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Holz ohne Rinde ernten - Nährstoffentzug minimieren

Forscher testen entrindende Harvesterfällköpfe unter hiesigen Waldbedingungen. Die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) und das Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik (KWF) e.V. wollen kombinierte Fäll- und Entrindungsköpfe, die für die Plantagenwirtschaft mit Eucalyptus entwickelt wurden, unter mitteleuropäischen Waldverhältnissen testen und gegebenenfalls modifizieren. Würde die nährstoffreiche Rinde direkt am Ernteort im Wald verbleiben, hätte dies große Vorteile für den Wald. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), gefördert. Auf geringer nährstoffversorgten Standorten kann die Stammholznutzung mit Rinde langfristig die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen, dies limitiert die nachhaltig erntebaren Mengen. Eine Lösung wäre es, die Stämme gleich nach dem Fällen auf oder neben der Rückegasse zu entrinden. Auf diese Art würde man die Nährstoffe in natürlicher Form im Wald belassen. Daneben birgt diese Vorgehensweise weitere mögliche Vorteile: - Das Transportvolumen ließe sich verringern - Der Entrindungsprozess im Werk könnte entfallen - Aus Energieholzsortimenten könnten rindenfreie Premium-Holzbrennstoffe erzeugt werden, die bei der Verbrennung einen deutlich geringeren Aschenanteil haben und weniger Feinstaub freisetzen. - Forstschutzaspekte. Auf südafrikanischen und brasilianischen Plantagen haben sich Harvesterköpfe, die sowohl entasten als auch entrinden können, bereits bewährt. Im Vorhaben wollen die Forscher diese Technik unter mitteleuropäischen Verhältnissen erproben und gegebenenfalls anpassen. Die Versuche finden in Bayern und Niedersachsen mit verschiedenen Baumarten und Sortimenten statt. Dabei analysieren die Forscher neben den technischen auch die ökologischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte. Unter anderem wird die HSWT Nährstoffbilanzen auf den Untersuchungsflächen erstellen. Über die Beteiligung von Partnern aus der Wirtschaft, darunter Sägewerke, Industrieholzabnehmer und Scheitholzproduzenten, soll der Ansatz mit einer größtmöglichen Praxisnähe entwickelt werden. Momentan verwerten Sägewerke die anfallende Rinde - allerdings mit relativ geringer Wertschöpfung - als Rindenmulch oder Brennstoff. Diese Nutzung könnte künftig zu Gunsten eines besseren Nährstoffkreislaufes geringer ausfallen. Ein Problem bei der Nutzung von entrindetem Holz gibt es bei längerer Lagerung im Wald, weil es dann zu Verfärbungen kommt. Dies könnte Einfluss auf die Vermarkt- und Verarbeitbarkeit haben. Bis zum Projektabschluss im August 2017 wird sich herausstellen, ob und zu welchem Grad diese Nachteile tatsächlich zutreffen und in welcher Relation sie zu den Vorteilen stehen. Informationen zum Projekt stehen auf http://www.fnr.de im Menü Projekte & Förderung unter den Förderkennzeichen 22013213 und 22012214 bereit.

Erneuerbare Wärmenetze für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung ländlicher Siedlungen

Der ländliche Raum stellt eine besondere Herausforderung für die Wärmewende dar. Während in den Städten auf einen deutlichen Ausbau der Fernwärme gesetzt wird, findet regenerative Nahwärmenetze in ländlichen Siedlungen bisher zu wenig Berücksichtigung in den Studien für die Wärmewende. Hier setzt das Projekt ruralHeat an. Das Projektziel ist zum einen die wissenschaftliche Begleitung von Planung und Umsetzung der solaren Nahwärme in Bracht und Rüdigheim sowie zum anderen die Übertragbarkeit auf andere ländliche Siedlungen. Die Innovation in Bracht und Rüdigheim liegt darin, dass über 70% des Wärmebedarfs durch Solarwärme in Verbindung mit einem saisonalen Wärmespeicher gedeckt wird. Somit ist die Solarthermie nicht mehr ein 'fuel saver', sondern der Hauptwärmeerzeuger. Komplettiert wird das System mit einer Großwärmepumpe zur Speicherentladung und zwei Holzkesseln für die Spitzenlast. Das 100% regenerative Nahwärmekonzept ist zudem günstiger und wesentlich schneller umsetzbar als Maßnahmen an Einzelgebäuden (energetische Sanierung, Umstellung der Heizung). Die wissenschaftliche Begleitung unterstützt die beiden Bürgergenossenschaften bei Planung und Bau durch Simulationen zum Betrieb und Regelung der komplexen Anlage. Die Ergebnisse aus den beiden Demonstrationsanlagen sollen anhand von 10 Fallstudien auf die Übertragbarkeit auf andere ländliche Gebiete geprüft werden. Hierbei werden auch weitere technologische und energiewirtschaftliche Konzepte für 100% erneuerbare Nahwärmelösungen betrachtet und verglichen. Aus den Erkenntnissen wird ein webbasiertes Vorauslegungstool entwickelt, dass interessierten Kommunen oder Bürgerinitiativen bereits im frühen Stadium (d.h. mit wenig Inputdaten) eine Vorauswahl möglicher Nahwärmelösungen auf Basis erneuerbarer Wärme ermöglicht. Das Ziel des Vorauslegungstools ist somit eine Lenkungswirkung hin zur EE-Wärme und eine Hilfestellung für Kommunen, um den Aufwand für die Betrachtung möglicher Varianten zu reduzieren.

Energieverbrauch privater Haushalte

<p>Die privaten Haushalte benötigten im Jahr 2024 etwa gleich viel Energie wie im Jahr 1990 und damit gut ein Viertel des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland. Sie verwendeten mehr als zwei Drittel ihres Endenergieverbrauchs, um Räume zu heizen.</p><p>Endenergieverbrauch der privaten Haushalte</p><p>Private Haushalte verbrauchten im Jahr 2024 625 Terawattstunden (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TWh#alphabar">TWh</a>⁠) Energie, das sind 625 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh). Dies entsprach einem Anteil von gut einem Viertel am gesamten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠.</p><p>Im Zeitraum von 1990 bis 2024 fiel der Endenergieverbrauch in den Haushalten – ohne Kraftstoffverbrauch, da dieser dem Sektor Verkehr zugeordnet ist – um 4,5&nbsp;% (siehe Abb. „Entwicklung des Endenergieverbrauchs der privaten Haushalte“). Dabei herrschten in den Jahren 1996, 2001 und 2010 sehr kalte Winter, die zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch für Raumwärme führten. So lag der Energieverbrauch im sehr kalten Jahr 2010 etwa 14 % über dem Wert des eher warmen Jahres 1990.</p><p>Höchster Anteil am Energieverbrauch zum Heizen</p><p>Die privaten Haushalte benötigen mehr als zwei Drittel ihres Endenergieverbrauchs, um Räume zu heizen (siehe Abb. „Anteil der Anwendungsbereiche der privaten Haushalte 2008 und 2024“). Sie nutzen zurzeit dafür hauptsächlich Erdgas und Mineralöl. An dritter Stelle folgt die Gruppe der erneuerbaren Energien, an vierter die Fernwärme. Zu geringen Anteilen werden auch Strom und Kohle eingesetzt. Mit großem Abstand zur Raumwärme folgen die Energieverbräuche für die Anwendungsbereiche Warmwasser sowie sonstige ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozesswrme#alphabar">Prozesswärme</a>⁠ (Kochen, Waschen etc.) bzw. ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozessklte#alphabar">Prozesskälte</a>⁠ (Kühlen, Gefrieren etc.).</p><p>Mehr Haushalte, größere Wohnflächen – Energieverbrauch pro Wohnfläche sinkt</p><p>Der Trend zu mehr Haushalten, größeren Wohnflächen und weniger Mitgliedern pro Haushalt (siehe „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/strukturdaten-privater-haushalte/bevoelkerungsentwicklung-struktur-privater">Bevölkerungsentwicklung und Struktur privater Haushalte</a>“) führt tendenziell zu einem höheren Verbrauch. Diesem Trend wirken jedoch der immer bessere energetische Standard bei Neubauten und die Sanierung der Altbauten teilweise entgegen. So sank der spezifische ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠ (Energieverbrauch pro Wohnfläche) für Raumwärme seit 2008 um über 40 % (siehe Abb. „Endenergieverbrauch und -intensität für Raumwärme – Private Haushalte (witterungsbereinigt“)).</p><p>Stromverbrauch mit einem Anteil von rund einem Fünftel</p><p>Der Energieträger Strom hat einen Anteil von rund einem Fünftel am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠ der privaten Haushalte. Hauptanwendungsbereiche sind die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozesswrme#alphabar">Prozesswärme</a>⁠ (Waschen, Kochen etc.) und die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozessklte#alphabar">Prozesskälte</a>⁠ (Kühlen, Gefrieren etc.), die zusammen rund die Hälfte des Stromverbrauchs ausmachen. Mit jeweiligem Abstand folgen die Anwendungsbereiche Informations- und Kommunikationstechnik, Warmwasser und Beleuchtung (siehe Abb. „Anteil der Anwendungsbereiche am Netto-Stromverbrauch der privaten Haushalte 2008 und 2024“).</p><p>Direkte Treibhausgas-Emissionen privater Haushalte sinken</p><p>Der Energieträgermix verschob sich seit 1990 bis heute zugunsten von Brennstoffen mit geringeren Kohlendioxid-Emissionen und erneuerbaren Energien. Das verringerte auch die durch die privaten Haushalte verursachten direkten Kohlendioxid-Emissionen (d.h. ohne Strom und Fernwärme) (siehe Abb. „Direkte Kohlendioxid-Emissionen von Feuerungsanlagen der privaten Haushalte“).</p>

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Adaption Verbrennungstechnologie Staubfeuerung auf biogene Reststoffe

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Eine besondere strategische Relevanz gewinnt BioBrauS dadurch, dass nicht nur biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, einer weitergehenden energetischen Verwertung zugänglich gemacht werden, sondern auch der Verbrauch der fossilen Primärressource Braunkohle mit hohen CO2-Aussstoß reduziert wird. Ziel ist die Entwicklung eines Brennstoffes aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist, mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung zu verwerten. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparameter der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärrest und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

Entwicklung eines Verfahrens zur Wiederaufbereitung von Polyolefinabfaellen

Abfaelle aus polyolefinischen Materialien fallen einerseits in grossen Mengen in Form von Verpackungsmaterial oder Ein-Weg-Gebrauchsgegenstaenden beim Endverbraucher an. Andererseits werden auch bei der Herstellung von Polyolefinen, je nach Herstellungsverfahren und -bedingungen niedermolekulare und wachsartige Nebenprodukte erhalten, die nur zum geringen Teil Verwendung finden. Diese Abfaelle - sowohl die Nebenprodukte aus der Produktion als auch die Abfaelle aus dem Endverbrauch - werden zum groessten Teil verworfen und finden nur zum geringen Teil Anwendung, z.B. bei der Dampferzeugung in Kraftwerken oder Muellverbrennungsanlagen. Mit dem Forschungsprojekt soll daher geprueft werden, wie weit aus diesen Polyolefinabfaellen die Rohstoffe - Aethylen oder Propylen - oder andere Komponenten der chemischen Grundstoffproduktion - z.B. Acetylen - gewonnen werden koennen.Bei den entwickelten Verfahren wurden, im Gegensatz zu den mechanisch-thermischen Aufbereitungsverfahren, die Polyolefine einer partiellen Oxidation unterworfen. Bei dem Forschungsprojekt wurde zunaechst von ataktischem Polypropylen ausgegangen. Dies wurde aufgeschmolzen und in einem Injektionsbrenner zerstaeubt und anschliessend in einer Brennkammer mit Sauerstoff partiell oxidiert. Der Oxidationsvorgang wird dabei durch die Eigenschaften des Brennstoffnebels - Troepfchengroesse, Relativgeschwindigkeit Troepfchen/Gas- und durch die Menge des im Unterschuss eingesetzten Sauerstoffs beeinflusst. Hierdurch laesst sich die Produktverteilung bei der partiellen Oxidation, insbesondere die Konzentration an Olefinen und Acetylen, in relativ weiten Grenzen steuern.

Weiterentwicklung der Chemical-Looping-Verbrennung von heimischen Brennstoffen, Teilvorhaben: Pilotversuche und Prozessbilanzierung

Bereitstellung von erneuerbarem CO2 aus biogenen Festbrennstoffen mittels Oxyfuel-Verbrennung, Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung eines Partialkondensators zur Bereitstellung von biogenem CO2

Abloesung der Einzelofenheizungen durch gas- und oelbetriebene Warmluft-Kachelofenheizungen in den neuen Bundeslaendern

Energie- und Kohlenstoff-Roadmap für die europäische Chemieindustrie

Ecofys unterstützte den CEFI, bei der Entwicklung und Ausarbeitung der Energie- und Kohlenstoff-Roadmap 2050 . Die Roadmap untersucht, welche Rolle die Chemieindustrie langfristig betrachtet in einem energieeffizienten und emissionsarmen Europa der Zukunft spielen kann. In vier versch. Szenarien werden die zukünftige Nachfrage nach und damit die Produktion von Produkten der chemischen Industrie bis 2050 sowie die Entwicklung und der Einsatz von Energieeffizienz- und kohlenstoffarmen Technologien bewertet. Die Szenarien unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihrer Annahmen zum energie- und klimapol. Umfeld in Europa und dem Rest der Welt, zur Entwicklung von Energie- und Rohstoffpreisen sowie der Geschwindigkeit, mit welcher relevante Innovationen voranschreiten. Die Studie untersucht ebenfalls, welche Rolle der europäischen Chemieindustrie in der Bereitstellung von Energieeffizienz- und kohlenstoffarmen Lösungen für andere Wirtschaftsbranchen zukommen kann. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Produkte der chemischen Industrie in allen Wirtschaftsbereichen Verbesserungen in der Energieeffizienz und der Minderung von Treibhausgasemissionen ermöglichen, wobei sich diese Rolle der Chemieindustrie künftig noch verstärken dürfte. Weiterhin wird in der Studie deutlich, dass die Preisdifferenzen, welche für Energie und Rohstoffe im Vergleich zu den wichtigsten Wettbewerbsregionen bestehen, die globale Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Chemieindustrie gefährden. Eine auf Europa beschränkte und nicht global abgestimmte Energie- und Klimapolitik, welche zu höheren Kosten der europäischen Produktion führt, würde die Wettbewerbsfähigkeit weiter schwächen und zu einer geringeren Produktion in Europa und damit zu vermehrten Importen von chemischen Produkten nach Europa führen. Die Verbesserung der Energieeffizienz wird den größten Beitrag leisten, die zukünftigen Treibhausgasemissionen der europäischen Chemieindustrie zu reduzieren. Des Weiteren können alternative Brennstoffe zur Erzeugung von Prozesswärme sowie die Vermeidung von Lachgasemissionen sich positiv auf die Emissionsminderung auswirken. Darüber hinaus bergen die Dekarbonisierung des Stromsektors und nach 2030 auch die CCS-Technologie zusätzliche Emissionsminderungspotentiale. Wachstum und Innovation wird dabei in den kommenden Jahren bei der Erzielung realer Emissionsminderungen eine entscheidende Rolle zukommen. Angesichts dieser Ergebnisse appelliert die Studie an die politischen Entscheidungsträger, die energie- und klimapolitische Rahmenbedingungen derart zu gestalten, dass Anreize für ein nachhaltiges und effizientes Wachstum der chemischen Industrie geschaffen werden, um die Attraktivität für Investitionen zu steigern und weitere Innovationen zu fördern. Die Studie liefert wertvollen Input für die Diskussion zur europäischen Energieversorgung sowie der post 2020 Klima und Industriepolitik. Ecofys kam die Rolle der Projektkoordination zu und lieferte zudem unabhängige analyt. Beiträge.

Graduiertenkolleg (GRK) 1398: Non-linearities and upscaling in porous media, GRK 1398: Nichtlinearitäten und Upscaling in porösen Medien

Der Umgang mit Nichtlinearitäten und die Frage des Upscaling stellen eine der größten Herausforderungen für technische und umweltrelevante Anwendungen im Gebiet der Strömungs- und Transportphänomene in porösen Medien dar. Eine Vielzahl hierarchischer (räumlicher und zeitlicher) Skalen können in porösen Medien identifiziert werden, die im Allgemeinen mit deren Heterogenitätsstrukturen zusammenhängen. Strömungs- und Transportphänomene können von gekoppelten Mechanismen verursacht oder beeinflusst werden, die von einem nichtlinearen Zusammenspiel von physikalischen, (geo-)chemischen und/oder biologischen Prozessen herrühren. Um Probleme auf diesem Feld sinnvoll angehen zu können, ist eine interdisziplinäre Umgebung unerlässlich. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeichnen sich in den unterschiedlichsten Arbeitsgebieten aus: angewandte Mathematik, Umwelt- und Bauingenieurwesen, Geowissenschaften und Erdölingenieurwissenschaften. Die gemeinsamen niederländisch-deutschen Forschungsprojekte werden an der TU Delft, der TU Eindhoven, der Universität Utrecht und der Universität Stuttgart durchgeführt. Grundlagenforschung, so wie etwa die Anwendung stochastischer Modelle und die Entwicklung effizienter numerischer Methoden, soll mit angewandter Forschung auf Feldern wie der Optimierung von Brennstoffzellen, Sequestrierung von CO2 oder der Vorhersage von Hangrutschungen verbunden werden. Als mögliche weiterführende Themen werden auch Anwendungen in der Papierherstellung oder der Biomechanik angestrebt. Ein zentraler Aspekt des Internationalen Graduiertenkollegs ist ein Lehrprogramm, das die Unterstützung von Lehre und Forschung von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zum Ziel hat. Dies soll erreicht werden, indem anspruchsvolle Kurse angeboten werden, die typischerweise die Fragestellungen der jungen Wissenschaftler abdecken. Außerdem soll alle vier Wochen via Videokonferenz ein Graduiertenseminar zur Diskussion von Forschungsergebnissen stattfinden. Es soll weiterhin ein Austauschprogramm geben, das Doktorandinnen und Doktoranden erlaubt, sechs bis neun Monate im Partnerland zu verbringen. Das somit entstehende internationale und interdisziplinäre Umfeld wird es Doktorandinnen und Doktoranden ermöglichen, effizient Spitzenforschung auf dem Feld der Nichtlinearitäten und des Upscaling im Untergrund durchzuführen.

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