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Kationen - Anionen RedOx Aktivmaterialien für Feststoffbatterien, KAROFEST - Kationen - Anionen RedOx Aktivmaterialien für Feststoffbatterien

Forschergruppe (FOR) 1898: Mehrskalendynamik von Schwerewellen, Spontanes Ungleichgewicht (SI)

Schwerewellen (GWs) sind zu kleinskalig, um in den heutigen Wetter- und Klimamodellen aufgelöst zu werden. Sie müssen daher parametrisiert werden, da sie einen starken Einfluss auf die Dynamik der großen Skalen haben. Parametrisierungen existieren für orographisch und konvektiv erzeugte GWs, während für die GW-Quellen entlang großskaliger Jets noch keine etablierte Parametrisierung vorliegt. Die Quellen resultieren aus einer spontanen Imbalance (SI) der großskaligen quasi-geostrophischen Strömung. Die Untersuchung von Schwerewellenabstrahlung durch SI ist schwierig, da die GWs in ein sehr komplexes zeitabhängiges Strömungsfeld eingebettet sind, mit einer großen Zahl von interagierenden Prozessen. Auch die Validierung von Parametrisierungen wird dadurch erschwert. Daher kombinieren wir Theorie und numerische Modellierung mit ergänzenden Laborexperimenten. Laborexperimente garantieren eine Reproduzierbarkeit der betrachteten großskaligen Strömungssituation. Die direkte Korrespondenz zwischen den experimentellen Daten und den Modelldaten und die erwähnte Reproduzierbarkeit machen das Laborexperiment zu einem idealen Prüfstand für Parametrisierungen und für die Untersuchung klimarelevante Prozesse. Das differenziell beheizte rotierende Zylinderspalt-Experiment, welches an der BTU (Brandenburg Technische Universität Cottbus-Senftenberg) aufgebaut und betrieben wird, stellt die Referenzdaten für Benchmark-Simulationen an der GU-F (Goethe Universität Frankfurt) und dem IAP (Leibniz Institut für Atmosphärische Physik, Kühlungsborn) bereit. Dabei stehen Experimente im Vordergrund, die zeigen sollen, welche baroklinen Strömungen eine besonders ausgeprägte GW-Abstrahlung aufweisen. Ergänzend dazu werden idealisierte numerische Simulationen an der GU-F und dem IAP durchgeführt, um die Variabilität der GWs und den Abstrahlungsprozess zu untersuchen. Wichtig ist dabei, einen Zusammenhang zwischen verschiedenen großskaligen Strömungen und der mesoskaligen GW-Quelle herzustellen und diesen Zusammenhang mittels grob aufgelöster Wellenstrahlenmodelle zu validieren. Ziel ist es, eine skalenabhängige SI-Parametrisierung zu konstruieren. Diese Parametrisierung soll mit Hilfe der Labor-Referenzdaten validiert werden. Begleitet wird dies von einer Analyse grob- und feinaufgelöster Daten aus UA-ICON Simulationen. Schließlich soll die Parametrisierung an das Wellenstrahlenmodell MS-GWaM angekoppelt werden, welches in UA-ICON implementiert ist.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Einflusss von Umweltveränderungen auf antarktisches Phytoplankton untersucht mit Hilfe eines synergistischen multi- und hyper-spektralen Satellitendatenansatzes

Klimamodelle sagen voraus, dass sich in naher Zukunft im Antarktischen Ozean signifikant die Temperatur und der PH-Wert ändern werden, bedingt durch den Anstieg der Konzentrationen troposphärischer Treibhausgase und vor allem durch den erhöhten Kohlenstoffdioxidausstoß aus fossilen Brennstoffen. Solche Änderungen wirken sich auf die Zusammensetzung des Phytoplanktons aus und damit auch auf die Stoffkreisläufe wichtiger Elemente (Kohlenstoff, Stickstoff, usw.). Ziel dieses interdisziplinären Projektes ist die genauere Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der Biomasse von unterschiedlichen Phytoplanktontypen im Antarktischen Ozean. Einerseits wird hiermit das Verständnis der Rolle des antarktischen Phytoplanktons für das Ökosystem vertieft und andererseits deren Beitrag für den globalen Kohlenstoffzyklus genauer quantifiziert. Durch die einzigartige Kombination von Satellitendaten zweier unterschiedlicher Instrumententypen soll die Konzentration verschiedener Phytoplankton-Typen im Antarktischen Ozean zum ersten Mal mit umfassender zeitlicher und räumlicher Abdeckung bestimmt werden. Die Gesamtbiomasse wird durch eine an die Antarktis angepasste Prozessierung mit Hilfe multispektraler Satellitenmessdaten berechnet. Der Anteil wesentlicher Phytoplanktontypen an der Gesamtbiomasse wird anhand der Auswertung charakteristischer Absorptionsstrukturen von hyperspektralen Messdaten (PhytoDOAS-Methode) ermittelt. Somit soll ein synergetisches Produkt aus sich ergänzenden Informationen multi- und hyperspektraler Satelliteninstrumente entwickelt werden, das auf ähnliche Satelliteninstrumente, deren Messungen in naher Zukunft starten, übertragbar sein wird. Damit kann dann ein Datensatz über die Verteilung von Phytoplanktontypen über Dekaden erstellt werden. Mit dem im Projekt entstehenden Datensatz über die Verteilung der Phytoplanktontypen soll deren Variabilität und Korrelation mit sich ändernden Umweltfaktoren im Antarktischen Ozean in den vergangenen untersucht werden. Darüber hinaus soll unser Datensatz genutzt werden, zur Verbesserung und Evaluierung eines Ökosystem-Models, welches die Biogeographie verschiedener Phytoplanktontypen durch Parametrisierung physiologischer Eigenschaften an ein Ozeanzirkulatonsmodell errechnet. Mit Hilfe des Langzeitdatensatz und dem damit verbundenen Wissen über die Variabilität der Phytoplanktontypen, wird ein Fundament geschaffen, um den Einfluss der Klimaveränderungen im Antarktischen Ozean zu bemessen.

Evaluierung und Weiterentwicklung des EU ETS im Rahmen der Novellierung der ETS-RL und des European Green Deal mit ökonomischem Schwerpunkt

Im Rahmen des European Green Deal hat die Europäische Kommission (KOM) im Juli 2021 einen Entwurf für die Novellierung der EU-Emissionshandelsrichtlinie vorgelegt. Dieser Entwurf ist unter anderem im Zusammenhang mit der vorgesehenen Ambitionssteigerung der EU-Klimaschutzziele bis 2030 notwendig. Die Verhandlungen hierzu werden sich voraussichtlich bis 2023 ausdehnen. Die Novellierung der Richtlinie wird wesentlich durch eine strukturelle Weiterentwicklung des EU-ETS geprägt sein. Diese umfasst u.a. folgende Bereiche: - Ambitionssteigerung durch Absenkung des Cap, - mögliche Fortentwicklung und potenzielle Neuschaffung von Förderinstrumenten (Innovationsfonds etc.), - Ausweitung des Anwendungsbereichs (zum Beispiel Seeverkehr) und/oder Ergänzung um einen separaten Emissionshandel für die Nutzung von Brennstoffen in anderen Sektoren analog zum deutschen nEHS; - Maßnahmen zur Vermeidung von Carbon Leakage (Weiterentwicklung der Zuteilung und Zusammenspiel mit Grenzausgleichsmaßnahmen). Das Projekt hat einen ökonomischen Schwerpunkt und soll die DEHSt als zuständige Behörde und das BMU als federführendes Ressort in diesem Prozess mit wissenschaftlichen Analysen unterstützen.

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

Weiterentwicklung des Produktportolios des Umweltzeichens Blauer Engel - Rahmenvorhaben 2023

Das Vorhaben dient der Ableitung und Weiterentwicklung ambitionierter Standards für umweltfreundliche Produkte und Dienstleistungen im Bereich der freiwilligen Produktkennzeichnung mit dem Blauen Engel. Ein Schwerpunkt wird auf IKT-Produkten liegen (u.a. Computer, Server, gewerbliche Router, Netzwerkkomponenten). Die weitere Konkretisierung der Produkte und Dienstleistungen erfolgt in der Leistungsbeschreibung auf Grundlage der Beschlüsse der Jury Umweltzeichen. Die Ergebnisse tragen auch dazu bei, hohe ökologische Standards in Form von Benchmarks in anderen Instrumenten des produktbezogenen Umweltschutzes national und auf europäischer Ebene, z.B. bei der umweltfreundlichen öffentlichen Beschaffung, zu verankern. Neben der Entwicklung neuer Umweltzeichen für Produkte und Dienstleistungen stehen regelmäßig Aktualisierungen bestehender Vergabekriterien an (www.blauer-engel.de/de/fuer-unternehmen/vergabekriterien). Methodisch ist die Integration von bilanzierenden Indikatoren kontinuierlich weiterzuverfolgen, insbesondere die Energie-/Klimabilanz von Produkten und Dienstleistungen. Ebenso gilt es die Operationalisierung von Aspekten der Kreislaufwirtschaft (Langlebigkeit, Rezyklierbarkeit, Recyclateinsatz) bei den untersuchten Produkten und Dienstleistungen weiterzuentwickeln. Output des Vorhabens sind Neue Umweltzeichen und weiterentwickelte, bestehende Vergabekriterien

Klimasensible Gemeinschaftsverpflegung auf Freizeiten: Entwicklung einer Online-Lösung für Ehrenamtliche zur praktischen deutschlandweiten Umsetzung (Klima-Freizeit)

Zielsetzung: Die Grundidee des Vorhabens ist es, Ehrenamtlichen deutschlandweit die klimabewußte Verpflegungsplanung für Gruppen zu ermöglichen und die klimabewußte Gemeinschaftsverpflegung als didaktisches Element der Freizeitmaßnahmen zu nutzen. Das Ziel des Vorhabens ist es, ehrenamtliche Leiterinnen und Leiter von Freizeit- und Bildungsmaßnahmen in Selbstversorgerhäusern oder an ähnlichen Freizeitstätten in Deutschland zu befähigen und zu motivieren, ihre Freizeit- und Bildungsmaßnahmen insbesondere hinsichtlich der Ernährung mit minimaler Klimawirkung zu planen und umzusetzen. Ein wichtiges Element hierbei ist die regionale saisonale Versorgung. Der räumliche Ausgangspunkt sind Regionen mit einer hohen Selbstversorgerhaus-Betten-Dichte. Auch soll klimafreundliche Ernährung als als integraler Programmbestandteil der Freizeitmaßnahmen genutzt werden. Adressaten (Nutzer) des Vorhabens sind in erster Linie Ehrenamtliche und deren (Dach-) Organisationen, die Ferienfreizeiten und ähnliche Veranstaltungen anbieten. Darüber hinaus sind Betreiber von Selbstversorger-Freizeitheimen und Reiseanbieter von Gruppenreisen weitere potentielle Adressaten. Wenn es gelingt, vorteilhafte Aspekte der Nachhaltigkeitsentwicklung wie Regionalität und Klimaschutz mit den Notwendigkeiten der Freizeitorganisation zu verbinden, können sowohl umweltschonende als auch pädagogische Ziele parallel verfolgt werden. Dies ist Gegenstand des vorgeschlagenen Vorhabens. Der Vorhabensvorschlag fokussiert auf die Ergänzung des bestehenden DEATER.info-Tools um die Klima-Berechnungsfunktionalität. Aus Sicht der Antragsteller besteht für die Nutzer (Ehrenamtliche) kein weiterer Bedarf an separaten Tools wie NAHGAST und KlimaTeller. Diese Tools bieten einen Zusatznutzen für sehr interessierte Personen, verfügen jedoch nicht über eine Wochenplanungsfunktion und vor allem auch nicht über Rezeptvorschläge für Frühstück und Abendessen. Die Motivation der Ehrenamtlichen zur Nutzung von DEATER.info ist primär eine Freizeit-Verpflegungsplanung (Wochenplanung), die durch das vorgeschlagene Vorhabens klima- und handlungsorientiert ergänzt werden soll. Der hier vorgeschlagene Ansatz ergänzt die heute bereits verfügbare und stark nachgefragte Basisfunktionalität „GV-Speiseplanung“ um Klimaeffekte und eröffnet so zusätzliche Handlungs- und Bildungsmöglichkeiten für Ehrenamtliche. Die Ehrenamtlichen werden durch ein attraktives Online-Portal zur Rezeptauswahl und Essenszubereitung bei den notwendigen Schritten zur Gemeinschaftsverpflegung unterstützt und gleichzeitig durch einen „mitlaufenden“ Klimarechner für die Klimawirkung ihrer Planungen sensibilisiert. Schon während der Planungsphase können besonders klimafreundliche Gerichte erkannt und ausgewählt werden. Eine Treibhausgas (THG)-„Lowscore“-Liste im Netz dient dem Vergleich und Benchmarking verschiedener Verpflegungsplanungen auf Basis der Einheit „g THG-Emission pro Person und Verpflegungstag“. Die täglichen Essensplan-Aushänge werden mit QR-Codes mit Klima- und Hintergrunddaten verknüpft, um interessierte Teilnehmer und Teilnehmerinnen weitergehend zu informieren. Darüber hinaus kann während der Freizeitmaßnahme gemeinsam mit Teilnehmenden in Form von Workshops klimafreundliche Entscheidungen bei der Zutaten- und Zubereitungswahl geübt werden wie z. B. Koch-Workshops zur Resteverwertung oder selbstkreierte Mahlzeiten mit (online abzurufenden) „Klima-Preisschild“. Der Schwerpunkt der Ehrenamtlichen-Unterstützung liegt auf der Entwicklung klimafreundlicher (Ernährungs-)Angebote. Die regionale Beschaffung bildet dabei eine Untermenge der klimafreundlichen Lösungen. Oft ist bereits die Umstellung der Ernährungsform (z. B. vegetarisch statt Mischkost) aus Klimasicht erheblich wirksamer als die Umstellung der Bezugsquelle. (Text gekürzt)

Vom Erdeisspeicher zum netzaktiven Prosumer-Quartier, Teilvorhaben: Energie Plus Concept GmbH - Betriebsoptimierung/-strategien

Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des im Vorgängervorhaben 'ErdEis II' umgesetzten Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das Kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2-Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2-Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes, der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen. So kann ein Gesamtoptimum erreicht und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, vermieden werden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.

Vom Erdeisspeicher zum netzaktiven Prosumer-Quartier, Teilvorhaben: Technische Universität Dresden - Systemanalyse und Bedarfsvorhersage mit Simulationen - Ableitung von Optimierungsstrategien

Vorhabensziel des Projekts ist die Überführung des Erdeisspeichers in den Vollbetrieb, das wissenschaftliche Monitoring und Benchmarking sowie die Entwicklung eines District Energy Management Systems (DEMS). Hierzu sollen verschiedene Betriebsmodi getestet, die Betriebsweise aufbauend auf den Ergebnissen optimiert, der Einfluss verschiedener Parameter modellgestützt nachvollzogen und das kalte Nahwärmesystem mit Erdeisspeicher bestmöglich für die Gesamtsystemoptimierung mittels DEMS genutzt werden. Im zukünftigen Energiesystem wird nicht mehr allein auf Energieeffizienz respektive End- und Primärenergiebedarf optimiert werden können. Vielmehr spielt Flexibilität eine zunehmende Rolle, die schließlich gekoppelt an die Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie den tatsächlichen CO2- Ausstoß bestimmen wird. Inzwischen sind Schnittstellen verfügbar, die über Vorhersagen zur CO2- Intensität des Stromnetzes eine entsprechende Optimierung ermöglichen. Diese Optimierung hat im Gesamtkonzept nicht nur wärme- bzw. kälteseitig zu erfolgen, sondern ganzheitlich die Bedarfe und Flexibilitäten des Kalten Nahwärmenetzes (KNW), der Haushaltsstromverbräuche, Mobilitätsbedarfe und Eigenenergieerzeugung miteinzuschließen, um ein Gesamtoptimum zu erreichen und Optimierungen von Teilsystemen, die zu Lasten der Gesamtemissionen gehen, zu vermeiden. Entsprechend müssen auch Bewertungs- und Benchmarkingmethoden passend weiterentwickelt werden.

Energetische Querschnittserhebung deutscher Theaterspielstätten und Monitoring des Opern- und Schauspielhauses Köln mit Schwerpunkt Komfortuntersuchungen

Vorhabenziel: Das Forschungsprojekt bearbeitet zwei Schwerpunkte: Die energetische Querschnittsanalyse von deutschen Theaterspielstätten und das Intensivmonitoring des denkmalgeschützten, aktuell in Sanierung befindlichen Opern- und Schauspielhauses Köln nach seiner Wiedereröffnung 2015. Ziel ist die Analyse von 10- 15 charakteristischen Gebäuden für ein Benchmarking der durch ihre Frequentierung stark öffentlich wahrgenommenen Theaterspielstätten. Detaillierte vergleichende Angaben zu Energiekennwerten, Wirtschaftlichkeit, Lebenszykluskosten und Nutzerzufriedenheit wurden für den Gebäudetypus bislang nicht erhoben, diese erfasst das Forschungsprojekt u.a. mit dem Schwerpunkt Komfortuntersuchung im Monitoring. Arbeitsplanung: Für die energetischen Querschnittsanalysen werden Berechnungen mit den Bilanzierungswerkzeugen TEK-Tool und EnerCalc, sowie Kurzzeitmessungen und Nutzerbefragungen durchgeführt. Für das Intensivmonitoring des Opern- und Schauspielhauses wird ein Messkonzept erarbeitet, welches in Phase 2 mit Messungen, Nutzerbefragung, Auswertungen und Optimierungen umgesetzt wird. Ein mögliches Überführen in ein Langzeitmonitoring wird vorbereitet. Geplante Ergebnisverwertung: Das im Forschungsprojekt erarbeitete Energie-Benchmarking für den Gebäudetypus Theaterspielstätten ermöglicht den Häusern eine Positionierung im Bereich Energie und die Identifizierung von Hochverbrauchern. Die erarbeiteten Kennwerte des Gebäudetypus Theaterspielstätten sollen über den Normenausschuss die Nutzungsrandbedingungen für Theater- und Veranstaltungsbauten der DIN 18599 weiter optimieren helfen. Die erfassten Daten erweitern die EnOB-Datenbank um Theaterspielstätten. In die Forschungsarbeiten werden Studierende einbezogen, ein fachübergreifendes Studienmodul 'Optimierung von Sanierungskonzepten mittels Monitoring' wird entwickelt. Die Bilanzierungswerkzeuge TEK und EnerCalc werden über die Lehre weiter verbreitet und die den Entwicklern gespiegelten Erfahrungen mit TEK helfen die Werkzeuge weiter zu optimieren.

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