Kugeln gegen Klimawandel

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Die EU hat sich verpflichtet, den Ausstoß an Treibhausgasen bis zum Jahr 2020 um 20 Prozent zu reduzieren und 20 Prozent der Energie erneuerbar zu erzeugen. Das bedeutet, dass wir mit Energie konsequent effizienter umgehen und verstärkt Solarenergie einsetzen müssen.

Liegt dieser Verpflichtung ausschließlich der Umweltgedanke zugrunde oder reden wir hier auch von Kosten?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Diese Ziele wurden ausgegeben, um eine Klimaveränderung noch zu verhindern, und das wird in jedem Fall etwas kosten. Wenn wir nichts unternehmen, haben wir Mehrkosten durch die Folgen wie Unwetter oder Stürme. So gesehen wirken sich diese Vorgaben volkswirtschaftlich – auch wenn wir Geld investieren müssen – langfristig sicherlich positiv aus. Und man hofft auf Arbeitsplätze, die wir hiermit generieren können.

Ist Klimaverbesserung damit nicht mehr das Thema von Menschen, die extrem ökologisch orientiert sind, sondern müssen wir uns nicht alle damit befassen?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Es sollte uns alle beschäftigen. Wir leben hier auf zu großem Fuß und müssen zwingend Energie einsparen. Das geht auch ohne Komforteinbußen, indem wir eben effizienter mit der Energie umgehen, Energiemanagement betreiben. Und dazu dienen auch unsere neu entwickelten Materialien.

Komforteinbuße ist sicher ein wichtiges Stichwort – ein gutes Gewissen will man haben, im eigenen Lebensumfeld aber auf nichts verzichten …

Dr.-Ing. Peter Schossig
Ich denke, der Hauptzweck eines Gebäudes besteht darin, möglichst komfortabel Schutz vor Witterungseinfluss zu bieten. Daher ist es unser Ziel, mit geringem Energieeinsatz bestmögliche Komfortbedingungen zu schaffen – frische Luft, gesunde Raumtemperatur, optimale Feuchte und angenehmes Licht. Insbesondere wenn es darum geht, den thermischen Komfort und die Behaglichkeit zu verbessern, können neu entwickelte Baustoffe, die mikroverkapselte Latentwärmespeicher enthalten, einen erheblichen Beitrag dazu leisten.
In Deutschland werden etwa 40 Prozent der gesamten Energie im Gebäudebereich verbraucht. Auffällig ist, dass hierzulande der Energiebedarf zur Bereitstellung von Wärme langsam, aber beständig sinkt, während die Nachfrage nach Primärenergie, um Raumkälte zu erzeugen, deutlich wächst.
Im vergangenen Jahr wurden etwa 15 Prozent des Primärenergieeinsatzes in Deutschland für Kälteerzeugung aufgewendet. Wir gehen davon aus, dass den jüngsten Studien zufolge bis etwa 2020 eine Verdoppelung der klimatisierten Flächen gegenüber 2000 und ein entsprechend großer Einsatz an Primärenergie zu verzeichnen sind.
Das liegt zum einen an der veränderten Architektur, die immer leichter, mit sehr viel Glas baut und mehr Energieerzeugung für Kälte voraussetzt. Zum anderen vermute ich persönlich ein erhöhtes Komfortempfinden der Menschen. Dieses Zusammenspiel – veränderte Architektur und Bauweise, verbunden mit erhöhtem Komfortbedürfnis – führt dazu, dass der Energiebedarf für Kühlung dramatisch ansteigt.
Hier setzen wir an: Mit den Latentwärmespeichern geben wir den Architekten und Planern Werkzeuge an die Hand, die den gleichen Komfort mit reduziertem Energieeinsatz ermöglichen.

Welche Materialien sind das, und wie funktionieren sie?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Latentwärmespeicher halten die Temperatur konstant. Das funktioniert so ähnlich wie bei einem Eiswürfel, der in einem Glas schmilzt: Solange der Eiswürfel schmilzt, bleibt die Temperatur bei 0 °C. Erst wenn alles geschmolzen ist, wird die Temperatur über 0°C ansteigen. Genauso funktionieren unsere Latentwärmespeicher, die wir für die Gebäudekühlung einsetzen. Wir verwenden hierzu Paraffine, also wachsartige Materialien, bei denen wir die Schmelztemperatur im Vorfeld festlegen. Sie schmelzen im Bereich der angenehmen Raumtemperaturen zwischen 20 °C und 26 °C. Dabei absorbieren sie große Wärmemengen aus der Umgebung und bremsen so einen Temperaturanstieg. Nachts, wenn die Umgebungstemperatur wieder fällt, verfestigt sich das Wachs, die Kapseln geben die aufgenommene Wärme wieder ab und sind bereit für den nächsten Tag.

Das beschriebene Prinzip ist nicht ganz neu, Ansätze dazu gab es ja schon, bevor Ihre Arbeiten am gemeinsamen Projekt begonnen wurden …

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Die Idee, solche Materialien einzusetzen, ist bereits über 50 Jahre alt. Es gab immer wieder Versuche, diese auch in Baumaterialien einzubringen. Das ist aber weitgehend gescheitert.
Der nächste Ansatz war, Latentwärmespeicher in großen Kugeln unterzubringen. Das Problem dabei ist, dass diese Materialien fest sind und dann flüssig werden, das heißt, man braucht Behältnisse, die das Material einfassen. Man hat zunächst Kugeln in der Größe von Tischtennisbällen mit diesen Materialien gefüllt und in Gebäude integriert, was technisch aufwendig ist. Ein weiteres großes Problem war, dass diese Materialien selbst Wärme relativ schlecht leiten. Wenn wir eine große, mit Paraffin gefüllte Kugel haben, schmilzt diese zwar am Rande relativ gut, aber nicht im Inneren – die Wärme wird schlecht geleitet. Die Effektivität so großer Kugeln ist also schlecht.
Wir suchten nach Möglichkeiten, diese Materialien in einer mikroskopisch kleinen Verpackung, das heißt in Mikrokapseln einzuschließen. Mikrokapseln kann man in Baumaterialien gut untermischen, das kann großindustriell produziert werden. Von Vorteil ist, dass der Phasenübergang fest/flüssig in der Kapsel stattfindet, somit tritt kein Material aus. Ebenfalls positiv ist die Leistungsfähigkeit: Maqn kann aufgrund der großen Oberflächen und kleinen Volumina sehr viel Wärme oder Kälte in das Material hinein- oder herausbringen.

Wann ist diese Problemlösung von Ihnen initiiert worden?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Der Einsatz von Latentmaterialien war bekannt. Wir hatten Anfang der 90er-Jahre nachgewiesen, dass man im Prinzip Häuser solar heizen und kühlen kann, allerdings nur mit relativ aufwendigen Speichern. Wir haben die Sommer-Winter-Wärme mit Wasserstofferzeugung überbrückt. Aber es fehlte an Materialien, die hohe Speicherdichten im Bereich der Raumtemperaturen haben. Das haben wir in einer unserer Projektbesprechungen mit BASF vorgebracht. Herr Jahns hatte dann gleich einen Ansatz parat, wie man das Problem mittels Mikroverkapselung lösen könnte. Das Wissen um die Notwendigkeit solcher Materialien in der richtigen „Verpackung“ – das war eigentlich der erste Ansatz für unsere Lösung.

Was haben Sie nun eigentlich entwickelt, was ist die Innovation?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Als wir in den Projektbesprechungen mit Professor Wittwer auf die Idee kamen, dass Mikrokapseln als Verpackung für Latentwärmespeicher geeignet sein könnten, haben wir sofort begonnen, das auszuprobieren. Das Grundprinzip hat auf Anhieb funktioniert. Wir haben daraufhin schrittweise die Mikrokapseln optimiert und zusammen mit Partnern aus der Baustoffindustrie auf die Bedürfnisse der Baustoffe hin entwickelt.

Wann gab es einen Durchbruch? Wann wussten Sie, das ist der richtige Weg?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
1997 haben wir die erste Mikrokapsel mit PCM im Labor hergestellt. Von da an wusste ich: Das bekommen wir hin. Wir haben dann noch etwa fünf Jahre gebraucht, um das neue Mikroverkapselungsverfahren tatsächlich in einen größeren, industrietauglichen Maßstab zu bringen.

Wie kann man sich die Zusammenarbeit zwischen Ihnen bei der Entwicklung dieses Projekts vorstellen?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Für uns war von Anfang an klar, dass wir ein solches Projekt nur gemeinsam durchführen können. Besonders wichtig für den Erfolg war das von 1999 bis 2003 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderte Projekt. Dadurch hatten wir einen klaren Zeitplan und definierte Ziele, die ein fokussiertes und strukturiertes Arbeiten forderten und förderten. Wir von BASF-Seite waren zuständig für die Synthese und Bereitstellung von Mikrokapseln bis hin zum Tonnen-Maßstab. Das Fraunhofer ISE untersuchte die thermische Optimierung. Gemeinsam mit weiteren Partnern aus der Bauindustrie klärten wir: Was ist der richtige Mikrokapselkern? Welche Speicherkapazitäten brauchen wir tatsächlich? Wie integrieren wir dieses Material über welchen Baustoff ins Gebäude, und welche Mengen brauchen wir davon, um den gewünschten Effekt zu erreichen? Allein hätte das keiner von uns machen können – definitiv nicht.

Sie haben den Entwicklungsprozess beschrieben: von großen Kugeln auf kleine Kugeln, die Temperaturveränderungen bremsen, es entsteht ein Material, ein Pulver, das wird in bestehende Baustoffe eingebracht. Wie geht das im Einzelnen vonstatten?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Es gibt zunächst eine wässrige Dispersion, die zu etwa 50 Prozent aus Mikrokapseln besteht. Aus dieser können wir dann Pulver für trockene Baustoffe herstellen, zum Beispiel Mörtel oder Putz. Diese Materialien werden erst auf der Baustelle mit Wasser angemischt und verarbeitet.
Die Mikrokapseln haben einen Durchmesser von circa 5 μm, das ist weniger als die Hälfte der Dicke eines menschlichen Haares. Dies erlaubt die flexible Gestaltung von Baustoffen wie Gipsputz, den man in beliebiger Form auf die Wand bringen kann. Man nimmt, vereinfacht gesprochen, das Mikrokapselpulver und Gips, rührt Wasser hinzu und hat einen Gipsputz. Weiter ist die Vorfertigung von Bauprodukten wie zum Beispiel Gipsbauplatten möglich, in die man im Herstellungsprozess Mikrokapseln als Dispersion relativ einfach einarbeiten kann. Daneben sind auch viele weitere Baustoffe, wie Porenbetonsteine oder Holzwerkstoffe, für das Einbringen von Mikrokapseln geeignet. Weil diese so klein sind, bleiben sie im Endprodukt für den Nutzer völlig unsichtbar. Der Baustoff unterscheidet sich äußerlich überhaupt nicht von den bisherigen Materialien. Ganz wichtig ist auch, dass es keine Änderungen im eigentlichen Bauprozess gibt, also beim Errichten oder Sanieren von Gebäuden.

Wo sind solche Materialien jetzt schon eingesetzt?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Zum Beispiel in unserem Institutsgebäude in Freiburg. Es war sehr wichtig für uns, von vornherein Endanwender, also verschiedenste Baustoffhersteller, einzubeziehen. So war es möglich, schon innerhalb der Projektlaufzeit reale Gebäude auszustatten und Erfahrungen zu sammeln.
Für mich war der Durchbruch der heiße Sommer 2003, in dem wir zum ersten Mal in Gebäuden quantifiziert belegen konnten, wie groß dieser Effekt ist. Danach dauerte es noch rund ein Jahr bis zu den ersten Produkten am Markt. Diese wurden in Büros verbaut, die in ersten Testobjekten ausgeführt wurden. Dort haben wir unsere ersten Erfahrungen gesammelt, hinzu kamen vollständig kontrollierbare Testzellen, um den Effekt auch genau quantifizieren zu können. Aber schon 2002 konnten wir mit sehr innovativen Bauherren diese Produkte ausprobieren.

In Deutschland ist das Bauen zwar durch Vorschriften geregelt, die Schadstoffhaltigkeit von früher verwendeten Materialien ist trotzdem heute oftmals ein großes Problem. Sind die neuen Materialien schadstofffrei?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Ja, wir haben bei der Auswahl des geeigneten Mikroverkapselungsverfahrens auf einen modernen Prozess gesetzt, der ohne leichtflüchtige Schadstoffe, also auch ohne Formaldehyd, auskommt. Wir nutzen einen wasserbasierten Prozess und verwenden keine Lösungsmittel, wie das in alten Verkapselungsverfahren üblich war.

Und die Architekten und die Bauherren konnten nun endlich leicht bauen, ohne dass man eine Klimaanlage braucht?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Viele Architekten waren von den neuen Anwendungen begeistert, gerade auch für die Bestandsanierung. Es ist eine von wenigen Möglichkeiten, thermische Masse in ein Gebäude, wo Statik und Platz beschränkt sind, bei minimalem Volumen und Gewicht einzubringen und – sehr wichtig – gleichzeitig den Komfort zu vergrößern, ohne eine Klimaanlage einzubauen.
Des Weiteren behält man auch beim Neubau die Vorteile eines Leichtbaus bei – sprich: Flexibilität, geringe Massen vor Ort und wenig Platzbedarf. Trotzdem kann der Komfort eines massiven Gebäudes erreicht werden. Wir haben mit diesen Baustoffen einen ganz anderen Markt betreten, weil wir damit in das Energiemanagement des Gebäudes eingreifen. Wir mussten lernen, ein erklärungsbedürftiges Produkt geschaffen zu haben und Planern, Architekten sowie Bauherren Auslegungswerkzeuge an die Hand zu geben. In einem Nachfolgeprojekt haben wir mit einer kleinen mittelständischen Softwarefirma ein Werkzeug entwickelt, das die Vorzüge dieser Materialklassen aufzeigt. Dieses Programm ist seit etwa einem Jahr auf dem Markt, und wir erwarten, dass es zu einer deutlich höheren Akzeptanz bei Planern und Architekten beiträgt.
Wenn ein Gebäude fertig geplant ist, ist es zu spät dafür, statt herkömmlicher Baustoffe die unseren einzusetzen. Hätte man das Gebäude aber bereits im Planungsprozess auf unsere Baustoffe abgestimmt, dann hätte man die Klimaanlage kleiner vorsehen können oder gar nicht installieren müssen. Das heißt, man kann das Material nicht einfach in einem Baumarkt anbieten, wo es jeder einfach mitnimmt. Dazu ist es – heute noch – zu erklärungsbedürftig. Das wahre Potenzial erschließt sich erst, wenn man das Material in das Energiekonzept des Gebäudes integriert. Das müssen wir in den Köpfen verankern.

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
… bis hin zur Ausbildung neuer Architekten und Gebäudeplaner.

Einerseits gibt es einen Boom bei allem, was Energieeffizienz leistet, andererseits hat man das Gefühl, die Umsetzungsmöglichkeiten sind bei den Menschen noch nicht wirklich angekommen. Wenn man sich das Gebäude des Fraunhofer ISE so anschaut, scheint es, dass es eigentlich gar nicht schwierig ist, energieeffizient zu bauen oder zu leben …

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Ein ganz entscheidender Punkt ist, dass man das Gebäude als Ganzes betrachtet. Früher hat der eine die Heizung gebaut, der andere legte die Strom- oder Wasserleitung, und dann kam noch der Schornsteinfeger, der sich um den Kamin gekümmert hat. Heutzutage müssen wir ein Gebäude als eine Einheit sehen: Es muss besser gedämmt sein, damit kann die Heizung kleiner werden, man kann die Fenster optimal auslegen, damit kann man Sonnenenergie im Winter gewinnen. Das Ganze muss aber auch mit unseren neuen Materialien abgestimmt werden. Nur so entsteht die optimale Lösung. Es ist sehr wichtig, dass in Zukunft die verschiedenen Handwerker und die Planer nicht nur Elektrik und Thermie berücksichtigen, sondern einen integralen Ansatz verfolgen. Ohne diesen kann man unsere Materialien wie viele weitere neue Entwicklungen nur begrenzt nutzen. Energieeffizienz - das heißt die Reduzierung des Energieverbrauchs durch Einsparung und durch intelligente Nutzung von erneuerbaren Energien - ist notwendige Voraussetzung für den optimalen Einsatz. Unsere Materialien arbeiten ja mit der nachhaltigsten Form von Umweltenergie, indem sie die Kälte der Nacht nutzen, um das Gebäude für den nächsten Tag vorzubereiten.

Noch einmal hinterfragt: Was ist das Innovative an diesem Projekt, das jetzt mit der Nominierung zum Deutschen Zukunftspreis gewürdigt wird? Oder geht es eher um die konsequente Weiterentwicklung einer bestehenden Technologie?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Es ist die Lösung eines Problems, an dem wir schon lange gearbeitet haben. Diese besteht darin, die Tag-Nacht-Temperatur-Schwankung zum Zweck der Gebäudeklimatisierung effektiv nutzen zu können. Das war bisher nur mit sehr viel Aufwand möglich, und mit diesen neuen Materialien ist das Ganze wirklich praxistauglich geworden: Man kann in einem großen Bereich bei richtiger Gebäudeplanung passiv oder beinahe passiv temperieren, klimatisieren und auf aktive Kühlung verzichten.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Ich würde sogar sagen, dass die Mikroverkapselung wirklich der Durchbruch war. Seit den vierziger Jahren versuchte man, diese Baustoffklasse zu erschaffen, indem man Latentwärmespeicher in Baustoffe integrierte. Man hat sich von damals bis 1990 die Zähne daran ausgebissen, und kein Produkt ist nennenswert auf den Markt. Dieser Schritt, die Mikroverkapselung einzubinden, ist die Schlüsseltechnologie, die es ermöglicht hat, diese Baustoffklasse zur Anwendung zu bringen.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Die kleinen und stabilen, auf die Baustoffe angepassten PCM-Mikrokapseln sind in der Tat eine Innovation. Sie schmelzen viele tausend Mal und kristallisieren innerhalb der Kapsel ohne Schäden – das ist etwas wirklich Neues.

War die Entwicklung immer klar vorgezeichnet oder gab es auch Schwierigkeiten zu überwinden?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Es fand eine sehr enge Zusammenarbeit statt, nachdem das Thema über das Biergartengespräch angestoßen war. Proben wurden im Wochenrhythmus ausgetauscht, es gab sehr enge Schleifen mit klarer Aufgabenteilung: Ich wusste nicht, wie Herr Jahns die Kapseln tatsächlich herstellt. Von uns kamen die energetischen Vorgaben, wir haben nach detaillierten Simulationen und Berechnungen gesagt: Genau an der Stelle im Gebäude brauchen wir so und so viel, bei der und der Schmelztemperatur. Herr Jahns fing an, das umzusetzen, wir haben dann charakterisiert und so haben wir uns gemeinsam langsam zum Ziel hinbewegt. In der nächsten Phase haben wir die Baustoffhersteller eingebunden. Wir sind mit den ersten drei Materialproben zu Baustoffherstellern gegangen und haben dann in einer Dreierschleife weitergetestet . Nur durch diese Verknüpfung von völlig unterschiedlichen und komplementären Kompetenzen ist das Produkt entstanden.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Ich konnte zwar mikroverkapseln, habe aber damals von Latentwärmespeichern nichts gewusst. Wenn wir uns nicht im Biergarten anlässlich eines anderen Projekts getroffen hätten, hätte es sicherlich zehn Jahre länger gedauert, bis wir oder jemand anderer auf die Idee gekommen wäre, mikroverkapselte Latentwärmespeicher für Baustoffe zu entwickeln. Man kann sagen: Die Ideen schweben in der Luft, der Augenblick muss stimmen. Die Ideen für einen Elektroantrieb für Automobile oder andere moderne Energietechniken sind teilweise 30 oder 40 Jahre alt – trotzdem hat es damals niemand zu Ende gedacht, weil die Zeit nicht reif war. Entweder war es zu früh oder zu teuer, oder man konnte sich nicht vorstellen, dass man die Idee umsetzen und damit Geld verdienen kann. Die Verknüpfung verschiedener Problemstellungen und Blickwinkel ist sehr wichtig. Gerade in der Forschungslandschaft in Deutschland profitieren wir vom interdisziplinären Austausch, das heißt vom Querdenken. Dann muss nur noch jemand den entscheidenden Impuls geben und sagen: Ja, das ist gut, das machen wir jetzt!

Gibt es Wettbewerb?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Es gibt nur sehr, sehr wenige Firmen, die die Mikroverkapselung in industrieller Größenordnung betreiben. Wir von BASF sind heute die Einzigen, die ein Verfahren zur Herstellung schadstofffreier Mikrokapseln haben, die auch zur Fertigung von PCM-Baustoffen für Anwendungen in Innenräumen geeignet sind.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Es gibt in der Tat Wettbewerber, die Phasenwechselmaterialien in Baustoffe oder in Gebäude durch andere Verkapselungsverfahren integrieren wollen. Ich begrüße das sehr, das sind komplementäre Ansätze, und seit wir uns auf diesem Terrain bewegen, tut sich auch dort wieder mehr, es sind neue Produkte am Markt erschienen.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Es gibt bisher kein vergleichbares Material, mit dem sich verschiedenartige Baustoffe herstellen lassen.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Nein, wir sind auch patentrechtlich abgesichert.

Wie viele Arbeitsplätze resultieren aus dem Projekt, und welche Weiterentwicklungen gibt es noch?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Latentwärmespeicher sind als Thema der Wissenschaft wieder deutlich in den Vordergrund gerückt. Ich war kürzlich auf einer großen Tagung zum Thema Wärmespeicherung: Vor zehn Jahren haben sich vielleicht zehn Prozent der Beiträge um dieses Thema gedreht, dieses Jahr war es das größte Thema mit rund 40 Prozent. Diese Entwicklung sehe ich auch in nicht-wissenschaftlichen Bereichen, weil ein Marktinteresse da ist. Nicht nur bei den Baustoffhersteller, die dieses Produkt vertreiben, sondern auch in konjugierten Industriezweigen entstehen Arbeitsplätze. Beispielsweise müssen alle Berechnungsverfahren in verschiedene andere Softwarewerkzeuge integriert werden, um Planern und Architekten eine Möglichkeit zu geben, dieses Material zu nutzen. So profitieren auch ganz andere Zweige von dieser Idee. Deutschland ist im Bereich Latentwärmespeicher mit führend, und das Know-how kommt wesentlich von hier. Zu nennen wäre vielleicht noch Japan, das in diesem Bereich traditionell stark ist.
Außerdem gab es zunächst keine Normen für unseren Bereich, sodass wir uns mit verschiedenen Wettbewerbern – also den führenden Herstellern von Latentwärmespeichermaterialien hierzulande – an einen Tisch gesetzt und Standards, wie diese Materialien gemessen und bewertet werden können, geschaffen haben.

Wie sehen mögliche Weiterentwicklungen aus?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Es gibt laufende Forschungsvorhaben, um diese ersten bereits am Markt befindlichen Baustoffe weiterzuentwickeln. Konkret arbeiten wir mit einem der Partner daran, diese Systeme auch aktivierbar zu machen, sprich: Wir integrieren sie beispielsweise in herkömmliche Kühlsysteme oder Kühldecken, die dadurch aber deutlich leistungsfähiger werden. Wir entwickeln eine neue Produktklasse und arbeiten an neuen Produkten für die Zukunft, die in einigen Jahren auf den Markt kommen werden.

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Volkswirtschaftlich liegt hier ein riesiges Potenzial. Bis 2050 wollen wir ja 50 Prozent Energie einsparen. Maßgeblich wird diese Energie in Gebäuden eingespart werden müssen. Um das effizient zu machen, brauchen wir neue Technologien, und dazu werden unsere Materialien einen entscheidenden Beitrag liefern.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Das Ganze wird zum Beispiel auch in Textilien eingebracht. Des Weiteren denken wir über Fluide mit erhöhtem Speicher- und Transportvermögen nach. Das heißt, auf Basis der bestehenden Materialklasse entstehen völlig neue Ideen für andere Anwendungsfälle. Die Baustoffe waren nur der erste Markteintritt, wir denken auch darüber nach, diese für Elektronik und andere Dinge zu nutzen.

Ihr Projekt ist ja durch die Nominierung zum Deutschen Zukunftspreis als Innovation gewürdigt worden. Was bedeutet denn Innovation für Sie persönlich?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Innovation heißt für mich die Umsetzung und Anwendung eines neuen Prinzips, in unserem Fall die Entwicklung dieses neuen Materials. Wesentlich ist die Anwendung, sonst ist es keine Innovation. Das ist uns hier gut gelungen. Es ist sicherlich erst der Anfang, und es kommen immer wieder neue Ideen dazu, wie man diese Innovation künftig erweitern kann. Es gibt ein riesiges Potenzial, die Grundidee der Mikroverkapselung weiter einzusetzen.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Für mich ist Innovation, dass etwas, was bisher nicht möglich war, möglich wird. Das ist dadurch gelungen, dass wir Materialforschung betrieben haben. Jetzt existieren Materialien, die etwas leisten, das vorher nicht möglich war.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Innovation stellt für mich die Entwicklung von neuen Materialien dar – eine Lösung, die man braucht, um zum Beispiel ein Problem unserer Gesellschaft wie Ressourcenschonung und Energieeinsparung lösen zu können. Und man muss es erfolgreich in den Markt bringen.

Und was ist Erfolg?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Wir hatten ja die Vision, unsere Häuser nachhaltig mit Energie zu versorgen, und uns fehlten die Speichermaterialien, die wir brauchten, um die Systeme zu bauen. Diese Entwicklung, dass sie wirklich so funktioniert hat, wie wir uns das vorgestellt hatten, war ein sehr schöner Erfolg.

Was ist Kreativität für Sie, und ist Kreativität ein Ergebnis von Bildung und Ausbildung?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Kreativität bedeutet für mich, neue Wege zu gehen und Probleme von verschiedenen Seiten zu betrachten. Ohne eine gute Ausbildung ist es unmöglich, kreativ zu sein. Ich kann nur mit Wissen arbeiten, das ich vorher erworben habe. Das ist nicht nur eine Zusammenreihung von Fakten aus dem Internet. Wissen entsteht im Kopf, und dazu braucht man Grundlagen. Ich habe sie mir im Studium angeeignet und zehre noch heute davon. Das ist mein tägliches Werkzeug, mit dem ich kreativ an einer Vielzahl von Problemlösungen arbeite.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Der kreative Teil waren die zehn Minuten im Biergarten – eine gute Idee zu haben. Danach folgten viele Jahre „Handwerk“, und dazu war Ausbildung nötig, um aus dieser wirklich sehr kreativen Idee das eigentliche Produkt zu machen.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Für mich war aber auch jede Woche im Labor kreativ. Das ist kein Abarbeiten eines Prozessplans, den man zwölf Monate durchzieht, sondern im positiven Sinn jeden Tag aufs Neue die Suche nach Lösungen.

Herr Prof. Wittwer, Ihr langer Berufweg am Fraunhofer ISE ist nun gerade abgeschlossen. Verspüren Sie immer noch so etwas wie Forscherdrang, oder nimmt die Neugier ab?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Die Neugier bleibt auf jeden Fall, und das ist auch mein Wunsch, dass ich mich mit meiner Kreativität weiter einsetzen kann; dazu stehe ich dem Institut auch künftig zur Verfügung: Ich glaube schon, dass die Erfahrung, die man nach 30 Jahren gesammelt hat, nicht von heute auf morgen verloren geht, sondern dass man weiterhin mit guten Ideen zur Problemlösung beitragen kann, auch wenn man nicht mehr im Labor steht.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Gerade das Vernetzen unterschiedlicher Themen erfordert, dass man viele Jahre in all diesen Themen gearbeitet hat. Von daher hoffen wir, dass uns seine Kreativität auf jeden Fall erhalten bleibt. Als Gründungsmitglied des Fraunhofer ISE – damals waren wir gerade mal 20 Leute – hat er in allen Bereichen den größten Überblick, und diese Nominierung ist nur ein Beispiel für die Ideen, die er dabei eingebracht hat. Von daher werden wir ihn sicher nicht einfach ziehen lassen.

Folgendes ist auch im Kontext Kreativität zu sehen: Muss man ein Problem formulieren können, bevor man anfängt zu forschen? Denken Sie schon am Anfang über den möglichen Nutzen nach?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Ich würde spontan sagen, dass ich bei uns beide Fälle erlebt habe: Durch Zufall entdeckte Effekte und, dann fängt man an, darüber nachzudenken, welcher Anwendungsfall dafür spannend werden könnte. Oder auch langes, mühsames Nachdenken über ein Problem, das ich lösen will, und beides kann aus meiner Sicht sehr erfolgversprechend sein.

Was macht denn eine gute Idee aus? Kann man sich gute Ideen erarbeiten?

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Gute Ideen kommen spontan, man kann sie nicht erzwingen. Auch nicht, wenn man ein Team zusammensetzt und anfängt, zu brainstormen und Stichworte zu sammeln. Sicher, auch daraus kann etwas entstehen. Aber meist ist eine Idee die Leistung eines Einzelnen, die erst da sein muss, damit sie im Team weiterentwickelt werden kann.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Eine wirklich gute Idee kann man nicht erarbeiten, man kann aber sehr wohl durch das Schaffen einer kreativen Atmosphäre die Ideendichte im Mittel erhöhen. Wenn man Freidenkern Raum lässt und gute Werkzeuge an die Hand gibt, werden eher gute Ideen geboren werden.

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Unser erster Institutsleiter Prof. Goetzberger war sehr kreativ und kam oft am Freitag kurz vor Dienstende mit dem Satz vorbei: „Ich hab da so eine Idee ...“. Damit hat er zum Teil völlig neue Ansätze zur Diskussion gestellt, die die Mitarbeiter dann ein Wochenende lang beschäftigten. Er lieferte mit seinen Anstößen so viele Ideen, dass daraus dieses weltweit führende Institut entstanden ist.

Dieses Institut platzt inzwischen aus allen Nähten, immer mehr Menschen beschäftigen sich hier mit Themen der Energieeffizienz. Wie sieht in Ihrem Bereich die Arbeitswelt von morgen aus?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Wir haben hier zurzeit 100 Doktoranden, davon 60 im Bereich Photovoltaik. Die meisten dieser Doktoranden haben eine Anstellung, bevor sie überhaupt fertig sind, die Industrie wartet auf Leute wie sie.
Erneuerbare Energien und Energieeffizienz sind tragende Entwicklungen der Zukunft, denn wir müssen, soweit es möglich ist, unabhängig vom Öl und Gas werden, und der Umwelt zuliebe müssen wir auf Energieeffizienz setzen. Das Interesse der Studenten ist riesengroß, über 400 sind es, mit wirklich Studierenden und solchen, die hier jobben. Wirklich alle sind mit Begeisterung tätig, nicht nur, um Geld zu verdienen, sondern weil es ihnen Spaß macht. Es ist ein schönes Umfeld, auch für uns, wenn man junge, begeisterte Leute um sich herum hat.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Ich habe im Gegensatz zu Herrn Wittwer noch einen langen Weg im Beruf vor mir und durchaus das Gefühl, auf eine Zukunftsbranche gesetzt zu haben. Die auch, abgesehen von dem großen Spaß bei der Arbeit, auf lange Sicht ausreichend Arbeit bieten wird. Das Thema Energieeffizienz wird in Zukunft noch mehr Aufmerksamkeit gewinnen.

Sie haben in einem qualifizierten Team gearbeitet und zahlreiche Helfer gehabt. Im Institut gibt es genügend Nachwuchs, aber der Mangel an qualifizierten Mitarbeitern, insbesondere in den sogenannten MINT-Fächern, also Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik, ist eklatant. Es fehlen nicht nur akademisch gebildete Leute, sondern auch solche auf der Fachebene. Was tut das Institut, Ihr Unternehmen, um hier Abhilfe zu schaffen?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Das ist ein ganz großes Problem. Bei den jetzigen Wachstumsraten der Erneuerbaren Energie – das sind Photovoltaik und auch Solarthermie – gibt es nicht einmal genügend Handwerker und ausgebildete Fachkräfte, um die neuen Anlagen zu installieren. Wenn wir die Ziele 2020 oder 2050 erreichen wollen, müssten wir umgehend beginnen, die geeigneten neuen Ausbildungsstrukturen aufzubauen – angefangen von den Handwerkern über die Fachingenieure bis zu den Architekten. Das ist ein Punkt, der bisher von der Politik nicht genügend berücksichtigt wird. Wir selbst sind in vielen Seminaren und Tagungen dabei, führen Fortbildungskurse durch und arbeiten als Dozenten in Hochschulen.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Auch für BASF ist das ein großes Thema. Wir bieten Jugendlichen Ausbildungsmöglichkeiten in rund 40 Berufen – mit sehr guten Übernahmechancen. Aber es ist nicht immer leicht, junge Leute für Fächer wie Mathematik, Physik und Chemie zu begeistern. Deshalb bieten wir für Kinder und junge Menschen beispielsweise Schülerpraktika, Mitmach-Labors, Seminare, Ausstellungen und Werksführungen an. Wir unterstützen auch Schulen bei der Ausstattung von Laborräumen. Damit wollen wir das Interesse für Naturwissenschaften bereits bei den Kleinen wecken. Aber auch Schulen sind hier gefordert, den Unterricht spannender zu gestalten.

Jetzt möchten wir noch etwas Persönliches wissen: Welche Berufvorstellungen hatten Sie denn in ganz jungen Jahren?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Ich hatte sehr früh eine Affinität zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen und immer Spaß am Experimentieren und Basteln, von daher war der Weg in Richtung Forschung nicht sehr weit. Konkret habe ich mein Studium in Freiburg aufgenommen, weil ich mich um Erneuerbare Energien bemühen und in diesem Bereich tätig werden wollte. Das war schon zu Schulzeiten so.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Ich habe mich sehr früh in der Schule für Mathematik und Physik interessiert; Chemie kam bei uns erst später dazu. Vorher habe ich aber bereits mit dem Chemiebaukasten im Keller experimentiert und Lehrbücher gelesen. Ich hätte mir zwar auch vorstellen können, in den Bereich Elektronik einzusteigen, mich dann aber für Chemie entschieden – und es bis heute nicht bereut.

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Ich war durch meinen älteren Bruder, einen Chemiker, geprägt. Und in der vorletzten Klasse hatten wir einen guten Physiklehrer, der hat mich dann überzeugt, Physik zu studieren.
Außerdem war mein Vater Elektroingenieur, er hat zuletzt Kraftwerke gebaut. Energiewirtschaft war also ein Thema, von dem ich viel mitbekommen habe und was mir auch später im Bereich Solarenergie – den gab es ja damals noch nicht – geholfen hat.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Bei mir war es so, dass eine in meiner Heimatstadt ansässige, kleine mittelständische Firma, die bereits in den Achtzigern anfing, Solarenergie zu entdecken, in der Schule einen Vortrag gehalten hat. Der hat mich für das Thema begeistert.

Wenn Sie auf Ihr berufliches Leben zurückschauen: Was macht Sie besonders stolz, und wo sagen Sie: Das hätte ich vielleicht anders machen sollen?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Während der Studienzeit hatte ich noch Vorträge über Kernenergie gehalten ... das war vor der Ölkrise, da gab es noch keine Solarenergie. In diesem neuen Institut war ich zunächst irgendwie neutral, kam über das Projekt Fluoreszenzkollektor hinein, und die Überzeugung für Solarenergie wuchs mit der Zeit. Das war eine langsame Entwicklung, und besonders freut mich, dass meine Kinder – ohne dass ich sie irgendwie beeinflusst habe – alle der gleichen Meinung sind und ähnliche Vorstellungen haben.

Waren Sie sich im Verlauf des Projekts eigentlich einig, dass und wie es weitergeht, dass Sie ihr Ziel erreichen?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Da gab es spannende Momente und Sollbruchstellen, bei denen wir uns nicht ganz sicher waren, ob wir die Ziele erreichen. Insbesondere was die Stabilität der angestrebten Produkte anging, gab es Zweifel, ob man das im Endeffekt tatsächlich stemmen kann. Aber wir haben den Mut nie wirklich verloren, wir haben immer weitergemacht.
Klar ist auch, dass es bei einem fünf Jahre dauernden Forschungsvorhaben nicht immer nur glattgeht, dass man Rückschläge hinnehmen muss: Wesentlich ist, wieder aufzustehen und weiterzumachen.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Man muss als Naturwissenschaftler frustrationstolerant sein, wenn man über Jahre hinweg an einem Projekt arbeitet. Nicht alle sind in der Lage, fünf, sechs oder sieben Jahre an einem Thema dranzubleiben und sich bis zum Erfolg durchzubeißen. Manche kommen damit nicht klar und verlassen die Forschung.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Man braucht Beharrlichkeit. Ein wesentlicher Aspekt des Erfolges ist, dass wir ausreichende Möglichkeiten hatten, uns dieses Thema über viele Jahre anzuschauen und Expertise aufzubauen. Der Dank gilt dem Wirtschaftsministerium, das uns über die Zeit konsequent gefördert hat und uns die Chance gegeben hat, das Projekt aufzubauen, uns jetzt nach wie vor begleitet. Die Fördersituation hier in Deutschland ist, das möchte ich wirklich sagen im Vergleich zu anderen Ländern, sehr angenehm.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Ja, die Projektförderung war sehr wichtig. Wir waren finanziell unabhängiger, und das hat uns geholfen, kontinuierlich an dem Projekt zu arbeiten. Wichtig ist auch, dass der Chef an sein Team und das Projekt glaubt und die Mitarbeiter unterstützt.

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Bei so einem großen Institut wie dem Fraunhofer ISE kann die Institutsleitung, wenn sie selbst von einer Sache überzeugt ist, unterstützend eingreifen, wenn etwas schiefläuft. Das geht bei kleinen Instituten nicht, aber wir haben die Möglichkeiten, wenn es wirklich mal Engpässe gibt. In solchen Notlagen ist es für den Wissenschaftler wichtig, dass er weiß: Es ist jemand da, der mich unterstützt.

Wie motivieren Sie sich? Was reißt Sie aus einer solchen Situation wieder heraus?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
So ein Nackenschlag ist ja immer mit finanziellen und existenziellen Problemen verbunden, zum Beispiel wenn das Projekt ausläuft. Aber bei uns sind die meisten so optimistisch und sagen sich: Jetzt ging’s zwar schief, aber es gibt noch andere Wege. Dieser Grundoptimismus, dass die Gesamtidee einfach wichtig ist und man eine Lösung finden wird, hilft weiter.

Was macht Sie denn so richtig sauer? Wo können Sie explodieren?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Unnötig gemachte Fehler, also Arbeitsschritte, bei denen man sich im Nachhinein auf die Stirn haut und sagt: „Mit etwas mehr Nachdenken hätte ich mir die vergangenen vier Wochen sparen können“ – das sind so die Abende, an denen ich richtig sauer nach Hause gehe. Und bei entgangenen Chancen, wenn andere die Flinte ins Korn werfen und man deshalb diesen Weg nicht weitergehen kann.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Mich macht Bürokratie wahnsinnig, wenn ich durch irgendwelche Vorschriften und Regularien nicht weiterkomme. Das ist für einen Naturwissenschaftler nicht immer nachvollziehbar: Du hast ein klares Ziel, einen klaren Weg und wirst von anderen daran gehindert, dein Vorhaben umzusetzen – das ist sehr ärgerlich.

Sie wirken so „abgeklärt“ Gibt es irgendwas, das Sie noch aus dem Tritt bringt?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Eigentlich relativ wenig, im Berufsleben vielleicht zu wenig, sagen wir mal, ich habe da eine gewisse Gutmütigkeit habe ... Es hat mich schon immer einiges geärgert, gerade Bürokratie oder Entscheidungen von Antragsbearbeitern, aber rein menschlich habe ich eigentlich keine großen Probleme gehabt. Ich bin relativ aufgeschlossen gegenüber den Problemen der Mitarbeiter und versuche, die Probleme gemeinsam zu lösen.

Gibt es ein Motto für das, was Sie tun? Oder im Umkehrschluss eine Lebensweisheit, die Sie nachdenklich macht?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Motto – das ist wirklich die intrinsische Motivation, für eine nachhaltige und bessere Energieversorgung, eine bessere Umwelt zu sorgen. Wenn man selbst Kinder hat, ist das eine starke Motivation.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Ich habe bei mir im Büro den Spruch von Richard Smalley hängen: „Sei ein Forscher und rette die Welt!“ Wir sind ein Stück weit auf dem Weg, die Welt mit Energiethemen zu retten, und das spornt mich jeden Tag wieder an. Ich kann als Forscher etwas bewegen, ich kann Neues entwickeln, und das möchte ich auch.

Was ist bei Ihnen die Quintessenz Ihres langen und erfolgreichen Berufslebens?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Die treibende Kraft war die Zielvorstellung, für eine nachhaltige Energieversorgung unserer Welt Lösungen zu finden, zunächst mal für Deutschland – und Deutschland ist heute darin weltweit führend. Was jetzt besonders befriedigend ist: Immer häufiger kommen andere Länder zu uns und setzen unsere Entwicklungen um; sie sehen uns als Vorbild. Das ist ein schönes Ergebnis.

Was tun Sie gegen Stress, und was ist für Sie Entspannung?

Dr.-Ing. Peter Schossig
Gegen den Arbeitsstress hilft die Familie zu Hause, die Kinder. Das ist eine ganz andere Art von Stress, als Ausgleich aber durchaus tauglich. Ich habe drei Söhne, zwei, fünf und sieben Jahre, und eine berufstätige Frau, sodass Stress durchaus auch daheim kein unbekanntes Wort ist. Ganz wichtig ist, rauszugehen in die Natur, gerade mit drei Jungs in dem Alter, sich hier im Schwarzwald draußen umzutun. Dabei holt man sich die Motivation für die Arbeit ab, diese Natur zu erhalten, und das ist definitiv erstrebenswert.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Ich habe mich in der Vergangenheit schwer getan, wirklich abzuschalten, wenn ich zu Hause bin. Das ist auf lange Sicht nicht gut. Ich muss den Kopf frei bekommen. Das geht am besten, wenn ich mich handwerklich betätige – vor allem, wenn ich dann auch noch am selben Tag das Ergebnis sehen kann.

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Was zum Stressabbau gerade institutsintern hilft: Wir hatten vor allem in der Gründungsphase, als das Institut noch kleiner war, jede Woche eine Feier; das ist jetzt durch die Größe schwieriger geworden. Aber es hat geholfen, einfach mal gemeinschaftliche Dinge zu erleben; man hat sich dann zwar meistens auch dienstlich unterhalten, aber irgendwie doch entspannt.
Das andere ist die Familie: Ich habe eine sehr große Familie, und was immer wieder Spaß macht, ist Sport, jetzt gerade Fahrradfahren und Bergsteigen.

Gibt es einen Traum, den Sie erfüllt sehen möchten, eine Vision?

Prof. Dr. rer. nat. Volker Wittwer
Worüber ich nachdenke, ist, ob man noch mal neu bauen soll. In einem wirklich optimierten Gebäude zu wohnen würde mir Spaß machen. Aber bisher gibt es keine konkreten Pläne. Vielleicht kann man das ja bei den Kindern umsetzen.

Dr.-Ing. Peter Schossig
Ich möchte meine Kinder in einer besseren Welt – politisch und auf die Umwelt bezogen – aufwachsen sehen und möglichst lange begleiten können, wie sie da hineinwachsen und ihre Position finden.

Dr. rer. nat. Ekkehard Jahns
Wir müssen den Energieverbrauch für unsere Welt auf eine CO2-neutrale Basis stellen, für Industrie, Heizung/Kühlung und Verkehr als größte Energieverbraucher. Ich möchte gerne noch erleben, dass wir dabei ein größeres Stück weiterkommen.