Dresden/Zittau/Bochum. Zwei bedeutende Forschungsinitiativen aus dem Fraunhofer-Verbund treiben sowohl die klimafreundliche Wärmeversorgung als auch die Entwicklung energieeffizienter KI-Technologien voran. Im Mittelpunkt stehen das Wärmeprojekt AQVA-HEAT III, das Wasser als natürliches Kältemittel nutzbar macht, und ein deutsch-taiwanesisches Kooperationsprojekt des Fraunhofer IPMS und weiterer Partner, das neuartige Speichertechnologien für Chips unter 3 nm entwickelt. Beide Vorhaben setzen auf Innovation und internationale Zusammenarbeit und liefern wegweisende Impulse für Energieinfrastruktur und Digitalisierung.
Das Projekt AQVA-HEAT III untersucht, wie Oberflächengewässer ganzjährig als stabile Wärmequelle genutzt werden können. Anfang November erreichte das Team einen wichtigen Fortschritt: Die speziell für das Projekt entwickelte Wärmepumpe wurde im dänischen Aarhus erfolgreich werkseitig abgenommen. Im ersten Halbjahr 2026 soll sie in die Gesamtanlage eingebunden werden, anschließend beginnt eine einjährige Testphase im realen Betrieb. Ziel ist eine robuste und skalierbare Lösung, die etwa von den Stadtwerken Zittau für die Fernwärme genutzt werden kann.
Wasser als Kältemittel: Potenzial für sichere, skalierbare Wärmeversorgung
Ein zentrales Element des AQVA-HEAT III-Systems ist der Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE). Er ermöglicht die Direktverdampfung selbst sehr kalten Wassers bis 0 °C und schafft so ein konstantes Temperaturniveau von mindestens 12 °C für den Wärmepumpenprozess. Durch den Einsatz von Wasser als Kältemittel können auch kleinere Gewässer als Energiequelle dienen. Nach dem VFE hebt eine zweistufige Wärmepumpe die Temperatur auf bis zu 90 °C an, sodass die Wärme ins Fernwärmenetz eingespeist werden kann.
Die Technologie bietet Vorteile in Versorgungssicherheit, Effizienz und Netzintegration und ist von 100 kW bis in Megawattbereiche skalierbar. Untersuchungen zur ökologischen Verträglichkeit der Wasserentnahme begleiten das Projekt. Es ist ein Verbundvorhaben unter Leitung der Hochschule Zittau/Görlitz mit Partnern wie dem Fraunhofer IEG, dem ILK Dresden sowie den Stadtwerken Zittau und Weißwasser. Gefördert wird es mit 3,7 Millionen Euro aus der Energie- und Klimarichtlinie des Landes Sachsen.
Dr. Clemens Schneider vom Fraunhofer IEG betont die Bedeutung der Systemintegration: „Die Kernleistung liegt in der nahtlosen Verknüpfung aus Auslegung, automatisierter Steuerung und Feldmessung. So entsteht eine belastbare Grundlage für eine breit nutzbare Nah- und Fernwärmeinfrastruktur.“
Innovation für KI-Chips: Neue Speicherarchitektur soll Energieverbrauch drastisch senken
Parallel zu den Aktivitäten in der Energieinfrastruktur arbeiten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IPMS, Fraunhofer IMWS und der taiwanesischen Forschungseinrichtung TSRI an einer neuen Chipgeneration, die den Energiebedarf von künstlicher Intelligenz deutlich reduzieren soll. Moderne KI-Anwendungen verursachen enorme Lasten, weil Daten ständig zwischen Speicher und Recheneinheit übertragen werden müssen – ein grundlegender Flaschenhals aktueller Systeme.
Die Lösung könnte in sogenannten Nanosheet-Bauelementen und ferroelektrischen Feldeffekttransistoren (FeMFETs) liegen. Sie ermöglichen Rechenoperationen direkt im Speicher („In-Memory-Computing“) und versprechen eine bis zu hundertfache Energieeinsparung im Vergleich zu klassischen Speichertechnologien. Dank Hafniumoxid lassen sich die Bauelemente in bestehende Halbleiterprozesse integrieren und sind damit für technologische Knoten kleiner als 3 nm geeignet.
„Wir schaffen eine Plattform, die Speichertechnologie und Rechenleistung modernster Chips enger verbindet“, erklärt Projektleiter Dr. Maximilian Lederer. Die Einrichtung einer eigenen 300-mm-Forschungslinie ist das langfristige Ziel der Kooperation. Die Technologien sollen für Smartphones, Automobile, Industrie- und Medizintechnik nutzbar werden. Auch TSRI-Direktor Dr. Chien-Nan Liu hebt die internationale Zusammenarbeit hervor, die Materialforschung, Charakterisierung und Bauelementarchitektur zusammenführt.
Forschung für klimafreundliche Energie und effiziente Digitalisierung
Beide Projekte zeigen, wie eng Energie- und Digitalisierungsthemen heute miteinander verknüpft sind. Während AQVA-HEAT III Wege für klimafreundliche, lokal verfügbare Wärmeversorgung aufzeigt, ermöglicht die Chipforschung des Fraunhofer IPMS künftig deutlich energieeffizientere KI-Systeme. Die Ergebnisse liefern Planern, Versorgern und Unternehmen Anhaltspunkte, wie sich nachhaltige Infrastruktur und Hightech-Anwendungen gemeinsam weiterentwickeln lassen.
Weitere Informationen stehen im Pressebereich der beteiligten Institute bereit, darunter Grafiken und Fotos zum Wärmepumpenprojekt.
