Ein Kühlschrank, der Häuser heizt oder Autos als Stromspeicher, die das Energiesystem stabilisieren? Was auf den ersten Blick ungewöhnlich klingt, beruht auf grundlegenden Gesetzen der Physik. Sie spielten die Hauptrolle in Prof. Helge Steins Vortrag „Arbeit, Energie & Entropie“ am 23. September 2026 in der Vortragsreihe „Wissenschaft für Jedermann“ am Deutschen Museum München. Darin erklärte der e-conversion-Experte, wie moderne Energietechnologien funktionieren und welche Rolle sie für eine klimaneutrale Zukunft spielen.
Wärmepumpen, Batteriespeicher und Elektrofahrzeuge zählen zu den Schlüsseltechnologien der Energiewende. Doch warum sind sie so effizient und welche physikalischen Prinzipien stecken dahinter? Mit diesen Fragen beschäftigte sich Helge Stein, Professor für Digitale Katalyse an der TU München und Mitglied im Exzellenzclusters e-conversion, und rückte die physikalischen Grundlagen moderner Energietechnologien und ihre Bedeutung für die Energie-, Wärme- und Verkehrswende in den Fokus. „Was wir derzeit betreiben, ist nicht nur eine Energiewende, sondern auch eine Wärme- und Verkehrswende. Zusammenfassend kann man das als die Elektrifizierung von allem beschreiben“, erklärte Stein zu Beginn seines Vortrags.
Anhand anschaulicher Beispiele führte er das Auditorium (rund 100 Teilnehmende sowie online zugeschaltet 50 weitere Personen) durch zentrale Konzepte der Thermodynamik und ihre Bedeutung für moderne Energietechnologien. Ein Schwerpunkt lag auf Wärmepumpen – für Stein eine besonders effiziente Technologie der Wärmewende. „Im Prinzip ist eine Wärmepumpe ein Kühlschrank, nur umgekehrt“, erläuterte er. Beide Systeme verschieben Wärme von einem Ort zum anderen. Während der Kühlschrank sein Inneres kühlt, nutzt die Wärmepumpe Wärme aus Luft, Erde oder Wasser, um Gebäude effizient zu beheizen.
Ein weiteres Thema bildeten Batteriespeicher und ihre Bedeutung für ein Energiesystem, das zunehmend auf Wind- und Solarenergie basiert. Der TUM-Experte erläuterte die Funktionsweise moderner Lithium-Ionen-Batterien sowie aktuelle Herausforderungen und Entwicklungen in der Batterieforschung – und auch den ein oder anderen Praxistipp. „Wer seinen Lithium-Ionen-Batterien eine möglichst lange Lebensdauer schenken möchte, sollte den Ladezustand möglichst in ihrem Wohlfühlbereich halten“, sagte Stein. Das sind typischerweise zwischen etwa zehn und achtzig Prozent. In diesem Bereich verläuft die Alterung deutlich langsamer als bei dauerhaft sehr hohen oder sehr niedrigen Ladezuständen.“
Mit Blick auf die Integration erneuerbarer Energien betonte er außerdem das Potenzial von Elektrofahrzeugen als flexible Stromspeicher. Das Konzept Vehicle-to-Grid kann künftig helfen, Angebot und Nachfrage im Stromnetz besser auszugleichen. „Autos stehen meistens mehr herum als sie fahren“, sagte der TUM-Experte. Die in Fahrzeugen gespeicherten Energiereserven ließen sich daher nicht nur für die Mobilität nutzen, sondern auch zur Stabilisierung des Energiesystems beitragen, indem überschüssiger Strom zwischengespeichert und bei Bedarf wieder ins Netz eingespeist wird. Der Vortrag von Helge Stein verdeutlichte, wie eng Energie-, Wärme- und Verkehrswende miteinander verknüpft sind und welche Rolle physikalische Grundprinzipien bei der Entwicklung nachhaltiger Technologien spielen.
Kurzprofil
Helge Stein studierte Physik (2008–2013) an der Georg-August-Universität Göttingen. Er promovierte an der Ruhr-Universität Bochum (2017) über Hochdurchsatzmethoden im Fachbereich Maschinenbau. Anschließend ging er für einen Postdoc-Aufenthalt an das California Institute for Technology (USA), wo er als Material Data Engineer am Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP) arbeitete. Im Jahr 2020 trat er eine Tenure Track Professur für Angewandte Elektrochemie am Karlsruher Institut für Technologie an. Seit Mitte 2023 ist er Professor für Digitale Katalyse an der TU München.