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The subsurface conditions of the Upper Rhine Graben are favorable for the development of novel geothermal utilization concepts. In particular, they allow optimization of energy use with flexible heat production and storage scenarios. A first potential analysis revealed an enormous storage potential of formerly used and well-explored oil fields. The involvement of former hydrocarbon reservoirs as components of geothermal concepts perfectly symbolizes the transition from the fossil-fuel age to the use of carbon-neutral renewable energies. The proposed DeepStor concept takes advantage of these preconditions. The comprehensive geothermal concept is tailored to the Campus North of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) that is located in the central-eastern Upper Rhine Graben. It includes multi-level utilization with heat recovery from the deep Mesozoic reservoirs (associated GeoHeat project) and seasonal high-temperature heat storage in the Tertiary Sandstones above (DeepStor project). The KIT Campus North Campus offers good prerequisites for the concept implementation with extraction, seasonal storage and distribution of heat from deep geothermal energy: The underground of the campus is characterized by the largest known heat anomaly in Germany, with temperatures exceeding 100 °C at a depth of 2 km. An existing area-wide local heating network allows for heat distribution. In the long term, the concept provides for the coverage of a significant part of the basic heat load of the KIT Campus North in a climate-neutral way. The scientific DeepStor storage project represents the first stage in the step-by-step development of deep geothermal energy utilization at the KIT Campus North. The targeted reservoirs involve the same Tertiary strata from which hydrocarbons have been extracted until the 1990s. Initially, the high-temperature thermal storage reservoir will be fed from cogeneration as well as current renewable waste heat from scientific infrastructures such as the biomass pilot facility "bioliq". The overarching scientific goal of the first DeepStor phase is the establishment of a scientific demonstrator to validate the technical feasibility of high-temperature heat storage in the deep underground. In the associated GECKO project, a transdisciplinary approach with natural and social sciences is pursued to develop concepts for deep geothermal energy usage on KIT Campus North in a co-design process with the local population.

In the discussion about the future role of geothermal in the energy transition policy, the topic of underground heat storage became recently more and more prominent. High Temperature Aquifer Storage (HTAS) may make geothermal more efficient by extending it beyond its traditional usage as a base load with also covering middle and even peak load. Depleted oil reservoirs can provide this underground storage capacity and Stricker et. al (2021) have numerically described the thermal storage potential in depleted oil fields from examples of the Upper Rhine Graben. Hydrocarbon exploration and production in the Northern Alpine Foreland Basin accelerated after 1950. It reached its peak in the 1980s, and then decreased mainly due to the low oil prices. Numerous separated reservoir units were successfully developed and exploited. The related extensive exploration campaigns provide exhaustive seismic profiles and borehole data for delineation of geometric underground features and reservoir properties. Since the outgoing 1990, parts of this data were already applied for the successful hydro-geothermal exploration of the Upper Jurassic Malm, especially in the greater Area of Munich and the Eastern part of the Molasse. The present study focusses on the geological and hydrogeological potential of high temperature storage in the surrounding of the existing oil fields in the South German Molasse basin. Reservoir information and data as e.g. thickness, porosity and depth of the reservoir rock as well as overlying barrier properties are compiled from two meta-studies, the Geothermal Atlas of Bavaria (STMWi, 2004) and Storage Catalogue of Germany (BGR, 2011). As a result, about one third of the area of the Bavarian Molasse shows a potential underground storage with a reservoir thickness of 10 m and more in depths between about 500 and 1700 m. In the Western part, the potential storage units are the “Bausteinschichten” of the Lower Oligocene with a porosity ranging from 5 – 31 %, and the Middle Jurassic Dogger “Eisensandstein” with an average of 15%. In the Eastern part, Chattian sandstones of the Upper Oligocene with porosities of 20% are present. In a next step, oil field information with the borehole data and its exploitation history has to be investigated, to gather more details on local reservoir characteristics as e.g. temperature, pore pressure and to develop an exploration and exploitation strategy to better determine the uncertainties and risks.

Obwohl Windkraft und Photovoltaik in den vergangenen Jahren stark ausgebaut wurden, basiert die Energieversorgung in Deutschland noch zu etwa 80 Prozent auf fossilen Energieträgern. Wie das bisherige Energiesystem funktioniert, hat die Arbeitsgruppe „Sektorkopplung“ zunächst in dieser Analyse betrachtet. Darauf aufbauend zeigt sie auf, wie das Energiesystem der Zukunft gestaltet werden sollte, damit es die Klimaschutzziele erreicht und gleichzeitig versorgungssicher bleibt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bewerten die technischen Optionen und deren Entwicklungspotenziale in allen Anwendungsbereichen. Darüber hinaus haben sie ausgewählte Energieszenarien verglichen und untersucht, welche Bedeutung diese der Sektorkopplung beimessen. Herzstück der ESYS-Analyse sind die Berechnungen, die mit dem Optimierungsmodell REMod-D des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE durchgeführt wurden. In diesen Modellrechnungen haben die ESYS-Fachleute Zusammenhänge und Abhängigkeiten analysiert, die sich aus der zeitgerechten Erreichung der Klimaschutzziele ergeben. Die Ergebnisse wurden dahingehend ausgewertet, welche Auswirkungen einzelne Parameter und unterschiedliche technologische Strategien auf die Entwicklung des gesamten Energiesystems haben. Außerdem haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ökonomische und gesellschaftliche Aspekte sowie rechtliche Rahmenbedingungen der Sektorkopplung in der Analyse ausgewertet und Vorschläge für politische Steuerungselemente entwickelt., Schriftenreihe Energiesysteme der Zukunft: Analyse

"Chancen der Energiewende" lautete der Titel, unter dem das KIT-Zentrum Energie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Juni 2012 seine erste Jahrestagung abhielt. Die Tagung erstreckte sich über sämtliche Topics des KIT-Zentrums Energie. Mit dem vorliegenden Tagungsband erhalten Interessierte die Gelegenheit, sich mit den Beiträgen eingehend zu befassen und sich ein differenziertes Bild von den Herausforderungen und Möglichkeiten der Energiewende zu machen.

Der Einsatz polarisierender Isolatoren in der organischen Elektronik ermöglicht eine Erhöhung der Ladungsträgerdichte im organischen Halbleiter und damit eine Verbesserung der Funktionalität organischer Feldeffekttransistoren. In dieser Arbeit wird die Wirkungsweise eines mit LiClO4 Salz angereicherten organischen Isolators im organischen Feldeffekttransistor experimentell und theoretisch untersucht. Diese mit LiClO4 Salz angereicherten Transistoren zeigen in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration ein um den Faktor 100 verbessertes Schaltverhalten. Die damit verbundene Erhöhung der Transistorströme führt erfolgreich zu einer Reduktion der Schaltspannungen. Die durch die Ionenleitung bedingte ausgeprägte Zeitabhängigkeit prägt das Schaltverhalten dieser Transistoren. Für ein tieferes Verständnis der Material- und Bauelementeigenschaften wird ein Drift- und Diffusionsmodell der gekoppelten Ionentransportprozesse entwickelt. Basierend auf diesem Modell wird eine numerische Simulation entwickelt, in der Drift, Diffusion und Raumladungsfelder beider Ionensorten im Rahmen eines Kontinuummodells berücksichtigt und berechnet werden. Zeitabhängig liefert sie das resultierende Potential und das elektrische Feld über die gesamte Breite des Isolators. Das elektrische Feld im Isolator an der Grenzfläche zum Halbleiter beeinflusst maßgeblich die Ladungsträgerdichte im leitfähigen Kanal des Transistors. Als Resultat der Simulation der Ionentransportprozesse kann damit die zeitabhängige Veränderung des Transistorstroms IDS simuliert werden. Der Vergleich von experimentellen und simulierten Ergebnisse ermöglicht eine Diskussion der Transistorcharakteristik dieser mit LiClO4 Salz angereicherten Transistoren in Abhängigkeit unterschiedlicher Herstellungs- und Betriebsparameter. Letztlich bestätigt der Vergleich die Modellvorstellung über den Ionentransportprozess. The use of polarizing insulators in the field of organic electronics leads to a rise of charge carrier density in the organic semiconductor and therefore improves the functionality of organic field effect transistors. In this work the effectiveness of a LiClO4 salt enriched organic insulator within the transistor is examined experimentally and theoretically. By enrichment of the insulator with LiClO4 salt it was possible to develop transistors with a 100 times better switching behaviour in dependence of the salt concentration. The combined rise of transistor currents successfully leads to a reduction of gate voltages. The switching behaviour of the transistors is dominated by the strong time dependence of the ionic conduction. For a deeper understanding of material and device characteristic, a drift and diffusion model of the coupled ion movement is developed. Based on this model a numerical simulation is developed. With the help of a continuum model drift, diffusion and space charge fields of both ion species are considered and calculated. The potential and the electrical field are calculated time dependent along the whole insulator material. The electrical field in the insulator material in the boundary region next to the semiconductor mainly influences the carrier density in the channel region of the semiconductor. As a result of the ion transport process, the time dependent change of the transistor current IDS can be simulated. The comparison of experimental and simulated results enables a discussion of the transistor characteristics of the LiClO4 salt enriched transistors in dependence of different parameters. Finally the comparison approves the model of the ion transport process.