Projekte

Datenvalidierung / Methodenentwicklung zur verbesserten Erfassung und Darstellung der Emissionssituation im PRTR

In Artikel 5 Abs. 9 der Aarhus Konvention wird der schrittweise Aufbau eines zusammenhängenden, landesweiten Systems von Verzeichnissen oder Registern zur Erfassung der Umweltverschmutzung in Form einer öffentlich zugänglichen Datenbank vereinbart. Ausgangspunkt für die europäischen und deutschen Regelungen ist das PRTR-Protokoll.

Das Ziel des Projektes ist es die für das deutsche PRTR benötigten Daten im Bereich der diffusen Quellen zu erarbeiten, zu validieren und bereitzustellen. Hierfür soll eine Vorgehensweise zur Ermittlung eines Datenmodells für die Abbildung von diffusen Quellen in Deutschland für das PRTR erarbeitet werden, um für die allgemeine Öffentlichkeit geeignete und verständliche Emissionsdaten bereitstellen zu können. Hierfür werden verfügbare Daten zur Umweltbelastung aus diffusen Quellen systematisch auf ihre Publikationsmöglichkeit im PRTR Register überprüft und aufbereitet. Die aufbereiteten Daten zu den Emissionen aus diffusen Quellen sollen im PRTR System eingebunden und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Ziel ist es damit neben den industriellen Emissionen auch relevante Emissionen aus Verkehr, Landwirtschaft und den privaten Haushalten möglichst regionalisiert darzustellen.

Damit unterstützt das Projekt den Prozess der Einführung eines Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregisters im Bereich diffuse Quellen in Deutschland und trägt nachhaltig zur qualitativen Verbesserung der Daten bei.

Laufzeit: 01.02.2011 - 30.06.2013
Gefördert durch: Umweltbundesamt
Kontakt: Witold-Roger Poganietz
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Systemanalytische Betrachtung des Wettbewerbs der energetischen und stofflichen Nutzung forstlicher Ressourcen in Deutschland

In Deutschland ist eine zunehmende Nutzungskonkurrenz um Holz festzustellen. Der Bedeutungszuwachs der Ressource Holz ist vor dem Hintergrund des stattfindenden Klimawandels sowie dem Wunsch einer verbesserten inländischen Rohstoffverfügbarkeit von Energieträgern auch politisch gewollt und ebenso erklärtes Ziel einer langfristig ausgerichteten Energie- und Umweltpolitik.

Das Projekt verfolgt das Ziel der Identifizierung und Quantifizierung der mittel- und langfristigen ökologischen und ökonomischen Wirkungen einer verstärkten Nutzungskonkurrenz und damit korrelierenden Veränderungen der Stoffströme innerhalb der Forst-Holz-Nutzungskette unter Berücksichtigung unterschiedlicher wirtschaftspolitischer Randbedingungen und der Innovationsdynamiken in ausgewählten Branchen der Forst-Holz-Nutzungskette sowie der Entwicklung in den konkurrierenden nicht-holzbasierten Sektoren.

Kontakt: Silke Feifel
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Ökologische Wirkungen des Einsatzes verschiedener leichter Holzwerkstoffplatten

Nachhaltiges Wirtschaften in die unternehmerische Praxis zu integrieren, ist insbesondere für KMU eine große Herausforderung, denn es erfordert Kapazitäten, die KMU meist nicht im notwendigen Umfang zur Verfügung stehen. Ein passendes Lebenszyklusmanagement (engl.: Life cycle management, LCM) hilft bei Umsetzung des Leitgedankens Nachhaltigkeit.

Aufbauend auf den bisherigen Arbeiten soll ein Bewertungsinstrument entwickelt werden, das KMU der kunststoffverarbeitenden Industrie die praktikable Umsetzung eines umfassenden Lebenszyklusmanagements für ein konkretes Produkt mit fest definiertem Produktnutzen ermöglicht.

Ziel ist es, mit dem aus heutiger Sicht nachhaltigsten Produkt einen Zielwert zu definieren, mit dem KMU der kunststoffverarbeitenden Industrie ein Nachhaltigkeits-Benchmarking ihrer Produkte im Vergleich mit gängigen Nicht-Kunststoffprodukten im Rahmen einer Nachhaltigkeitsbewertung durchführen können.

Projektpartner: Süddeutsches Kunststoff-Zentrum e.V.
Laufzeit: 01.03.2010 - 31.03.2012

Kontakt: Silke Feifel
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Systemanalytische Untersuchung von Potentialen neuartiger Konzepte für kleine und mittelgroße Kraftwerke für schwierige Brennstoffe

Energiewandlungsprozesse, die auf schwierigen Brennstoffen basieren, sind derzeit kein konstituierender Teil des Energiesystems. Schwierige Brennstoffe sind u.a. durch einen hohen Aschegehalt, bestimmte Schmelzverhalten gekennzeichnet. Neue, nicht-konventionelle Kraftwerkskonzepte werden derzeit diskutiert und entwickelt, mit dem Ziel schwierige Brennstoffe entweder allein oder in Kombination mit anderen Energieträgern, wie zum Beispiel Geothermie, in das Energiesystem zu integrieren. Die Kraftwerkskonzepte sollen die Basis für marktfähige kleine bis mittelgroße Kraft-Wärme-Kopplungs-Kraftwerken (20 - 50 MW_el) bilden.

Das Ziel ist die systemanalytische Untersuchung von Potentialen neuartiger Konzepte für kleine und mittelgroße Kraftwerke für schwierige Brennstoffe (fossil, nachwachsende Rohstoffe, Sekundärrohstoffe). Begleitend zu technologischen Entwicklungsarbeiten werden als Grundlage der Arbeit Stoff- und Energiebilanzen, Lebenszyklusanalysen sowie Kostenanalysen von Anlagen und Komponenten erarbeitet. Darauf aufbauend soll die Integration der auf den entwickelten Konzepten basierenden Kraftwerke in regionale Energiesysteme modelliert und analysiert werden.

Projektpartner: Karlsruher Institut für Technologie, Institute für technische Chemie - Thermische Abfallbehandlung (ITC-TAB)

Kontakt: Kai Sartorius
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Hocheffizientes kombiniertes Solarwärme- und Biomassekraftwerk (SolComBio)

Mit einem zunehmenden Marktanteil von regenerativen Energieträgern am Stromangebot besteht ein wachsender Bedarf an Speicherkapazitäten und/oder Kraftwerke müssen in der Lage sein flexibler auf Nachfrageschwankungen zu reagieren. Hierdurch gewinnt die Flexibilität des Lastmanagements in Kraftwerken an grundsätzlicher Bedeutung.

Im Rahmen des Projektes wird ein Konzept entwickelt, das die Ergänzung von Solarwärmekraftwerken mit lastflexiblen biomassebasierten Brennertechnologien vorsieht.

Die forschungsbegleitenden Arbeiten zielen auf die Identifizierung der Umweltwirkungen sowie möglicher Marktpotenziale des Konzeptes im Vergleich zu etablierten Ansätzen.

Projektpartner:

• Royal Institute of Technology (KTH), School of Industrial Engineering and Management, Division of Heat and Power Technology
• Royal Institute of Technology (KTH), School of Industrial Engineering and Management, Department of Materials and Science Engineering, Division of Energy and Furnace Technology
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für technische Chemie - Thermische Abfallbehandlung (ITC-TAB)
• Silesian University of Technology (SUT), Institute of Power Engineering and Turbomachinery
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Informatik (IAI)

Laufzeit: 01.04.2011 - 31.12.2013
Gefördert durch: KIC InnoEnergy SE

Kontakt: Witold-Roger Poganietz
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Regionalisierung von CarboMoG

CarboMoG ist ein prozessbasiertes Materialflussmodell, das die mit Kohlenstoffflüssen verbundenen Materialflüsse in Deutschland abbildet. Zweck des Modells ist die Identifizierung und Quantifizierung der Wirkungen von Technologien auf die Umwelt, primär Treibhausgasemissionen und Rohstoffbedarfe, sowie auf die Struktur und Volumina von Materialflüssen in einem gesamtwirtschaftlichen Kontext.

Auch wenn der Ort der Quellen von Treibhausgasemissionen für den Klimawandel unerheblich erscheint, so sind die Ursachen auf lokaler und regionaler Ebene zu sehen. Ebenso sind globale Strategien, die auf den Klimawandel einwirken sollen, letztendlich auf die lokale und regionale Ebene zu übersetzen, um Erfolge generieren zu können. Ebenso kann nicht von einer Gleichverteilung von Kohlenstoffsenken ausgegangen werden. Eine räumlich-regionale Betrachtung der Wirkungen von Kohlenstoffmanagementstrategien erscheint daher opportun.

Das Ziel ist die Entwicklung eines tragfähigen und flexiblen Instrumentariums zur räumlich-dynamischen Analyse von Kohlenstoffmanagementstrategien auf der Ebene von Technologien. Um eine große Breitenwirkung zu erreichen, wird das Instrumentarium offen angelegt und für alle Interessierten nutzbar sein. IT-technisch wird das Modell auf einer relationalen, internet-fähigen Datenbankanwendung aufgebaut.

Projektpartner: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Informatik (IAI)

Kontakt: Witold-Roger Poganietz
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SYNCON - Novel synthesis process concepts for efficient chemicals / fuel production from biomass

Ziel des durch KIC InnoEnergy SE geförderten Projektes sind Reaktoren, Katalysatoren und Verfahren für die effiziente Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien (Methan, Methanol, DME, Ethanol, Kohlenwasserstoffen, Feinchemikalien und Wasserstoff) insbesondere auch in kleinen Anlagen.

Für die Arbeitspakete „New catalysts and reactors for upgrading to fuels and chemicals“ und „Reforming of biofuels to hydrogen“ werden in forschungsbegleitenden Arbeiten Umweltwirkungen und Marktpotenziale der Konzepte im Vergleich zu etablierten Ansätzen analysiert.

Projektpartner:

• KIT ITCP, IMVT und IKFT
• GIG - Central Mining Institute (Polen)
• TU/e - Eindhoven University of Technology (Niederlande)
• Uppsala University (Schweden)
• KTH - Royal Institute of Technology (Schweden)

Laufzeit: 01.04.2011 - 31.12.2013

Kontakt: Andreas Patyk
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Anwendung lebenszyklusorientierter Analysemethoden zur nachhaltigen Entwicklung neuer Technologien - am Beispiel eines Mikrostrukturreaktors zur Fischer-Tropsch Synthese

In dem Dissertationsvorhaben wird F&E-begleitend die Fertigung und Anwendung von Mikroreaktoren zur Fischer-Tropsch-Synthese mit dem Ziel einer nachhaltigkeitsorientierten Optimierung untersucht. Darüber hinaus soll der Frage nachgegangen werden, welche Instrumente und Aspekte die Nachhaltigkeitsuntersuchung von neuen Technologien, im Sinne von Produktlebenszyklusanalysen, beinhalten sollte, und ob es Unterschiede in der Nachhaltigkeitsbewertung in Abhängigkeit von Komplexität und Entwicklungsstand des Untersuchungsgegenstands gibt.

Laufzeit: 01.06.2009 - 31.05.2012

Kontakt: Eva Zschieschang
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RelHy - Innovative Solid Oxide Electrolyser Stacks for Efficient and Reliable Hydrogen Production

Die Elektrolyse von Wasser ist ein seit langem bekanntes Verfahren zur Wasserstofferzeugung. Größere wirtschaftliche Bedeutung wird die Elektrolyse durch zunehmende fluktuierende Stromerzeugung (Windkraft, Photovoltaik) erlangen, bei der Wasserstoff als Speicher von Überschussstrom erzeugt wird (Rückverstromung z.B. in Brennstoffzellen). Um die gegenwärtigen Wirkungsgrade zu erhöhen, werden verschiedene Optionen untersucht, insbesondere die Druck- und die Hochtemperatur-Elektrolyse. Erstere soll den Kompressionsaufwand für den erzeugten Wasserstoff reduzieren. Bei der Hochtemperatur-Elektrolyse wird ein Teil des zur Wasserspaltung nötigen Stroms durch energetisch weniger wertvolle Wärme ersetzt.

RelHy ist ein von der EU-Kommission im Rahmen des FP7 gefördertes Projekt, das Entwicklung und Test der nächsten Generation von Hochtemperatur-Elektrolyseuren (HTE; Solid-Oxide-Elektrolyseur - SOE) zum Gegenstand hat. Schwerpunkte sind Entwicklung und Optimierung neuartiger Zell-, Kontakt- und Dichtungsmaterialien, Entwicklung eines Stack-Designs mit längerer Lebensdauer und Test der Materialien und des Designs an einem Prototyp.

Die technische Entwicklung begleitend wird die Nachhaltigkeit der Innovationen analysiert. KIT ITAS-ZTS wurde dazu von dem RelHy-Partner EIFER - European Institute For Energy Research, Karlsruhe, mit der Erstellung eines umweltbezogene Life Cycle Assessments (LCA) beauftragt. Gegenstand und Ziel der Analyse:

• Identifikation der ökologischen „hot spots“ der Technologie und Abschätzung der Optimierungspotenziale
• Vergleich verschiedener Strombereitstellungsvarianten (Kernkraft und Windenergie)
• Vergleich mit Konkurrenztechnologien

Projektpartner:

• CEA - Commisariat à l'Energie Atomique (Koordinator; Frankreich)
• DTU-Risoe - Danish Technical University (Dänemark)
• EIFER - European Institute for Energy Research (Deutschland)
• ECN - Energy Research Centre of the Netherlands (Niederlande)
• TOFC - Topsoe Fuel Cell A/S (Dänemark)
• Helion - Helion department H2 energy AREVA (Frankreich)

Laufzeit: 01.01.2008 - 31.12.2011

Kontakt: Andreas Patyk
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HydroMicPro - Wasserstoff aus Mikroalgen: mit Zell- und Reaktordesign zur wirtschaftlichen Produktion

Eine noch wenig erforschte Möglichkeit der Wasserstofferzeugung ist die Photosynthese durch Mikroalgen. Die H2-Erzeugung stellt dabei nur eine von mehreren Möglichkeiten dar, Bioenergie durch oder aus Mikroalgen zu erzeugen. Das grundsätzliche Interesse an Mikroalgen hat verschiedene Gründe: Mikroalgen haben theoretisch sehr hohe Biomasse-Flächenerträge, eine entsprechend hohe spezifische CO2-Bindung und potenziell hohe Ölgehalte. Sie werden in Ponds oder Photobioreaktoren kultiviert, stellen deshalb keine Ansprüche an die Bodenqualität und treten nicht in Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Zur Nährstoffversorgung der Algen können CO2-haltige industrielle Abgase und nährstoffhaltige Abwässer eingesetzt werden.

Im Rahmen des Förderprogramms „Grundlagenforschung Energie 2020+“, Themenfeld „Solarenergietechnik der nächsten Generation“ wird das Verbundprojekt HydroMicPro vom BMBF gefördert. Durch Verknüpfung von Biotechnologie und Mikrosystemtechnik sollen neuartige Photo-Bioreaktoren entstehen, in denen genetisch optimierte Mikroorganismen effizient und umweltschonend Wasserstoff erzeugen.

Die F&E-Arbeiten begleitend wird die Nachhaltigkeit der Innovationen analysiert. Gegenstand und Ziel der Analyse:

• Bewertung der potenziellen Beiträge der HydroMicPro-Technologie (inkl. Vorketten und nachgelagerten Prozessen) zu einer nachhaltigen H2-Versorgung und -Nutzung
• Optimierung des realen Beitrags durch Identifikation von:
  • ökologischen und (sozio-)ökonomischen „hot spots“ der Technologie
  • optimalen Anwendungsfeldern im Vergleich mit Konkurrenztechnologien

Projektpartner:

• Karlsruher Institut für Technologie
• Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik (Verbund-Koordination)
• Engler-Bunte-Institut
• Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse
• Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH, Wendelsheim
• Institut für Getreideverarbeitung GmbH, Nuthetal
• Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
• OHB-System AG, Bremen
• Universität Bielefeld

Laufzeit: 01.10.2009 - 30.09.2012

Kontakt: Andreas Patyk
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Beiträge der Energieerzeugung mit Mikroalgen zu nachhaltiger Energieversorgung und -nutzung - eine systemanalytische Untersuchung

In dem Dissertationsvorhaben werden unterschiedliche Arten der Energiegewinnung aus Mikroalgen unter Nachhaltigkeitsaspekten analysiert, bewertet und optimiert. Verschiedene Prozessketten der Produktion von Endenergieträgern aus Mikroalgen werden mit der Software umberto erstellt und können anhand ihrer Lebenszyklusdaten verglichen werden. Die Ergebnisse der Systemanalyse sollen Schwächen und Stärken des jeweiligen Systems unter Umwelt- und Kostenaspekten aufzeigen. Algen-basierte Systeme zur Gewinnung erneuerbarer Energie können so mit Konkurrenzsystemen verglichen werden. Analyseergebnisse sollen außerdem in die Entwicklung und das Design des von den Projektpartnern zu entwickelnden Reaktorsystems eingehen.

Laufzeit: 01.04.2010 - 31.03.2013

Kontakt: Annika Weiss
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BioEnergieDat - Bereitstellung einer aktuellen und harmonisierten Datenbasis als Beitrag zur Weiterentwicklung einer nachhaltigen Bioenergiestrategie

Das Vorhaben BioEnergieDat zielt auf die Bereitstellung einer aktuellen und umfassenden Datenbasis für die energetische Nutzung von Biomasse. Diese soll Informationen über den Stand der Technik, die ökologischen Effekte sowie ökonomische Kenngrößen von Produktions-, Bereitstellungs- und Konversionsprozessen enthalten. Sie ist nutzbar für die modular aufgebaute Bilanzierung von Prozessketten in einer im Vorhaben entwickelten öffentlich zugänglichen Open Source Software.

Das Vorhaben BioEnergieDat fokussiert auf folgende Ziele:

• Bereitstellung einer validen, konsistenten Datenbasis auf Grundlage existierender Datensätze zu Technologien der energetischen Nutzung von Biomasse;
• Erweiterung der vorliegenden Datenbasis, insbesondere im Hinblick auf in Entwicklung befindliche Technologien;
• Erarbeitung repräsentativer Datensätze für Technologien und biomassebasierte Energieträger für deutsche Rahmenbedingungen;
• Bereitstellung einer webbasierten IT-Infrastruktur für eine flexible, modulare Nutzung und Fortschreibung der Datenbasis.

Die Vorhabensergebnisse sollen insbesondere die Entwicklung einer nachhaltigen und tragfähigen Biomassestrategie der Bundesregierung unterstützen. Sie leisten insofern auch einen Beitrag, die energiewirtschaftliche, stoffwirtschaftliche und ernährungswirtschaftliche Nutzung von Biomasse als komplexes Gesamtproblem zu behandeln.

Das Projekt ist eingebunden in das Förderprogramm zur Optimierung der energetischen Biomassenutzung des BMU und damit auch Teil der Nationalen Klimaschutzinitiative.

Partner KIT ITAS-ZTS (Koordinator), KIT IAI, DLR-ITT, GreenDeltaTC, HS Zittau/Görlitz FB Maschinenwesen, RU Bochum LEE, Universität Stuttgart IER, Wuppertal Institut

Fördergeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

Laufzeit: 01.09.2010 - 31.08.2012

Kontakt: Prof. Dr. rer. nat. Liselotte Schebek

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Ökologische Wirkungen des Einsatzes verschiedener leichter Holzwerkstoffplatten

Der Einsatz leichter Holzwerkstoffplatten ist seit Jahren in der Holzindustrie in der Diskussion und verarbeitungstechnisch inzwischen möglich. Dabei werden Vorteile der leichten Platten in der Umweltperformanz des Herstellungs- und Weiterverarbeitungsprozesses sowie in der Logistik im Vergleich zu konventionellen Holzwerkstoffen vermutet.

Im Teilprojekt wird der Frage nachgegangen, ob sich unter ökologischen Aspekten, d. h. hinsichtlich der treibhauswirksamen Emissionen beim Produktions- und Verarbeitungsprozess signifikante Veränderungen hinsichtlich der Gesamtemissionen durch den Einsatz leichter Holzwerkstoffplatten unterschiedlicher Bauformen ergeben und wenn ja, wo diese auftreten und welche Ursachen hierfür gefunden werden können.

Projektpartner: Hochschule Ostwestfalen-Lippe
Laufzeit: 01.01.2011 - 31.12.2011
Gefördert durch: Europäische Union (EFRE) und Ministerium für Wirtschaft, Energie, Bauen, Wohnen und Verkehr (MWEBWV) des Landes Nordrhein-Westfalen

Kontakt: Silke Feifel
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Vergleichende ökologische Analyse leichter Holzwerkstoffplatten – Bewertung von „BalanceBoard“

Die ökologische Analyse der „BalanceBoard“, eine Art der leichten Holzwerkstoffplatten, gründet sich in der aktuellen Diskussion um Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit. Es ergeben sich Fragen über die ökologischen Performance neuer und innovativer Holzwerkstoffe: Ist eine Leichtbauplatten im Vergleich zur nutzengleichen konventionellen Holzwerkstoffplatte z.B. aus Vollspanmaterial ökologisch besser?

Die Analyse des Produktes „BalanceBoard“ wird die Holzwerkstoffplatte hinsichtlich ihrer Umweltperformance untersuchen und die möglichen Vorteile dieses Werkstoffes im Vergleich zu konventionellen und anderen leichten Holzwerkstoffplatten ermitteln. Für die Analyse wird die Methodik der Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment - LCA) genutzt.

Im Hinblick auf den Vergleich mit konventionellen und anderen leichten Holzwerkstoffplatten werden Ergebnisse, die im Rahmen bisheriger Arbeiten bei ITAS generiert wurden, zum Vergleich im Sinne eines Rankings herangezogen.

Projektpartner: wodego GmbH

Kontakt: Silke Feifel
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