Technologien der Zukunft: Welche Erfindungen werden die nächsten Jahre prägen?

Der Jahreswechsel ist auch immer wieder die Zeit, Zukunftsprojekte zu benennen und in den Realitätscheck zu gehen. Die Herausforderungen der Gegenwart werden sich, wenn Wohlstand und sozialer Friede erhalten bleiben sollen, nur mithilfe verbesserter oder ganz neuer Technologien lösen lassen. Wir haben Spitzenmanager der großen deutschen Forschungsorganisationen gefragt, wo sie in absehbarer Zeit jene Durchbrüche sehen, die den Unterschied machen könnten.

Drei der führenden Forschungsmanager in Deutschland sprechen von ihren auf Wissenschaft beruhenden Zukunftsvisionen. Alle Folgen von „3 auf 1“ finden Sie hier.

Sonnenlicht und Wind speicherbar machen

Die Begrenzung des Klimawandels und das Schaffen einer „Wirtschaft im Gleichgewicht“ von Rohstoffen und Produkten unseres täglichen Lebens sind zwei Seiten derselben Medaille. Es sind die zentralen Herausforderungen für die nächsten Jahrzehnte. Damit es gelingt, braucht es die Entwicklung und Anwendung neuer chemischer Technologien.

Grüner Wasserstoff ist ein großer Hoffnungsträger bei der weltweiten Suche nach umweltfreundlichen Lösungen. Neben seiner Verwendung in alternativen Energietechnologien hat grüner Wasserstoff auch ein erhebliches Potenzial, zur Dekarbonisierung unserer Industrien beizutragen. Neueste Forschungsergebnisse, auch aus der Leibniz-Gemeinschaft, machen deutlich, dass grüner Wasserstoff zukünftig für eine energieeffizientere Herstellung von industriellen Basischemikalien wie Methanol beitragen kann.

Jüngste Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Katalyse und völlig neue chemischen Wasserstoffspeicher zeigen darüber hinaus Wege für eine klimaneutrale Energiewirtschaft auf. Hiermit wird im übertragenen Sinne Sonnenlicht und Wind speicherbar gemacht. Diese Entwicklungen haben das Potenzial, unser bisheriges Wirtschaftssystem für die Zukunft nachhaltig positiv zu beeinflussen.

Innovative Technologien marktfähig machen

Die Energiewende ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit: Sie hat einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung der Wirtschaft und unseren Umgang mit dem Klimawandel. Die Helmholtz-Gemeinschaft trägt mit sehr vielen Forschungsergebnissen zu dieser wichtigen Transformation bei.

Große Hoffnungsträger für das Energiesystem der Zukunft sind zum Beispiel neuartige Tandem-Solarzellen aus einer Kombination von Silizium und Perowskit. Sie brechen Weltrekorde bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom, können inzwischen einen Wirkungsgrad von über 30 Prozent erreichen und lassen sich mit geringem Energie- und Kostenaufwand großflächig drucken. Das sind Fortschritte, die Helmholtz-Forschende mit ihrem Können und Wissen entscheidend mitgestalten.

Unsere Spitzenforschung kann in den kommenden Jahren einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen und bezahlbaren Energieversorgung für einen großen Teil der Bevölkerung leisten. Jetzt geht es darum, diese innovative Technologie in enger Kooperation mit der Wirtschaft rasch marktfähig zu machen.

Wendepunkt für die Quanteninformatik

2005 fand eine Revolution in der Festkörperphysik statt: die Entdeckung des Konzepts von topologischen Materialien. Das ist eine neue Klasse von Stoffen, die ein Tor zu zukünftigen Technologien in den Bereichen Computer, Energie und ökologische Nachhaltigkeit öffnet. Ihre Einzigartigkeit liegt in ihrer Fähigkeit, Elektrizität nur an ihrer Oberfläche zu leiten, während sie im Inneren isolieren. Diese Eigenschaft wird durch ihre Topologie bestimmt – eine Eigenschaft, die mit der elektronischen Struktur des Materials zusammenhängt und die unverändert bleibt, selbst wenn das Material verformt wird.

In der Physik stellen diese Materialien einen Wendepunkt für die Quanteninformatik dar. Sie ermöglichen es, stabile Quantenbits (Qubits) – die Bausteine von Quantencomputern – zu erzeugen. Die Anwendungen in der Chemie sind ebenso umwälzend: Topologische Materialien werden als Katalysatoren in umwelt- und energiebezogenen Prozessen erforscht, zum Beispiel bei der Umwandlung von CO₂ in Kraftstoff oder der Spaltung von Wasser zur Erzeugung von Wasserstoff. Ihre Effizienz bei diesen Reaktionen könnte zu grüneren, nachhaltigeren Technologien führen.