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Nutzung der Wasserkraft

<p>Die Kraft des Wassers zu nutzen hat eine lange Tradition und ist bis heute als erneuerbare Energiequelle von Bedeutung. Gleichzeitig hat die Energiegewinnung aus Flüssen vielfältige sozioökonomische und ökologische Wirkungen, die es zu beachten gilt.</p><p>Vom Wasser zum Strom</p><p>Das physikalische Grundprinzip der Wasserkraftnutzung ist, die Bewegungsenergie und die potenzielle Energie des Wassers in nutzbare Energie umzuwandeln. Der Energiegewinn aus Wasserkraft ist umso höher, je mehr Wasser aus möglichst großer Fallhöhe auf die Schaufeln einer Turbine oder eines Wasserrads trifft. Bergige Landschaften mit viel Wasser aus Niederschlägen sind daher besonders für die Wasserkraftnutzung geeignet.</p><p>Bei der Erzeugung von Wasserkraft wird zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken unterschieden. Ein Laufwasserkraftwerk nutzt die augenblicklich verfügbare Wassermenge eines Flusses oder Bachs. Speicherkraftwerke halten das Wasser zurück. Es wird dann zu Zeiten höheren Strombedarfes durch die Turbinen geleitet.</p><p>Pumpspeicherkraftwerke sind eine Sonderform der Speicherkraftwerke. Hierbei wird Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken gepumpt, um es bei Strombedarf nutzen zu können.</p><p>Auswirkungen der Wasserkraftnutzung auf die Gewässerökologie</p><p>Die Wasserkraftnutzung greift erheblich in Natur und Landschaft ein. Aus der Berichterstattung zur EU-⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Wasserrahmenrichtlinie#alphabar">Wasserrahmenrichtlinie</a>⁠ ist bekannt, dass in 37 Prozent aller berichteten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Wasserkrper#alphabar">Wasserkörper</a>⁠ – das sind über 51.000 Flusskilometer – die Wasserkraftnutzung Gewässer signifikant belastet. Dadurch werden die Gewässerschutzziele – der gute ökologische Zustand – nahezu vollständig verfehlt. Zu den gravierendsten Auswirkungen der Wasserkraft auf die Gewässer und Auen zählen:</p><p>Wasserkraftanlagen neu zu bauen oder zu betreiben, ist deshalb kritisch zu bewerten. Die Mehrzahl der existierenden Anlagen in Deutschland ist aus ökologischer Sicht dringend modernisierungsbedürftig. In den kommenden Jahren müssen Durchgängigkeit, Mindestwasserführung, hydrologische Situation und Fischschutz verbessert werden – auch um die gesetzlichen Ziele der Wasserrahmenrichtlinie zu erreichen.</p><p>Leitplanken für die Stromerzeugung aus Wasserkraft und Erneuerbare Energien Gesetz </p><p>Das Umweltbundesamt empfiehlt folgende Leitplanken für die Stromerzeugung aus Wasserkraft:</p><p>Mit dem „Gesetz zu Sofortmaßnahmen für einen beschleunigten Ausbau der erneuerbaren Energien und weiteren Maßnahmen im Stromsektor“ wurde dem Ausbau der erneuerbaren Energien ein überragendes öffentliches Interesse eingeräumt. Im Rahmen der Abwägung verschiedener Interessen und Schutzgüter erhalten die erneuerbaren Energien damit ein besonders hohes Gewicht. Insgesamt verfolgt das EEG dennoch einen einheitlichen Ansatz, um ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠-, Umwelt- und Naturschutz miteinander zu verbinden. Wichtige Belange sollen nicht gegeneinander ausgespielt werden. Zur Frage wie weit das überragende Interesse reicht hat das Umweltbundesamt ein <a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/die-besondere-bedeutung-der-erneuerbaren-energien">Factsheet</a> erstellt.</p><p>Wasserkraftnutzung in Deutschland </p><p>Die Wasserkraft ist mit einem Anteil von etwa 15 Prozent an der weltweiten Stromversorgung eine bedeutende erneuerbare Energiequelle. Im globalen Vergleich zählen China, Kanada, Brasilien, USA, Russland und Indien zu den größten Erzeugern von Strom aus Wasserkraft. In Europa sind Norwegen, Frankreich, Schweden, Türkei und Italien die größten Produzenten.</p><p>In Deutschland wird Wasserkraft vorwiegend in den abfluss- und gefällereichen Regionen der Mittelgebirge, der Voralpen und Alpen sowie an allen größeren Flüssen genutzt. Daher werden über 80 Prozent des Wasserkraftstroms in Bayern und Baden-Württemberg erzeugt. Etwa 86 Prozent des gesamten Leistungsvermögens der großen Wasserkraftanlagen liegt an neun großen Flüssen vor: Inn, Rhein, Donau, Isar, Lech, Mosel, Main, Neckar und Iller.</p><p>Wasserkraftanlagen in Deutschland</p><p>Gegenwärtig werden in Deutschland etwa 8.300 Wasserkraftanlagen betrieben. Vor allem kleine Anlagen mit einer installierten Leistung von höchstens einem Megawatt dominieren den Anlagenbestand mit 95 Prozent; ihr Anteil an der Stromerzeugung ist jedoch gering (s.u.). Den verbleibenden Anteil teilen sich große Wasserkraftanlagen mit einer installierten Leistung über einem Megawatt (436 Anlagen) und Pumpspeicherkraftwerke (31 Anlagen).</p><p>Die Nutzung der Wasserkraft erfolgt in Deutschland vor allem über Laufwasserkraftwerke. Speicherkraftwerke haben demgegenüber einen viel geringeren Anteil von etwa 2,5 Prozent.</p><p>Stromproduktion aus Wasserkraft in Deutschland</p><p>In das öffentliche Stromnetz speisen etwa 7.300 Wasserkraftanlagen ein. Sie decken über die Jahre je nach Wasserführung 2,9 bis 3,8 Prozent des jährlichen Bruttostromverbrauchs bei. Über 90 Prozent des Wasserkraftstromes stammt aus großen Wasserkraftanlagen.</p><p>Der Anteil der Wasserkraft an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ist über die Jahre gesunken und liegt gegenwärtig noch bei ca. 8 Prozent. Dieser Anteil wird in Zukunft weiter sinken, da die Potenziale der Wasserkraftnutzung in Deutschland weitgehend erschlossen sind, während andere erneuerbare Energieträger größere Potenziale aufweisen und weiter ausgebaut werden. Darüber hinaus kann sich die durch den ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ bedingte Zunahme von Trockenperioden negativ auf den Energieertrag von Wasserkraftanlagen auswirken.</p><p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen">Aktuelle Zahlen</a> zur Wasserkraftnutzung werden regelmäßig von der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) veröffentlicht. Über die Umsetzung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Bereich Wasserkraft unterrichten die <a href="https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Downloads/S-T/schlussbericht-wasserkraft-231027.pdf?__blob=publicationFile&amp;v=6%20l">EEG-Erfahrungsberichte</a>. Anlagendaten sind über das Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur recherchierbar.</p><p>Wasserkraftpotenzial in Deutschland</p><p>Das technisch-ökologische Potenzial der Wasserkraftnutzung in Deutschland wird auf etwa 25 Terawattstunden (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TWh#alphabar">TWh</a>⁠) Strom pro Jahr beziffert. In den vergangenen zehn Jahren wurden bereits bis zu 23 TWh Strom pro Jahr aus Wasserkraft gewonnen. Damit ist das Wasserkraftpotenzial zu großen Teilen erschlossen. Zwischenzeitlich haben viele Bundesländer die Potenziale der Energiegewinnung aus Wasserkraft weiter konkretisiert. Dafür wurden fast 40.000 Standorte bestehender Querbauwerke und Wasserkraftanlagen sowie auch frei fließende Gewässerstrecken in Hinblick auf noch zu erschließende Wasserkraftpotenziale analysiert. Auf dieser Basis gehen die Länder derzeit von einem grundsätzlich noch erschließbaren Wasserkraftpotenzial von 1,3 bis 1,4 TWh aus. Etwa 70 Prozent dieses Potenzials entfallen auf die Modernisierung bestehender Wasserkraftanlagen.</p><p>Die Rolle der Wasserkraft bei der Energiewende</p><p>In den letzten Jahren wurden die Rahmenbedingungen einer vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Stromversorgung in Deutschland in verschiedenen Studien analysiert, so auch in der Studie "<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/szenarien-konzepte-fuer-die-klimaschutz/rescue-wege-in-eine-ressourcenschonende">RESCUE – Wege in eine ressourcenschonende Treibhausgasneutralität</a>" des Umweltbundesamtes. Sowohl die progressiven als auch die konservativen Szenarien unterscheiden sich hinsichtlich der künftigen Entwicklung der Wasserkraft nur geringfügig. Demnach wird die Wasserkraft keinen großen Beitrag zur deutschen ⁠Bruttostromerzeugung⁠ leisten. Alle Szenarien zeigen einheitlich, dass die Wasserkraft ihr technisch-ökologisches Potenzial im Großen und Ganzen bereits ausschöpft.</p><p>Wasserkraft und Klimawandel</p><p>Bei der Abschätzung der zukünftigen Stromerzeugung aus Wasserkraft ist der ⁠Klimawandel⁠ mit zu betrachten, denn die Höhe des Stromertrags hängt u.a. von der Wassermenge ab. Das Umweltbundesamt hat die möglichen Effekte des Klimawandels auf die Ertragssituation der Wasserkraft <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/klimafolgen-fuer-wasserkraftnutzung-in-deutschland">untersuchen lassen</a>. Demnach kann bis zur Hälfte des 21. Jahrhunderts mit einer Mindererzeugung aus Wasserkraft um ein bis vier Prozent und für den Zeitraum danach um bis zu 15 Prozent gerechnet werden.</p><p>So zeigen Berechnungen an ausgewählten Wasserkraftanlagen an Hochrhein, Lech und Main Schwankungen in der Stromerzeugung von plus/minus neun Prozent in Abhängigkeit des Wasserdargebots. Um mögliche Mindererzeugungen der Wasserkraft zu kompensieren, empfiehlt es sich, die Anlagen zu optimieren und die Vorhersagemodelle für den Oberflächenabfluss weiter zu verbessern.</p><p>Wasserkraftwerk bei Griesheim im Main von oberstrom fotografiert.</p><p>Wasserkraftwerk bei Griesheim im Main von unterstrom fotografiert.</p><p>Wasserkraftanlage in der Sieg (Unkelmühle).</p><p>Demonstration der Nutzung von Wasserkraft.</p><p>Wasserkraftanlage in der Saale bei Öblitz.</p><p>Wasserkraftanlage in der Saale unterhalb von Jena.</p><p>Wasserkraftnutzung im Bayerischen Wald.</p><p>Ausleitungswehr für die Wasserkraftnutzung bei Tübingen.</p><p>Literatur</p><p>Anderer Pia, Dumont Ulrich, Linnenweber Christof, Schneider Bernd (2009): Das Wasserkraftpotenzial in Rheinland-Pfalz. In: KW Korrespondenz Wasserwirtschaft 2009 (2) Nr. 4. 223-227.</p><p>Anderer, Pia; Heimerl, Stephan; Raffalski, Niklas; Wolf-Schumann, Ulrich (2018): Potenzialstudie Wasserkraft in Nordrhein-Westfalen. WasserWirtschaft 5 – 2018. 33-39.</p><p>⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=BMU#alphabar">BMU</a>⁠ (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) (2010): Potentialermittlung für den Ausbau der Wasserkraftnutzung in Deutschland als Grundlage für die Entwicklung einer geeigneten Ausbaustrategie. Aachen. 2010.</p><p>Helbig, Ulf; Stiller, Felix (2020): Potentialstudie WKA Brandenburg. Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik TU Dresden. Vortrag. (Unveröffentlicht).</p><p>International Hydropower Association (IHA) 2022: Hydropower Status Report. Sector trends and insights.</p><p>Kraus Ulrich, Kind Olaf, Spänhoff Bernd (2011): Wasserkraftnutzung in Sachsen – aktueller Stand und Perspektiven. 34. Dresdner Wasserbaukolloquium 2011: Wasserkraft – mehr Wirkungsgrad + mehr Ökologie = mehr Zukunft. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen. 11-18.</p><p>LANUV (Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen) [Hrsg.] (2017): Potenzialstudie Erneuerbare Energien NRW Teil 5 – Wasserkraft. LANUV-Fachbericht 40. Pia Anderer, Edith Massmann (Ingenieurbüro Floecksmühle GmbH), Dr. Stephan Heimerl, Dr. Beate Kohler (Fichtner Water &amp; Transportation GmbH), Ulrich Wolf-Schumann, Birgit Schumann (Hydrotec Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbH). Recklinghausen 2017.</p><p>LfU - Bayerisches Landesamt für Umwelt (2020). Energieatlas Bayern. <a href="https://www.energieatlas.bayern.de/thema_wasser/daten.html">https://www.energieatlas.bayern.de/thema_wasser/daten.html</a>. Zugriff am 04.05.2021.</p><p>MWAG - Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Mecklenburg-Vorpommern [Hrsg.] (2011): Landesatlas Erneuerbare Energien Mecklenburg-Vorpommern 2011. Projektbearbeitung: Energie-Umwelt-Beratung e.V./Institut Rostock. Schwerin – Neubrandenburg.</p><p>Naumann, S. (2022): Aktueller Gewässerzustand und Wasserkraftnutzung. In Korrespondenz Wasserwirtschaft 2022 (15) Nr. 12. 743-748.</p><p>Radinger, J., van Treeck R., Wolter C. (2021). Evident but context-dependent mortality of fish passing hydroelectric turbines. conservation biology. Volume36, Issue3. DOI: 10.1111/cobi.13870.</p><p>Reiss, J.; Becker, A.; Heimerl S. (2017): Ergebnisse der Wasserkraftpotenzialermittlung in Baden-Württemberg. In: WasserWirtschaft 10/2017. 18-23.</p><p>Theobald, Stephan (2011): Analyse der hessischen Wasserkraftnutzung und Entwicklung eines Planungswerkzeuges „WKA-Aspekte“. Universität Kassel. Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft. Erläuterungsbericht i.A. Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Wiesbaden. August 2011.</p><p>TMWAT - Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Technologie [Hrsg.] (2011): Neue Energie für Thüringen Ergebnisse der Potenzialanalyse. Thüringer Bestands- und Potenzialatlas für erneuerbare Energien. Studie im Auftrag des Thüringer Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Technologie 2010–2011.</p><p>⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ - Umweltbundesamt [Hrsg.] (1998): Umweltverträglichkeit kleiner Wasserkraftwerke – Zielkonflikte zwischen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠- und Gewässerschutz. Meyerhoff J., Petschow U.. Institut für ökologische Wirtschaftsforschung GmbH, Berlin, UFOPLAN 202 05 321, UBA-FB 97-093, In: UBA Texte 13/98, 1-150.</p><p>UBA -Umweltbundesamt [Hrsg.] (2001): Wasserkraftanlagen als erneuerbare Energiequelle –rechtliche und ökologische Aspekte. BUNGE T. et. al.. In: UBA Texte 01/01, 1-88.</p>

Modelling of soil moisture in high spatial resolution for farmed grasslands in China based on airborne thermal data

In Inner Mongolia the heterogeneity of rainfall patterns, differences in grazing intensity and topography lead to strong temporal and spatial variability of soil moisture which has great effects on vegetation growth and influences CO2 and water fluxes. The spatial and temporal distribution and variability of near surface soil moisture will be modelled with a new approach using the atmospheric boundary layer model HIRVAC and thermal imagery obtained during the 2009 field campaign within the MAGIM research group. Thermal imagery was collected using a microlite aircraft which emerged as an adequate platform particularly for remote areas. The resulting soil moisture grids will allow for the analysis of spatial soil moisture variability at field and local scale. The high geometrical resolution (1 m) closes the gap between point surface and satellite measurements.

CO2 und Staub - zwie interaktive Ausstellungen des WZU auf Reisen

Staub - Spiegel der Umwelt. Der Mensch hat schon früh die ungewöhnlichen Eigenschaften staubfeiner Stoffe für seine Zwecke genutzt, indem er sie z.B. zur Körperbemalung verwandte. Zugleich ist seit prähistorischen Zeiten bekannt, dass Staub auch eine Gefahr sein kann. Mit dem Atem dringt er in den Körper ein - und umso tiefer, je feiner er ist. Vor dem Hintergrund der Diskussion über Feinstaub und über nanoskalige Materialien ist es das Ziel der Ausstellung, auf unterhaltsame und doch ernsthafte Weise über den Umweltfaktor Staub zu informieren. Ein großer Experimentierbereich macht die Ausstellung gerade für Schüler und sogar für Kinder zu einem spannenden Erlebnis. Seit 2006 ist die Ausstellung zu Gast in Museen, Museen in Deutschland in Umweltbildungseinrichtungen und auf internationalen Messen. 2009 wurden Exponate der Ausstellung gleich zweimal in China präsentiert, nämlich in Shenyang und in Wuhan - in einem Pavillion des BMBF. 2011 wurde sie im Bremer Haus der Wissenschaft gezeigt. Aktuell sind einzelne Exponate im Mineralogischen Museum der Universität Bonn zu sehen. C02- Ein Stoff und seine Geschichte 30 Prozent: Das war der Gehalt. an Kohlendioxid in der Atmosphäre der jungen Erde vor drei bis vier Milliarden Jahren. Heute sind es 0,038 Prozent. Der Rest steckt in Kalksteinen, Lebewesen und natürlich den fossilen Brennstoffen, wie Öl, Gas und Kohle. Wie das Kohlendioxid dorthin gekommen ist, welche Rolle es gespielt hat in der Entwicklung von Erde, Leben und Klima - diese Geschichte erzählt die Ausstellung. Neben Bildschirminformationen und kleinen Filmen rund um den Stoff gibt es verschiedene Experimentierstationen. Eine davon findet sich in vielen Haushalten: ein Sprudelautomat. Sie zeigt, dass C02 zwar problematisch, doch kein giftiger Stoff ist, sondern ein Teil des Lebens, ein Teil der Erde. Wälder und Wiesen, Brot und Wein: Alles das war ursprünglich C02. C02 ist das Hauptprodukt der Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas, die ihrerseits mumifizierte, verwandelte Reste von Geschöpfen des Meeres oder des Landes sind. Es entsteht auch sonst überall dort, wo Leben vergeht. Die Chemiker bezeichnen es als anorganische Kohlenstoffverbindung, was ein Unsinn ist, denn ein organischeres Molekül ist gar nicht denkbar. Dieses Gas ist 'der letzte Weg allen Fleisches ', wie der Chemiker Primo Levi schrieb. Es ist die eigentliche Asche der Geschöpfe; eine gasförmige Asche, sie steigt auf in die Luft und verteilt sich rasch. Sie wirkt überhaupt nicht tot, sondern unruhig und lebendig, und schmeckt sogar erfrischend. Aus der Perspektive des Lebens ist die Luftartigkeit des C02 die entscheidende Qualität, die den Kohlenstoff, der auf Erden selten ist, allen anderen Elementen überlegen macht. Wäre C02 wie die meisten Oxide fest und schwer löslich, das Leben wäre rasch erloschen. Wäre es flüssig, so wäre das Leben aus dem Meer nie herausgekommen usw.

Online Grundwasserüberwachung für die Olympischen Spiele 2008 in China

Die Olympischen Disziplinen im Rudern und Schwimmen wurden im Shunyi Water Park im Nordosten Pekings ausgetragen. Die extra dafür angelegten künstlichen Seen werden zum Teil mit Grundwasser aus Brunnen im Umland des Parks versorgt. In Zusammenarbeit mit unserem chinesischen Kooperationspartner BNEAT Co. Ltd. wurde ribeka beauftragt ein Grundwasser Monitoring System für das Umland des Shunyi Water Park zu entwerfen und installieren. Zahlreiche Multi-Parameter Datenlogger wurden in den Brunnen zur Überwachung der Grundwasserqualität und der zeitlichen Entwicklung des Grundwasserstandes installiert. Die Datenlogger wurden mit der neuesten Generation von GPRS Datenübertragungsmodulen ausgerüstet. Das Grundwassermonitoring kann somit in Echtzeit durchgeführt werden, die Daten sind direkt in der Grundwasser Monitoring Software GW-Base® verfügbar. Der technische Support erfolgt über unseren chinesischen Kooperationspartner als auch durch regelmäßige Besuche von ribeka Personal in Peking.

Fuetterungsversuche mit ausgefaultem Faulwasser aus Biogasanlagen an Schweinen (in China)

Die alleinige Nutzung des Methangases aus Biogasanlagen erscheint aus oekonomischen und oekologischen Gruenden nicht ausreichend. Es gilt zu pruefen, 1 . ob das Faulwasser aus den Biogasanalagen als unkonventionelle Futterressource in der Schweineernaehrung eingesetzt werden kann, und 2. ob die Verfuetterung der Rueckstaende zur Substitution konventioneller Eiweissfutterstoffe (Nahrungskonkurrenz: Mensch - Tier) und Mineralstoffe (u.a. Phosphor) beitragen kann. Wesentlich werden auch hygienische Aspekte sein. Die Untersuchungen werden in China durchgefuehrt.

Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft von Urbanen Wärmeinseln im Untergrund von China und Deutschland - Konsequenzen für die geothermische Nutzung

Städte haben ihre Wurzeln im Untergrund. Hier befinden sich die Fundamente von Gebäuden und ein wesentlicher Anteil der urbanen Infrastruktur. Zugleich dient der Untergrund als Wasserreservoir und als Quelle für erneuerbare Energie. Ein bisher wenig beachtetes Phänomen sind die sogenannten Urbanen Wärmeinseln im Untergrund (UWIU), die sich oft unbemerkt über Jahrzehnte ausbreiten. Sie reichen häufig über das gesamte Stadtgebiet, in dem erheblich höhere Boden- und Grundwassertemperaturen zu finden sind als in der ungestörten, ländlichen Umgebung. Die Ursachen hierfür sind vielfältig und gerade die langfristige Entwicklung von UWIUs ist noch heute ungeklärt. Um Empfehlungen für eine möglichst proaktive Nutzung des städtischen Untergrunds in der Zukunft zu erstellen, gilt es, die treibenden Prozesse und Faktoren zu ergründen, die UWIUs in verschiedenen Städten verursachen. Das Kernthema dieses Projekts ist, erstmalig die thermischen Bedingungen unter zwei chinesischen und deutschen Städten, Nanjing und Köln, zu vergleichen. Die teilnehmenden Wissenschaftler haben weitreichende Erfahrung in der Erforschung von UWIUs in ihren Ländern und in Vorarbeiten bereits eine umfassende Datenbasis von Boden- und Grundwassertemperaturen gesammelt. Kernziel ist es, diese mit einem neuen gemeinsamen Messprogramm zu aktualisieren und aus der vergangenen und aktuellen Entwicklung der beobachteten UWIUs auf die zukünftige Temperaturentwicklung im Untergrund zu schließen. Dies wird erreicht durch ergänzende Laborversuche und umfassende numerische Simulationen, die insbesondere die zeitliche Entwicklung der Landnutzung berücksichtigen. Die Ergebnisse für die Städte in Deutschland und China werden verglichen und so individuell von gemeinsamen Charakteristiken unterschieden. Auf diese Weise werden allgemeingültige Zusammenhänge erschlossen, die sich auch auf weitere weniger erforschte Städte übertragen lassen und dort Prognosen zur zukünftigen UWIU-Entwicklung ermöglichen.

Renewable Energy Outlook 2030 Energy Watch Group Global Renewable Energy Scenarios

The objective of this study is to present an alternative and more realistic view of the chances of the future uses of renewable energies in the global energy supply. The scenarios in this study are based on the analysis of the development and market penetration of renewable energy technologies in different regions in the last few decades. The scenarios address the question of how fast renewable technologies might be implemented on a worldwide scale and project the costs this would incur. Many factors, such as technology costs and costreduction ratios, investments and varying economic conditions in the worlds regions, available potentials, and characteristics of growth have been incorporated in order to fulfil this task. Off course the scenarios describe two possible developments among other possibilities, but they represent realistic possibilities that give reason for optimism. The results of both scenarios show that - until 2030 - renewable capacities can be extended by a far greater amount and that it is much cheaper than most scientist and people actually think. The scenarios do explicitly not describe a maximum possible development from the technological perspective but show that much can be achieved with even moderate investments. The scenarios do not pay attention to the further development of Hydropower, except for incorporating the extensions that are planned actually. This is not done to express our disbelief in the existence of additional potentials or to ignore Hydropower, but due to the fact that reliable data about sustainable Hydropower potentials were not available. Consequently, the figures in this study show how much can be achieved, even if Hydropower remains on today's levels more or less. Higher investments into single technologies, e.g. Hydropower or Biomass, or in general than assumed in the REO 2030 scenarios will result in higher generating capacities by 2030. On the global scale scenario results for 2030 show a 29 percent renewable supply of the heat and electricity (final energy demand) in the High Variant . According to the Low Variant over 17 percent of the final electricity and heat demand can be covered by renewable energy technologies. Presuming strong political support and a barrier-free market entrance, the dominating stimulus for extending the generation capacities of renewable technologies is the amount of money invested. Within the REO scenarios we assume a growing 'willingness to pay' for clean, secure and sustainable energy supply starting with a low amount in 2010. This willingness to pay gets expressed as a target level for annual investments per inhabitant (capita) that will be reached by the year 2030. The targeted amounts differ for the various regions of the world. In global average 124 € 2006 are spent in 2030 per capita in the 'High Variant'. In the 'Low Variant' the target for 2030 is half that amount (62 € 2006 per capita and year). ...

Verbesserung Wasser- und Düngernutzungseffizienz im Nassreisanbau durch Verwendung verschiedener Bodenabdeckungs-Systeme

Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Kooperationsprojektes werden unsere chinesischen Partner Feldversuche in drei verschiedenen Klimazonen Chinas (Peking, Nanking und Kanton (Guangzhou)) durchführen. Diese sollen durch die National Nature Science Foundation of China (NSFC) gefördert werden. Die Feldversuchsanlage wird an allen Orten identisch sein. Zusätzlich führt jede Gruppe Ergänzungsstudien gemäß der jeweiligen Arbeitsrichtung durch. Unser gemeinsames Projekt soll die relative Vorzüglichkeit von GCRPS gegenüber dem traditionellen Nassreis- bzw. Trockenreisanbau in der zweiten Reisanbausaison in der Region von Guangzhou (South China Agricultural University) untersuchen. Der Schwerpunkt wird auf den Wasserbedarf, die Stickstoffnutzungseffizienz (15N-Methode und Bilanzmethode) sowie auf N2O-, CH4 und NH3-Emissionen gelegt werden. Die Felduntersuchungen in Südchina werden durch Versuche unter kontrollierten Umweltbedingungen in Kiel unterstützt. Mit diesen Experimenten soll der Effekt von Stickstoffform und Stickstoffdüngungsrate auf die Fe-, Mn- und P-Aufnahme von Reis studiert werden. Diese Frage hat hohe Priorität, denn Ernährungsstörungen aufgrund Veränderungen des Bewässerungsmanagements wurden in verschiedenen chinesischen Provinzen im Nassreisanbau beobachtet. Weiterhin sollen die physiologische Wassernutzungseffizienz und der Effekt der Stickstoffform auf die CH4-Emissionen geprüft werden. Die kooperierenden vier chinesischen Arbeitsgruppen haben ihre jeweiligen Forschungsanträge an die NSFC eingereicht.

Stickstofffixierung in der monsunbeeinflussten Flussfahne des Mekong

Das Südchinesische Meer ist das größte Randmeer der Erde und ausschließlich von stark besiedelten Ländern wie China, Indonesien, Philippinen oder Vietnam umgeben. Klimaänderung und menschliche Einflüsse im Einzugsgebiet des Mekong (18 geplante Stauseen zu Stromgewinnung und Intensivierung der Aquakultur) werden die Flusseinträge drastisch verändern und in der Folge die Biogeochemie der Küstengewässer. Die Geschwindigkeit und Größenordnung dieser Veränderungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass das hier geplante Feldprogramm eine der wenigen Gelegenheiten sein wird, dieses Meeresgebiet zu erfassen, bevor es sich grundlegend verändert hat. Die gegenwärtige Rolle der Nährstoffeinträge des Mekong für die Produktivität des Südchinesischen Meeres soll im Vergleich zu den Nährstoffeinträgen durch den Auftrieb während des SW Monsuns untersucht werden. Ergebnisse früherer Arbeiten von uns lassen vermuten, dass die Stickstofffixierung von Cyanobakterien, die in Symbiose mit Diatomeen vorkommen, eine zentrale Rolle spielt. Zudem gibt es einzellige und koloniebildende N-Fixierer wie Trichodesmium in der Flussfahne. Die Interaktion von stickstofffixierenden Organismen, die von den Einträgen des Mekong abzuhängen scheinen, ist bislang nicht verstanden und steht im Fokus dieses Projektes. Die Nährstoffzusammensetzung in Wasser und die Aufnahme von markierten Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen wird in der Flussfahne und im Auftriebsgebiet quantifiziert. Zudem wird auf Zellebene der Austausch von Stickstoff und Kohlenstoff zwischen Diatomeen und ihren stickstofffixierenden Symbionten mittels NanoSIMS analysiert. Zeitgleich wird die Gemeinschaft der Stickstofffixierer entlang der Flussfahne und im offenen südchinesischen Meer von amerikanischen und vietnamesischen Kollegen durch genomische, molekularbiologische und taxonomische Methoden erfasst. In der Synthesephase des Projektes soll durch die Zusammenführung aller Ergebnisse ein tiefgreifendes Verständnis des menschlichen Einflusses auf die Biogeochemie des Küstenmeeres vor Vietnam erreicht werden. Zwei Expeditionen in das Gebiet des Mekongausstroms sind bereits durch einen genehmigten Antrag des Schmidts Oceanographic Institute aus den USA abgesichert, so dass Probennahmen und Experimente an Board geplant werden können. Aufgrund des früheren, sehr erfolgreichen DFG finanzierten Vorhabens bestehen enge Kontakte zum Institute of Oceanography in Nha Trang, Vietnam, auf die hier aufgebaut wird.

Hocheffiziente, kostengünstige und langlebige Natrium-Ionen-Batterie Zellen

Zielsetzung: Batterien spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation der (Strom-)Wirtschaft zu einer CO2 neutralen Zukunft. Die Emissionsreduktion hängt primär vom vorliegenden Strom- bzw. Energiemix ab. Einerseits für den Energieaufwand während der Erzeugung, andererseits während ihres Betriebs. Überdies dürfen CO2 Emissionen für die Erzeugung, Raffinierung und den Transport von Grundmaterialien nicht vernachlässigt werden. Hier setzen die in diesem Projekt beschriebenen Innovationen an. Aktuelle State-of-the-Art LIB Batterien verwenden einerseits nicht weltweit geläufige Rohstoffe, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Diese Rohstoffe werden primär in China raffiniert. Die so hergestellten Ausgangsmaterialien werden dann ihrerseits erneut über weite Strecken transportiert. Anodenseitig wird aktuell Graphit verwendet. Beispielsweise stammen sowohl natürlicher (74%) als auch synthetischer Graphit (51%) primär aus China, weswegen chinesische Exportrestriktionen auf diesen essentiellen Zellbestandteil ein zusätzliches Hemmnis für die europäische LIB Technologie darstellen. Zusätzlich bedürfen LIB Batterien deutlich mehr CO2 in der Herstellung aufgrund der Anforderung an die Trockenräume, was bei NIB zumindest mit zusätzlicher Forschung deutlich reduzierbar wäre. Im Gegensatz dazu beruhen die Materialien für hier entworfene NIB auf weltweit geläufigen Mengenrohstoffen, was sowohl Kosten, CO2 Emissionen, Umweltbelastungen, und eben auch Abhängigkeiten von außereuropäischen Ländern minimiert. Für eine Transformation hin zu einer nachhaltigen, erneuerbaren Wirtschaft sind billige Energiespeicher essenziell. Seit langem werden in den Roadmaps NIB als die beste Zukunftstechnologie bezeichnet, um möglichst kostengünstige Energiespeicher zu bauen. Daher wurde ein Konzept der vertikalen Integration entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet, dass mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit, binnen von zwei Jahren zu einem NI-Batteriepack Prototyp führen soll. Der große Vorteil darin besteht in der raschen Weitergabe von Innovationssprüngen an den Prototypen und eventuellen Produkten. Die Zielsetzung ist eine Zelle mit einer Energiedichte von 180 Wh/kg zu entwickeln, welche dann in Endanwendungen wie Gabelstapler, Heimspeicher, und stationäre Speicher eingesetzt werden kann. Durch den angestrebten niedrigen Preis pro kWh für NIB’s sind alle Anwendungen mit einer niedrigen bis mittleren Energiedichte denkbar. Fazit: In diesem Projekt wurde eine Methode entwickelt, um Mangan-dotiertes preussisch Weiss deutlich langlebiger zu machen - mit Zyklenzahlen, die man auch von Lithium-Eisen-Phosphat Akkus kennt, die schon bisher als sehr langlebig gelten. Durch die Erhöhung Spannung können der wesentliche Nachteil der geringeren Energiekapazität von preussisch Weiss mitigiert werden. Das so entstandene Material kann nicht nur LFP, sondern auch NiCd und Blei-Säure Batterien ersetzen.

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