Farben in seinem Namen.

Der derzeit am häufigsten verwendete Graue Wasserstoff wird meist aus fossilem Erdgas hergestellt. Dabei entstehen rund zehn Tonnen CO₂ pro Tonne Wasserstoff, die in die Atmosphäre abgegeben werden. Das nachhaltige Energiesystem der Zukunft braucht daher klimafreundlichen Grünen Wasserstoff.

Windenergie ist die Bewegungsenergie des Windes und gilt damit als Erneuerbare Energiequelle. Auf See oder in der Höhe gibt es besonders viel davon. Windkraftanlagen wandeln diese Energie in elektrische Energie um. Dazu existieren Off- und Onshore-Anlagen. Offshore heißen die Windenergieanlagen auf See. Onshore-Anlagen befinden sich an Land. In Deutschland spielt Windkraft schon heute eine zentrale Rolle: Fast ein Drittel der Stromerzeugung im Jahr 2024 geht auf sie zurück. Bis 2030 soll die Stromerzeugung durch Windkraft verdoppelt werden, um so immer weniger von fossilen Energiequellen abhängig zu sein.