Gebäudemodernisierungsgesetz, E-Autos, Sabotageakte gegen die Stromversorgung – gibt es eigentlich Tage, an denen Sie nicht ständig an Ihre Arbeit erinnert werden?
ist Physikerin und Ingenieurin und leitet das Fachgebiet Technologie und Management Integrierter Energieinfrastrukturen an der TU Berlin und das Kompetenzzentrum „Nutzerzentrierte KI-Methoden für Energieinfrastrukturen“ an der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG. Außerdem wurde sie 2025 in den Expertenrat für Klimafragen der Bundesregierung berufen.
Dieser Praxisbezug ist wahrscheinlich ein großer Unterschied zu Ihrer früheren Arbeit, oder? Zu Beginn Ihrer wissenschaftlichen Karriere haben Sie ja im Bereich Astrophysik geforscht.
Kneiske: Ja, die Astrophysik ist eine eigene Welt. Mit politischen und gesellschaftlichen Fragen ist man da nur selten konfrontiert. Und man kann langfristiger arbeiten, weil sich die Rahmenbedingungen nicht dauernd ändern. Bei meiner heutigen Forschung genügt manchmal ein politischer Beschluss, und schon muss ich mit meinen Überlegungen wieder von vorn anfangen.
Das klingt anstrengend. Warum sind sie denn von der Astrophysik zur Energie-Infrastruktur umgeschwenkt?
Womit beschäftigen Sie sich genau?
Kneiske: Mein Team und ich untersuchen das Zusammenspiel verschiedener Komponenten der Energie-Infrastruktur. Früher hat man das Gasnetz, das Stromnetz und das Wärmenetz weitgehend getrennt voneinander betrachtet. Das reicht jetzt aber nicht mehr. Denn die Netze sind heute miteinander gekoppelt und beeinflussen sich gegenseitig. Das muss man berücksichtigen, wenn das Ganze zuverlässig und sicher funktionieren soll.
Können Sie dafür ein Beispiel nennen?
Kneiske: Wenn man mit einem Elektrolyseur Wasserstoff herstellen will, braucht man dazu Strom aus dem Netz. Mit dessen Hilfe spaltet die Anlage Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Über die Details muss man sich allerdings eine ganze Menge Gedanken machen. Will man den Wasserstoff vor allem dann produzieren, wenn billiger Strom da ist? Will man ihn anschließend in das Gasnetz einspeisen? Oder künftig vielleicht in ein eigenes Wasserstoffnetz? Und was muss man tun, damit die verschiedenen Netze dann noch optimal funktionieren?
Das alles zu berücksichtigen, klingt ziemlich kompliziert. Wie machen Sie das?
Kneiske: Wir entwickeln dafür spezielle Software. Als ich angefangen habe, gab es für Stromnetze die Software „pandapower“. Damit kann man zum Beispiel berechnen, wie der Strom durch Leitungen fließt, ob diese überlastet sind und an welchen Stellen im Netz Probleme auftreten können. Man kann damit auch sehr gut neue Netze planen. So etwas Ähnliches wollte ich auch für Rohrnetze entwickeln, in denen Wärme, Gas oder Wasserstoff transportiert werden. So ist unsere Software „pandapipes“ entstanden, die jetzt oft in der Wärmeplanung genutzt wird.
Was kann diese Software?
Kneiske: Es ist eine open source Software, die frei verfügbar ist. Damit kann sich jeder im Prinzip sein eigenes Wärme- oder Gasnetz zusammenbasteln. Was passiert, wenn ich in einer Straße mehrere Wärmepumpen anschließe? Wird es dem letzten in der Reihe dann zu kühl? Muss man etwas am Stromnetz ändern? Und wie teuer ist das dann? Das alles lässt sich mit Hilfe der Software analysieren. Und sie wird immer vielseitiger. Wir haben sie in den letzten Jahren ständig weiterentwickelt, damit sie noch mehr Aspekte abdecken und neue Fragen beantworten kann.
Welche neuen Fragen sind denn aufgetaucht?
Warum nicht?
Kneiske: Man muss dabei die unterschiedlichen Gesteinsschichten berücksichtigen, die Temperaturverläufe im Untergrund und noch alle möglichen Aspekte. Wichtig ist zum Beispiel auch, ob in der Nähe ein guter Wärmenetzanschluss vorhanden ist. Man muss also jede Menge Daten analysieren, um eine gute Entscheidung zu treffen. Gerade bei solchen Aufgaben kann der Einsatz von Künstlicher Intelligenz sehr hilfreich sein. Da bieten sich ganz neue Möglichkeiten, die wir natürlich nutzen wollen. Ich nenne das den „ChatGPT-Effekt“.
Heißt das, wir können in Zukunft mit einer Software über unsere Energieprobleme diskutieren?
Kneiske: Genau das ist das Ziel. Wir entwickeln Chatbots, die auf Datenbanken, Gesetzestexte und andere wichtige Quellen zugreifen und auf dieser Basis Fragen beantworten. Dadurch können viel mehr Menschen fundierte Auskünfte bekommen als bisher. Sie brauchen dazu kein detailliertes Spezialwissen mehr. Wie in vielen Lebenssituationen ist die KI meiner Meinung nach auch im Energiebereich ein absoluter Gamechanger. Wir müssen ihr nur abgewöhnen, einfach irgendwas zu erfinden, wenn sie keine Antwort weiß. Sonst geht es natürlich schief.
Apropos schiefgehen: Eines Ihrer Forschungsthemen ist ja auch die Sicherheit und Widerstandsfähigkeit der Energie-Infrastruktur. Welchen Risiken ist sie denn ausgesetzt?
Kneiske: Es gibt zum einen physische Angriffe wie bei dem großen Stromausfall in Berlin Anfang des Jahres, der durch einen Brandanschlag ausgelöst wurde. Ein weiteres Szenario sind Drohnen, die auf Umspannwerke stürzen. Auch Cyberattacken, bei denen Systeme gezielt abgeschaltet oder auch überlastet werden, sind gefährlich. Und dann sind da noch natürliche Risiken wie Hochwasser oder Stürme, die durch den Klimawandel häufiger werden. Bei der Flutkatastrophe im Ahrtal wurde ja auch die Infrastruktur für die Gasversorgung und die Fernwärme weggespült.
Sind die Energiesysteme heute anfälliger für solche Störungen als früher?
Wie kann Ihre Arbeit da weiterhelfen?
Kneiske: Wir können zum Beispiel analysieren, wie sich die Folgen von Stromausfällen am besten abmildern lassen. So kann es eine gute Idee sein, Wärmespeicher und Batterien automatisch vollzuladen, wenn laut Wettervorhersage ein Sturm droht. Vielleicht lässt sich ein Quartier im Notfall ja auch ganz vom Netz abkoppeln? Wie viel größer müsste die Batterie dazu sein? Wie teuer wäre das? Und wie lange würde der Strom dann reichen? Das alles können wir mit unseren Werkzeugen durchrechnen.
Und bei einem Cyberangriff?
Kneiske: Da simulieren wir zum Beispiel, was passiert, wenn Hacker Wärmepumpen auf die doppelte Leistung hochfahren. Wann drohen Schäden durch Überhitzung? Merken die Geräte das? Was kann man tun, wenn die bereits eingebauten Sicherungsmaßnahmen und Warnsignale umgangen werden? Sollte man sich mit den Geräten in einen Dialog begeben, wenn sie etwas Ungewöhnliches feststellen? Oder dauert das zu lange und sie sollten sich lieber automatisch abschalten, um Schäden zu vermeiden? Auch so etwas können wir durchspielen.
Ihre Kompetenz bringen Sie inzwischen auch in die Politikberatung ein: Sie wurden letztes Jahr in den Expertenrat für Klimafragen der Bundesregierung berufen. Was machen Sie da genau?
Kneiske: Wir prüfen zum Beispiel jedes Jahr die Emissionsdaten des Umweltbundesamtes und legen der Bundesregierung und dem Bundestag eine Bewertung dazu vor. Dieses Jahr ist das Umweltbundesamt zum Beispiel zu der Einschätzung gekommen, dass Deutschland im Jahr 2030 seine Emissionsziele noch erfüllen kann. Wir sind da nicht so optimistisch: Wenn wir so weitermachen wie bisher, wird das nicht klappen.
* Das Interview erschien zuerst auf der Website der Technischen Universität Berlin.