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Fachartikel
29. Oktober 2021

FOGA

Energieforschung im Aufwind

Die Energieforschung erlebte in den letzten Jahren einen markanten Aufschwung. Dabei veränderte sich die Ausrichtung stark. Sie orientiert sich an den aktuellen energie- und klimapolitischen Zielen des Bundes. Die Schweizer Gaswirtschaft wirkt mit ihrem eigenen Forschungsfonds an vorderster Front mit.
Daniela Decurtins 

Die Schweiz hat in den letzten Jahren bedeutende Weichen in ihrer Energie- und Klimapolitik gestellt. Dazu gehört zum einen der Entscheid, aus der Kernenergie auszusteigen, basierend auf der Volksabstimmung zur Energiestrategie 2050 im Mai 2017. Zum anderen ist sie geprägt durch das Netto-null-Ziel bis 2050, das der Bundesrat 2019 beschlossen hat. Diese Entwicklungen bedingen einen tiefgreifenden Umbau des Schweizer Energiesystems. In welche Richtungen er gehen könnte, dokumentieren die Energieperspektiven 2050+ [1]. Diese zeigen anhand verschiedener Szenarien, mit welchem Mix an Energieträgern, Infrastrukturen und Technologien das Netto-null-Ziel realisiert werden könnte. In der Öffentlichkeit wird dabei in der Regel als Zielbild das Basisszenario gezeigt, dem eine tiefergreifende Elektrifizierungsstrategie zugrunde liegt.

Die Schweiz hat ihre Energieforschungsaktivitäten in den letzten Jahren entsprechend stark intensiviert und auch neu ausgerichtet. Der Einsatz öffentlicher Mittel wurde gemessen am Bruttoinlandprodukt (BIP) in den letzten Jahren verdoppelt, gemäss der Internationalen Energieagentur (IEA) befindet sich die Schweiz neu an vierter Stelle, hinter Estland, Norwegen und Finnland. Der Bund verbindet dabei langjährige Forschungsprogramme zu Energietechnologien und -systemen mit der Förderung über Pilot-, Demonstrations- und Leuchtturmprojekte. Damit soll der Transfer hin zu marktreifen Technologien ermöglicht und beschleunigt werden. Auffällig häufig orientiert sich die Bundesverwaltung in den vergangenen Monaten an den Arbeiten, die in Estland realisiert werden, wenn es um Themen wie Digitalisierung und Herkunftsnachweis (HKN)-Register geht [2].

Energieeffizienz wird immer wichtiger

Bei den Themen lassen sich bedeutsame Verschiebungen auf einen Blick gut erkennen. Die Kernenergie büsste massiv ein, und seit 2005 werden immer mehr Gelder in die Forschungsbereiche «Effiziente Energienutzung» und «Erneuerbare Energien» investiert. In den letzten Jahren gewann zudem die nichttechnische Energieforschung (Energiewirtschaftliche Grundlagen und Transfer) an Bedeutung.

Interessant ist insbesondere auch, zu sehen, wie sich die Energieforschungslandschaft erheblich verändert hat. Wurden 2010 noch 76% der Ausgaben im ETH-Bereich getätigt, schrumpfte dieser Anteil auf 59 Prozent. Die Fachhochschulen hingegen legten zu, und heute werden die Studien im Bereich der effizienten Energienutzung grösstenteils an den Fachhochschulen durchgeführt. Die Universitäten setzen schliesslich den Hauptschwerpunkt auf die nicht-technische Energieforschung [3].

Einziger Energieverband mit Forschungsfonds

Unter den Verbänden der Energiewirtschaft ist der Verband der Schweizerischen Gasindustrie (VSG) der einzige, der mit dem Forschungs-, Entwicklungs- und Förderungsfonds (FOGA) über ein eigenes Förderinstrument verfügt und sich in diesem Bereich entsprechend aktiv engagiert. Er tut dies zum Teil über Projekte, die er selbst anstösst und dann Partner sucht – auch im Umfeld des Bundes –, oder er nimmt Anträge von Dritten auf und diskutiert sie in der Fachkommission Technische Koordination (FTK), die sich aus Spezialisten der Branche zusammensetzt (s. links). Schliesslich unterbreitet die FTK dem Verwaltungsratsausschuss VSG die entsprechenden Anträge. Der Fonds existiert seit 1992. In der bald dreissigjährigen Geschichte wurden gegen 180 Projekte unterstützt, jährlich werden zwischen 350 000 und 400 000 Franken investiert. Bereits 2015/16 fokussierte der VSG seine Forschungsstrategie stark auf den anvisierten Umbau der Energieversorgung hin zu einer effizienten und emissionsarmen Versorgung. Sie ist getragen von einer ganzheitlichen Denkweise, wie bereits im Positionspapier von 2016 [4] oder den «Thesen 2020» [5] unterlegt. Die Forschungsschwerpunkte decken sich mit denjenigen des Bundes, nur werden gasspezifische Themen stärker aufgenommen. 2021 ist Wasserstoff als vierter Schwerpunkt dazu gekommen. Neu ist auch, dass – abgeleitet aus den Thesen 2020 – die Forschungsfragen zu den einzelnen Schwerpunkten im Rahmen des Strategiepapiers veröffentlicht wurden und den möglichen Antragstellern einen Orientierungsrahmen bieten.

Die Forschungsstossrichtungen sind glaubwürdiger Ausdruck des Bildes, das sich die Schweizer Gasindustrie von der Energiezukunft macht. Sie will dabei Verantwortung übernehmen und setzt sich mit den Herausforderungen auseinander, die es zu meistern gilt. Eine solche Forschung kann deshalb nie nur technologiebezogen sein, sondern muss einen gesamtheitlichen Ansatz folgen, der auch sozioökonomische und regulatorische Aspekte zum Gegenstand hat. Das ist mittlerweile auch das Credo der Energieforschung des Bundes.

FOGA: vier Schwerpunkte

Folgende vier Schwerpunkte bilden heute die Strategie des FOGA [6]:

Effiziente Energielösungen

Innovative Gastechnologien zur Sektorkopplung bzw. Einbindung erneuerbarer Energien ins Gesamtsystem.

Gasnetze

Transformationspfade der bestehenden Gasnetzinfrastruktur und Zubau von H2-Netzen.

Erneuerbare Gase

Substitution von Erdgas durch erneuerbares Gas.

Wasserstoff

Innovative Technologien und Geschäftsmodelle entlang der Wertschöpfungskette.

Die Resultate der Forschungsprojekte werden jeweils publiziert, sei dies in Newslettern, die an einen breiten Empfängerkreis gehen, sei dies, dass sie innerhalb der Branche, an den Sitzungen verschiedener Kommissionen, präsentiert und diskutiert werden. Berichte mit öffentlicher Ko-Finanzierung stehen ebenfalls zur Verfügung, und Aqua & Gas publiziert im Rahmen von Fachartikeln regelmässig über die FOGA-Projekte. Zudem werden umfangreiche Dokumenta­tionen zur Verfügung gestellt, welche die VSG-Mitglieder nutzen können. Hinzu kommt, dass die akademischen Partner ihre Resultate ihrerseits in einem breiteren Adressatenkreis kommunizieren.

Seit einigen Jahren organisiert der VSG zudem Forschungstage, an denen die Forschenden die Resultate vorstellen. Der letzte fand Anfang September 2021 in Rapperswil statt. Auch die Medien berichteten darüber.

Enges Netzwerk mit Hochschulen

Dank der verschiedenen Projekte ist ein ansehnliches Netzwerk mit Hochschulen und Forschungsinstitutionen entstanden. So ist die Gasindustrie sehr eng mit der Schweizer Energieforschung verbunden und vermag sich mit ihrem Know-how und ihren Themenschwerpunkten aktiv in die grossen Forschungsprogramme einzubringen.

Von SCCER zu SWEET

Der VSG war bereits eingebunden in verschiedene SCCER-Programme, die vom Bund 2013 lanciert wurden und den Aufbau und Betrieb von interuniversitär vernetzten Forschungskompetenzzentren, den Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER), zum Ziel hatten. Die SCCER-Förderung lief Ende 2020 aus. Damit die an den Hochschulen aufgebauten Kompetenzen und Kapazitäten auch weiterhin gezielt für die Energieforschung genutzt werden können, verabschiedete der Bundesrat mit SWEET (Swiss Energy Research for the Energy Transition) ein neues Energieforschungsprogramm. Das Programm soll über zwölf Jahre, von 2021 bis 2032, laufen. Gefördert werden dabei ausschliesslich wettbewerblich ausgeschriebene Konsortialprojekte.

Die erste SWEET-Runde widmete sich dem Thema «Integration erneuerbarer Energien in ein nachhaltiges und belastbares Schweizer Energieystem». Dieses wurde in vier «Research Challenges» aufgeteilt, um die sich nach einer ersten Qualifizierungsrunde noch 13 Konsortien bewarben. Vier erhielten schliesslich den Zuschlag. Die Schweizer Gaswirtschaft ist in den für sie relevanten siegreichen Konsortien vertreten [7].

Innosuisse-Flagship-Projekte

Eine zweite Fördermöglichkeit besteht mit den sogenannten Innosuisse-Flagship-Projekten. Es handelt sich dabei um ein neues Instrument des Bundes, das sich am Grundsatz der «systemischen Innovation» und an einem transdisziplinären Ansatz orientiert. «Das übergeordnete Ziel ist die Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wirtschaft und/oder einen Beitrag zum Wohl der Gesellschaft zu leisten, indem durch Effizienzsteigerungen, Kostensenkungen oder neue Lösungen für sozial relevante Herausforderungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette Mehrwert geschaffen wird», wie es auf der Internetseite der Innosuisse, der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung (vormals KTI), heisst [8]. Auch hier ist der VSG stark engagiert in einem der siegreichen Projekte. Das Konsortium beschäftigt sich mit der Frage der Dekarbonisierung der Städte und Regionen mit erneuerbarem Gas und steht unter dem Lead des Paul Scherrer Instituts (PSI).

International vernetzt

Für die Wissenschaft ist zudem die internationale Vernetzung zentral. Die Gaswirtschaft ist Mitglied des European Research Institute for Gas and Energy Innovation (ERIG), der europäischen Forschungsnetzwerkes im Gasbereich [9]. Die Schweizer Gaswirtschaft versucht dort auch Schweizer Wissenschafter entsprechend zu positionieren, um sie an europäischen Forschungsprogrammen teilhaben zu lassen. Dieser Umstand gewinnt noch an Bedeutung angesichts der aktuellen Entwicklungen der Beziehungen der Schweiz mit der EU, die sich nach dem Scheitern des Rahmenabkommens stark abgekühlt haben. Mitte Juli schloss die EU-Kommission die Schweiz vom Forschungsprogramm Horizon Europe aus – zumindest vorerst. Die Schweiz wurde bei Horizon vom Vollmitglied zum nicht assoziierten Drittstaat zurückgestuft. Damit haben Schweizer Forschende und Institutionen nur mehr begrenzten Zugang zu dem mit 95 Milliarden Euro dotierten Forschungsprogramm. Hier kann der Weg über die Branchenorganisationen zumindest etwas Abhilfe leisten.

Bibliographie

[1] Bundesamt für Energie (2020): Energieperspektiven 2050+, Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse
[2] Eidgenössische Energieforschungskommission (2021): Jahresbericht 2020
[3] Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation SBFI (2020): Öffentlich finanzierte Energieforschung in der Schweiz: Überblick über Entwicklungen und aktuelle Herausforderungen
[4] Verband der Schweizerischen Gasindustrie (2016): Energieversorgung der Zukunft
[5] Verband der Schweizerischen Gasindustrie (2020): Thesen 2020 der Schweizer Gaswirtschaft
[6] Verband der Schweizerischen Gasindustrie (2020): FOGA-Strategie 2020 bis 2025
[7] Bundesamt für Energie (2021): Förderprogramm SWEET
[8] Innosuisse – Schweizerische Agentur für Innovationsförderung (2021)
[9] European Research Institute for Gas and Energy Innovation (ERIG)
[10] Cabalzar, U. et al. (2021): Import von strombasiertem Gas – Projekt IMPEGA. In: Aqua & Gas No 6, S. 40–45
[11] Jäschke Brühlhart, St. (2021): Wasserstoff im Gebäude. In: Aqua & Gas No 9, S. 56–62

Beispiele von aktuellen FOGA-Projekten
Projekt K3

Die K3 Immobilien AG und die werke versorgung wallisellen ag konnten im vergangenen Jahr in einem neuen Gewerbepark in Wallisellen eine imposante Fassadensolaranlage in Betxrieb nehmen. Zusammen mit einem biogasbetriebenen Blockheizkraftwerk versorgt sich der Bau zum grössten Teil selbst mit Strom. Das wegweisende, vom FOGA unterstützte Energiekonzept, wird von der Empa wissenschaftlich begleitet. 2100 Solarpanels von der Fläche eines Fussballfeldes kleiden den Gewerbepark rundherum ein. Die Solaranlage erzeugt mit einer installierten Leistung von 663 Kilowattpeak jährlich rund 400 000 Kilowattstunden Strom, vorrangig für den Eigenbedarf. Die Solaranlage an den Fassaden und auf dem Dach des Gewerbeparks prägt nicht nur die Bauform und Optik des Gebäudes, sondern ist auch das Herzstück einer neuartigen Gerätekombination, die zur Energiegewinnung und -bereitstellung geschaffen wurde. Die Solaranlage deckt den erwarteten Strombedarf des Gewerbeparks über das ganze Jahr vollständig ab. Der Solarstrom treibt auch eine Wärmepumpe an, die für Wärme und Kälte sorgt. Ergänzend liefert ein hauseigenes, biogasbetriebenes Blockheizkraftwerk in der kalten Jahreszeit einerseits Wärme und andererseits wertvollen Winterstrom. Alle Komponenten sind ausgeklügelt aufeinander abgestimmt und sorgen für eine hohe Autarkie des Gewerbebaus. Dabei wird erneuerbares Gas Teil der Lösung dieses innovativen Energiekonzepts.

Erneuerbares Gas aus Island

Das Projekt IMPEGA (Import of electricity-based gas) konnte 2020 erfolgreich abgeschlossen werden [10]. Dank unterschiedlicher Projektpartner wie Nordur Power SNG AG, H2 Energy AG, Paul Scherrer Institut (PSI), Smart Logistics (FHNW), Reykjavik University, Empa sowie Frank Energy GmbH konnten dabei neue Ansätze entwickelt werden. Die Idee ist, dass die Produktion erneuerbarer Gase in der Schweiz durch eine Produktion im Ausland ergänzt wird, wo die Voraussetzungen für das Power-to-X-Verfahren besonders gut sind, beispielsweise in Ländern mit tiefen Strompreisen. Dabei ist vor allem die Ökobilanz relevant, um später das im Ausland produzierte erneuerbare Gas in der Schweiz entsprechend bilanzieren und vermarkten zu können. Bei diesem vom FOGA unterstützten Projekt ging es um die Produktion in Island; die Erkenntnisse daraus sollten methodisch aber auch auf andere Länder übertragbar sein. Im Ausland sind wesentlich grössere Anlagen realisierbar, und die Planung und Realisierung solcher Projekte im industriellen Massstab dürfte neben der Ökobilanzierung einen wesentlichen Know-how-Sprung für Schweizer Akteure darstellen. Das Projekt untersuchte die technischen und ökonomischen Aspekte der transnationalen Logistik von verflüssigtem strombasiertem Gas im industriellen Massstab. Um die Auswirkungen der Transportmittel, Transportwege, Containergrössen und Einspeiseorte auf Ökologie, Ökonomie und Praxistauglichkeit aufzuzeigen, wurden unterschiedliche Fälle im Detail betrachtet.

Neuartiger Sensor

Um erneuerbare Gase wie Biogas oder aus Power-to-Gas-Anlagen zu fördern, müssen längerfristig viele zusätzliche Einspeisepunkte ins Gasnetz geschaffen werden. Das kann zur Folge haben, dass die Gasqualität und -zusammensetzung bei den einzelnen Einspeisepunkten unterschiedlich ist. Mittels Sensoren kann diese Herausforderung gelöst werden. Die Firma MEMS AG und die Fachhochschule Ostschweiz haben zum Ziel, einen neuen Sensor zu entwickeln (Mikro-Elektro-Mechanisches System), der einerseits für die Gasqualitätskontrolle, andererseits als Steuer- und Regelelement eingesetzt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die dezentrale Produktion und Einspeisung von erneuerbaren Gasen ins Netz einfacher zu steuern und zu überwachen, ohne dass teure Messapparaturen eingesetzt werden müssen.

Wasserstoff in Gebäuden

Ein weiteres FOGA-Projekt widmete sich 2020 dem Thema «Wasserstoff in Gebäuden» [11]. Inzwischen gibt es einige Forschungsprojekte und Feldtests innerhalb Europas, bei denen erste Erkenntnisse vorliegen. Allerdings sind viele Aspekte noch nicht abschliessend geklärt. Dies betrifft Normen, Regelwerke oder den sichere nUmgang in Wohngebäuden bei einer Beimischung von 10 bis 20 Prozent Wasserstoff. Mittels einer Literaturstudie und Abklärungen durch einen Brandschutzexperten erörterte die Envenion GmbH zusammen mit dem SVGW den Handlungsbedarf der Gasbranche, um Wasserstoff im Wärmemarkt in Wohngebäuden und Gewerbe technisch sicher zu realisieren. Diese Studie liefert eine gute Basis, um die technische Machbarkeit von Wasserstoff im Wärmemarkt abzuklären und die entsprechenden Auswirkungen auf das Regelwerk zu beurteilen. Dabei werden zwei grundsätzliche Möglichkeiten in Betracht gezogen:
– direkte Installation im Gebäude (Ein- und Mehrfamilienhäuser) oder
– Quartierlösungen, die eine Energie­zentrale mit Wasserstoffnutzung haben.

Philippe Dubois: «La décarbonisation est une des objectifs du FOGA»

Philippe Dubois, Vice-président de l’ASIG, préside la commission technique de coordination (FTK), à laquelle est attribué le fonds de recherche. Pour lui, le FOGA est un instrument important pour relever, avec la branche, les défis liés à la transformation de l’approvisionnement en énergie et en gaz.

 

Philippe Dubois,
Président de la commission technique de coordination (FTK)

 

Pourquoi faut-il un fonds de recherche spécifique de l’industrie gazière, quand la Confédération met à disposition tant de fonds de recherche?

La Confédération a toujours soutenu la recherche, en particulier la recherche dans le domaine de l’énergie après la tragédie de Fukushima et la votation populaire sur la stratégie énergétique suisse. C’est une bonne chose qui permet à notre pays d’être dans le peloton de tête des instituts de recherche. Cependant, même dans ce contexte, le FOGA est et reste un outil très important. Il permet de travailler en amont des stratégies fédérales et de porter des thèmes et des projets chers à notre branche. Pour les chercheurs, le FOGA complète ainsi les possibilités de financement de projets, la plupart du temps d’ailleurs en coopération avec l’OFEN.

 

Quelles sont, selon vous, les points forts du FOGA?

L’attitude très positive envers le gaz de l’ensemble du monde académique est un aspect qui m’a particulièrement frappé depuis que je suis actif au sein de la FTK. Le gaz est clairement vu comme une composante importante du monde énergétique de demain. Je trouve que la force principale du FOGA est justement de nourrir et renforcer ce lien avec les écoles et instituts de recherche, ce qui nous permet de faire passer nos messages.

 

L’hydrogène est un nouveau thème prioritaire. Les avis des membres sont très partagés à ce sujet. Est-ce que l’hydrogène va jouer un rôle dans le secteur du bâtiment?

C’est une question controversée et particulièrement importante pour notre branche. En effet, d’aucuns ne jurent que par les pompes à chaleur électriques pour le chauffage des bâtiments, fondant leur avis sur l’efficacité de ces dernières et sur le fait qu’il faut garder le gaz pour des applications à hautes températures. La problématique est que l’augmentation du nombre de pompes à chaleur électriques creuse encore plus le déséquilibre hivernal entre production et consommation électrique. Je ne pense pas que la branche électrique réussira seule à combler ce déséquilibre et il faudra arriver à des solutions de convergences des réseaux. À ce titre et grâce à la recherche, les piles à combustibles pourraient se démocratiser et amener une contribution idéale à la problématique du déséquilibre hivernal.

 

Quels sont, de votre point de vue, les autres éléments thématiques clés?

Le monde de l’énergie semble se trouver à l’aube d’une nouvelle ère reposant sur l’électricité et l’hydrogène. On ne compte plus les annonces et les projets sur ce sujet. Notre industrie ne fait pas exception à cette tendance et le FOGA a intégré l’hydrogène comme un pilier de sa vision stratégique. L’hydrogène prend tellement de place dans les différentes visions et stratégies des acteurs énergétiques qu’il en éclipse la plupart des autres thèmes, notamment ceux du FOGA: gaz renouvelables, convergence des réseaux et efficacité énergétique. Ce dernier thème me semble d’ailleurs progressivement négligé par les acteurs (notamment dans le projet avorté de nouvelle loi sur le CO2), ce que je regrette.

 

Quelle est l’importance de la recherche collaborative européenne et comment l’industrie gazière suisse intervient-elle dans ce domaine?

La Suisse est un petit pays et ceci est particulièrement vrai dans le monde de l’énergie. On rappelle souvent que la consommation suisse de gaz représente moins de 1% de la consommation européenne. Il est donc essentiel pour notre branche de coopérer avec nos voisins, ceci d’autant plus que l’Europe a affiché des ambitions très volontaristes dans le registre de l’énergie pour ces prochaines décennies. À ce titre, la Suisse est bien positionnée: nos nombreux instituts de recherche disposent de compétences reconnues et appréciées, compétences valorisées à travers de nombreux projets relatifs au gaz.

 

L’ASIG est la seule organisation du domaine de l’énergie qui dispose d’un tel fonds. Auparavant, le secteur de l’électricité a également investi beaucoup d’argent. Les jours du FOGA sont-ils comptés face à la pression politique sur le gaz et à l’ouverture du marché?

Notre branche vit actuellement des temps particulièrement difficiles et est sous pression pour décarboner ses réseaux. Cette décarbonisation est précisément une des visions du FOGA qui œuvre dans ce sens depuis plusieurs années et a, à travers son financement, permis la réalisation de nombreux projets de recherche. Le FOGA est donc l’outil dont la branche a actuellement besoin et il faut pouvoir compter dessus à l'avenir.

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