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Forschergruppe (FOR) 5438: Der urbane Einfluss auf dem mongolischen Plateau: Verflechtungen von Stadtwesen, Wirtschaft und Umwelt, Teilprojekt: Siedlungssystem und wirtschaftliche Tätigkeiten im Orchontal während des Mongolischen Reiches

Unter Ögödei (1229-1241), dem Nachfolger von Dschingis Khan, tritt das Mongolische Reich in eine Phase der Konsolidierung ein. Er lässt 1235 Karakorum als Hauptstadt ausbauen und siedelt Handwerker sowie Verwaltungsfachleute in der Stadt an. Gesandtschaften, Tribute und Beute erreichen die Stadt, von den prall gefüllten Schatzhäusern neben dem Herrscherpalast wird wiederholt berichtet. Die verfügbaren Daten aus schriftlichen Quellen und der Archäologie deuten darauf hin, dass die Stadt Karakorum, die Residenzen und die Siedlungen in einem Zeitraum von nur vier Jahren (1235-1238) errichtet wurden. Die Schaffung einer Stadtlandschaft aus dem Nichts in einer Region, in der keine Städte bestanden, ist eine Meisterleistung, die bis heute nicht als solche erkannt wurde. Das Tal muss sich in kürzester Zeit von einer Pastoralwirtschaft mit geringer Camp- und Bevölkerungsdichte in eine vom Reich organisierte Stadtlandschaft verwandelt haben, mit entsprechend radikalen Veränderungen in den Siedlungsmustern, der Flächennutzung und der Zusammensetzung der Bevölkerung. Der plötzliche Bedarf an zusätzlicher Energie und auch an anderen Ressourcen muss eine Herausforderung für Natur und Mensch gewesen sein. Nimmt man alle Indizien zusammen, so ist von einer starken urbanen Beeinflussung der Umwelt auszugehen. Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung aller bekannten Siedlungen mit permanenter Architektur des Mongolenreiches im mittleren Orkhon-Tal. Diese Siedlungen sollen in ihrem Umfang vollständig erfasst, Siedlungspläne erstellt und ihre Struktur beschrieben werden. Pyrotechnische Anlagen sollen lokalisiert und, wenn möglich, ihre Funktion bestimmt werden. In enger Zusammenarbeit mit SP3 und SP4 werden im Rahmen dieses Projekts präzise magnetische und topographische Karten aller in Frage kommenden Standorte erstellt. Darüber hinaus werden für die Mongolei erstmals zwei Aktivitäten erfasst, die für die Verifizierung der Thesen der Forschergruppe zentral sind: Landwirtschaft und Eisenverhüttung. Durch die enge Zusammenarbeit mit SP5 wird eine Kenntnis der landwirtschaftlichen Praktiken am Standort Bayan Gol erreicht und darüber hinaus erstmals in der Mongolei eine Klassifizierung und Datierung der Flursysteme vorgenommen. Es werden mehrere Surveys durchgeführt, um die Eisenverhüttungsplätze in der Region zu lokalisieren. Wir gehen davon aus, dass vor allem Holz bzw. Holzkohle als Brennstoff verwendet wurde, so dass der sprunghaft gestiegene Bedarf in den Umweltarchiven erfasst werden kann. In Zusammenarbeit mit SP2 werden wir die Fußgängersurveys im Orkhon-Tal fortsetzen, mit besonderem Augenmerk auf das Gebiet im nordwestlichen Teil des Tals, wo wir eine neue Siedlung entdeckt haben. Zusammen mit Informationen aus früheren Erhebungen werden wir ein erstes Verständnis der Dichte des Siedlungsmusters, des Verhältnisses zwischen saisonalen und permanenten Standorten und des Netzes von Produktionsstätten für die Versorgung der Stadt und der Wohngebiete gewinnen.

Oxidations-Katalysatoren (OxKat/RCO) in der Zementklinkerproduktion: Errichtung einer erstmaligen und innovativen Anlage zur Emissionsminderung ohne Einsatz fossiler Primärenergie (KAREm)

Die Holcim (Süddeutschland) GmbH ist spezialisiert auf die Herstellung und den Vertrieb von Baustoffen. Das Unternehmen bietet ein breites Sortiment an Zement, Gesteinskörnungen, Beton sowie Dienstleistungen für Bauvorhaben an. Der Prozess der Zementklinkerherstellung ist sehr energieintensiv und verursacht sowohl brennstoff- als auch rohstoffbedingte Emissionen. Letztere resultieren aus den chemischen Zusammensetzungen der verwendeten Rohstoffe wie Kalkstein, Sand, Ton und z.B. eisenhaltigen Zusatzstoffen. Neben Staub sind insbesondere gasförmige Abgaskomponenten, wie NO X , NH 3 und SO X , organische Verbindungen sowie Schwermetalle von Bedeutung. In der 17. BImSchV, der für Zementwerke maßgeblichen Immissionsschutzregelung, gibt es jedoch für eine Vielzahl von Parametern (SO X , organische Gesamtemissionen, NH 3 , Hg) die Möglichkeit, rohmaterialbedingte Ausnahmen von den allgemeinen Grenzwerten zuzulassen. Am Standort Dotternhausen gelten derzeit Ausnahmen für die Emissionsgrenzwerte von CO, VOCs und NH 3 , da bisher keine Reduzierung der rohstoffbedingten Emissionen implementiert ist. Zur Minderung von NO X -Emissionen wird im Zementwerk Dotternhausen aktuell das Verfahren der selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) betrieben. Im Rahmen des Vorhabens soll im Zementwerk der HOLCIM Süddeutschland GmbH in Dotternhausen eine Anlage zur kombinierten Abgasreinigung errichtet werden. Damit sollen zum einen die Emissionen des Zementwerks deutlich reduziert (z.B. NO X , NH 3 , VOCs, CO) und zum anderen der fossile Energiebedarf für die Emissionsminderung in Zementwerken deutlich gesenkt werden. Die Anlage besteht aus einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der mit einem Oxidationskatalysator in einer Funktionseinheit kombiniert wird. Der Oxidationskatalysator wird erstmalig in der Zementindustrie eingesetzt. Der Einsatz von Oxidationskatalysatoren wird seit langem als vielversprechende Technologie für den Einsatz in der Zementindustrie gehandelt, aufgrund des hohen technischen Risikos aber bisher noch nicht eingesetzt. Durch diese Anlagenkombination werden zukünftig sowohl brennstoffbedingte als auch rohmaterialbedingte Emissionen eingespart und gezielt insbesondere NO X , NH 3 , organische Gesamtemissionen und besonders problematische Einzelverbindungen (z. B. Benzol, PAKs, PCB) sowie CO gemindert. So sollen bei Umsetzung des Projektes im Dauerbetrieb Emissionswerte für Ammoniak unterhalb der allgemeinen gesetzlichen Anforderungen eingehalten werden: 10 Milligramm pro Kubikmeter statt 30 Milligramm pro Kubikmeter für Ammoniak im Tagesmittel. CO wird nahezu vollständig zu CO 2 oxidiert. Zusätzlich werden die Emissionen organischer Verbindungen soweit reduziert, dass keine nach 17. BImSchV allgemein zulässige rohmaterialbedingte Ausnahme für organische Emissionen erforderlich ist und ein Wert unterhalb von 10 Milligramm pro Kubikmeter im Dauerbetrieb und allen Betriebszuständen eingehalten wird. Auch bei relevanten organischen Einzelkomponenten (z. B. Benzol, Dioxine/Furane, PCB) wird eine nahezu vollständige Zerstörung erwartet. Damit werden bei erfolgreicher Umsetzung des Projektes die Emissionen unterhalb des Emissionsniveaus der aktuell fortschrittlichsten Anlagen liegen. Ziel ist, nach erfolgreicher Umsetzung des Projektes auf die Inanspruchnahme rohmaterialbedingter Ausnahmen für NH 3 , organische Gesamtemissionen und CO verzichten zu können. Darüber hinaus kann bei der innovativen Technologiekombination aus selektiver katalytischer Reduktion und einem Oxidationskatalysator auf den Einsatz fossiler Energieträger komplett verzichtet werden. Die geplante Anlagenkombination ist auf andere Anlagen der Zementindustrie und ggf. auch auf Unternehmen anderer Branchen übertragbar, da es sich bei dem Ofenabgas der Zementklinkerproduktion um ein sehr herausforderndes Umfeld für die Anwendung abgassensibler Minderungstechniken handelt. Die Demonstration der Funktionsfähigkeit des Verfahrens kann daher Hürden für andere Bereiche abbauen helfen. Weiterhin ist davon auszugehen, dass auch eine Nachrüstung von Oxidationskatalysatoren als eigenständiges Element in Werken mit Low-Dust-SCR-Anlagen und ggf. auch anderen SCR-Varianten zur weitergehenden Reduktion von organischen und CO-Emissionen möglich ist. Branche: Glas und Keramik, Verarbeitung von Steinen und Erden Umweltbereich: Luft Fördernehmer: Holcim GmbH Bundesland: Baden-Württemberg Laufzeit: seit 2025 Status: Laufend

Branchenabhängiger Energieverbrauch des verarbeitenden Gewerbes

<p>Alle Wirtschaftsbereiche zusammen verbrauchen fast drei Viertel der in Deutschland benötigten Primärenergie. Der Anteil des verarbeitenden Gewerbes am Primärenergieverbrauch aller Produktionsbereiche lag 2022 bei rund 46 Prozent. Der Energiebedarf dieses Gewerbes blieb im Zeitraum 2010 bis 2022 etwa konstant, der spezifische Energieverbrauch pro Tonne Stahl, Glas oder Chemikalien ging aber zurück.</p><p>Der Energiebedarf Deutschlands</p><p>Der gesamte Primärenergiebedarf Deutschlands betrug im Jahr 2022 nach dem Inländerkonzept rund 11.854 Petajoule (PJ). Dabei wird der Verbrauch inländischer Wirtschaftseinheiten in der übrigen Welt in die Berechnung des Gesamtverbrauchs einbezogen, während der Verbrauch gebietsfremder Einheiten im Inland unberücksichtigt bleibt. Die privaten Haushalte in Deutschland verbrauchten rund 30 % der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠. Die Wirtschaft mit ihren vielen Produktionsbereichen benötigte die übrigen 70 %. Zu diesen Bereichen zählen das Herstellen von Waren, das Versorgen mit Energie und der Warentransport. All diese Produktionsbereiche verbrauchten im Jahr 2022 zusammen mehr als 8.170 PJ Primärenergie (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch 2022 (Inländerkonzept)“).</p><p>Zur Begriffsklärung: Mit der Präposition „primär“ betonen Fachleute, dass der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/primaerenergiegewinnung-importe">“Primär“-Energiebedarf</a> sowohl den realen Energiebedarf bei Energieverbrauchern erfasst als auch die Energieverluste, die bei der Bereitstellung und beim Transport von Energie entstehen. Und diese Verluste sind hoch: Mehr als ein Drittel aller Primärenergie geht bei der Bereitstellung und beim Transport von Energie verloren <a href="https://www.destatis.de/GPStatistik/receive/DEMonografie_monografie_00003790">(Statistisches Bundesamt 2006)</a>.</p><p>Der Energiebedarf des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Die Firmen, die Waren herstellen, werden als „verarbeitendes Gewerbe“ bezeichnet. Sie hatten von allen Produktionsbereichen im Jahr 2022 mit circa 3.768 PJ den größten Primärenergiebedarf. Das ist ein Anteil von rund 46 % am Energieverbrauch aller Produktionsbereiche. Der nächstgrößte Energieverbraucher war die Energieversorgung mit 1.594 PJ (oder 19,5 % Anteil am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠), gefolgt vom Verkehr mit 1.121 PJ (oder 13,7 % Anteil am Primärenergieverbrauch) (siehe Abb. „Anteil wirtschaftlicher Aktivitäten am Primärenergieverbrauch aller Produktionsbereiche 2022“).</p><p>Primärenergienutzung des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Die Primärenergienutzung innerhalb des verarbeitenden Gewerbes verteilt sich auf verschiedene Produktionssektoren (siehe Abb. „Anteile der Sektoren am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ des verarbeitenden Gewerbes 2022“). Ein wichtiger Sektor ist dabei die Chemieindustrie. Sie benötigte im Jahr 2022 mit rund 1.592 PJ von allen Sektoren am meisten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ zur Herstellung ihrer Erzeugnisse. Das ist ein Anteil von 42,3 % am Energieverbrauch im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=verarbeitenden_Gewerbe#alphabar">verarbeitenden Gewerbe</a>⁠. Weitere wichtige Energienutzer sind die Metallindustrie mit einem Anteil von 14,7 % sowie die Hersteller von Glas, Glaswaren, Keramik, verarbeiteten Steinen und Erden mit 7,3 % am Energieverbrauch im verarbeitenden Gewerbe.</p><p>Die Energie wird Unternehmen dabei als elektrischer Strom, als Wärme (etwa als Dampf oder Thermoöl) sowie direkt in Form von Brennstoffen (wie Erdgas, Kohle oder ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠) zur Verfügung gestellt.</p><p>Gleichbleibender Primärenergieverbrauch</p><p>Seit dem Jahr 2010 blieb der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ in fast allen Produktionssektoren relativ konstant (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch ausgewählter Sektoren des verarbeitenden Gewerbes“).</p><p>Gesunkene und gestiegene Primärenergieintensität </p><p>Die Primärenergieintensität beschreibt, wie viel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ bezogen auf die erzielte Bruttowertschöpfung eines Produktionsbereichs oder Wirtschaftszweigs verbraucht wird. Die Entwicklung dieser Energieintensität über mehrere Jahre kann einen Hinweis darauf geben, ob in einem Wirtschaftszweig energieeffizient gearbeitet wird.</p><p>Die Primärenergieintensität einzelner Wirtschaftszweige entwickelte sich im Zeitraum 2010 bis 2021 unterschiedlich (siehe Abb. „Primärenergieintensität ausgewählter Sektoren des verarbeitenden Gewerbes“):</p><p>Begrenzte Aussagekraft der Primärenergieintensität</p><p>Schwankende Preise für Rohstoffe und Produkte sowie andere äußere Wirtschaftsfaktoren oder ggf. auch die Auswirkungen der weltweiten Corona-Pandemie beeinflussen zwar die Bruttowertschöpfung, nicht aber die Energieeffizienz eines Prozesses. Die Primärenergieintensität eignet sich daher nur eingeschränkt, um die Entwicklung der Energieeffizienz in den jeweiligen Herstellungsprozessen zu beschreiben. Dies ist unter anderem deutlich bei den Kokerei- und Mineralölerzeugnissen zu sehen.</p>

Bedarfsgerechte Automatisierung der Freiflächen- und Tröpfchenbewässerungstechnik mittels on-site IOT-Sensorik, unterstützt durch Satellitentechnik, Teilprojekt A

Bedingt durch den Klimawandel sind landwirtschaftliche Kulturpflanzen vermehrt Wasserstress und Frostschäden ausgesetzt. Gleichzeitig prognostiziert die FAO einen Anstieg des globalen Wasserbedarfs um 55% (Landwirtschaft um 11%), bei einem Anstieg der gesamten beregneten Fläche um 6% bis 2050. Diese Problematik, kombiniert mit dem Bevölkerungsanstieg, wachsendem Energiebedarf und dem Rückgang der nutzbaren landwirtschaftlichen Fläche in den Industriestaaten, verlangt nach Lösungen. Ein bedarfsgerechter, energiesparender und effizienter Einsatz der Ressourcen Wasser und Energie ist erforderlich, um eine zukunftsfähige und nachhaltige Bewässerung zu gewährleisten und der steigenden Nutzungskonkurrenz, um die Ressource Wasser, zu begegnen. Während eine automatisierte Bewässerung im Gewächshaus bereits Stand der Technik ist, wird die Freiflächen und Tröpfchenbewässerung wie z.B. im Gemüse bzw. Obstbau überwiegend manuell auf Basis von Erfahrungswerten der Anbauer oder aufgrund fest geplanter Bewässerungsintervalle durchgeführt. Dies führt in der Regel zu hohen Bewässerungsgaben und kann weiterhin zu Nährstoffauswaschungen führen. Ziel dieses Projektes ist es daher, Daten aus den unterschiedlichsten Quellen auf einer intelligenten Service-Plattform miteinander zu verknüpfen, um dadurch über eine digitale Entscheidungsunterstützung, eine bedarfsgerechte und (teil-)automatisierte Bewässerung zu ermöglichen. Gerade die Integration lokaler Sensoren in einem multivariaten Ansatz, soll dabei auch der zunehmenden Entwicklung von teilabgedeckten Agrarflächen durch Agri-Photovoltaik-Anlagen, Folien und Netzen gerecht werden. Kern des Projekts ist dabei ein Cloud-basierter Bewässerungsplaner, der sich automatisiert an die on-Site gemessenen Klimaparameter, sowie den aktuellen phänologischen Bedingungen in Echtzeit anpasst. Der Planer wird dann mit den bestehenden Systemen der Projektpartner vernetzt, um die Ausführung der Bewässerung zu (teil)-automatisieren.

Bedarfsgerechte Automatisierung der Freiflächen- und Tröpfchenbewässerungstechnik mittels on-site IOT-Sensorik, unterstützt durch Satellitentechnik, Teilprojekt D

Bedingt durch den Klimawandel sind landwirtschaftliche Kulturpflanzen vermehrt Wasserstress und Frostschäden ausgesetzt. Gleichzeitig prognostiziert die FAO einen Anstieg des globalen Wasserbedarfs um 55% (Landwirtschaft um 11%), bei einem Anstieg der gesamten beregneten Fläche um 6% bis 2050. Diese Problematik, kombiniert mit dem Bevölkerungsanstieg, wachsendem Energiebedarf und dem Rückgang der nutzbaren landwirtschaftlichen Fläche in den Industriestaaten, verlangt nach Lösungen. Ein bedarfsgerechter, energiesparender und effizienter Einsatz der Ressourcen Wasser und Energie ist erforderlich, um eine zukunftsfähige und nachhaltige Bewässerung zu gewährleisten und der steigenden Nutzungskonkurrenz, um die Ressource Wasser, zu begegnen. Während eine automatisierte Bewässerung im Gewächshaus bereits Stand der Technik ist, wird die Freiflächen und Tröpfchenbewässerung wie z.B. im Gemüse bzw. Obstbau überwiegend manuell auf Basis von Erfahrungswerten der Anbauer oder aufgrund fest geplanter Bewässerungsintervalle durchgeführt. Dies führt in der Regel zu hohen Bewässerungsgaben und kann weiterhin zu Nährstoffauswaschungen führen. Ziel dieses Projektes ist es daher, Daten aus den unterschiedlichsten Quellen auf einer intelligenten Service-Plattform miteinander zu verknüpfen, um dadurch über eine digitale Entscheidungsunterstützung, eine bedarfsgerechte und (teil-)automatisierte Bewässerung zu ermöglichen. Gerade die Integration lokaler Sensoren in einem multivariaten Ansatz, soll dabei auch der zunehmenden Entwicklung von teilabgedeckten Agrarflächen durch Agri-Photovoltaik-Anlagen, Folien und Netzen gerecht werden. Kern des Projekts ist dabei ein Cloud-basierter Bewässerungsplaner, der sich automatisiert an die on-Site gemessenen Klimaparameter, sowie den aktuellen phänologischen Bedingungen in Echtzeit anpasst. Der Planer wird dann mit den bestehenden Systemen der Projektpartner vernetzt, um die Ausführung der Bewässerung zu (teil)-automatisieren.

Energieoptimierte Produktion mit grünen Digitalen Zwillingen

Computergestuetzte Erfassung von Waermeangebot, Waermebedarf und Kaeltebedarf im Ballungsraum Leipzig

CO2-neutrale Herstellung von Leichtbaukomponenten aus Magnesium

Analyse der Wasserwirtschaft in Waermekraftwerken

Die Technologien thermischer Kraftwerke zur Deckung des Strombedarfs werden nach heutigem Wissensstand in absehbarer Zukunft nicht auf die Nutzung von Wasser verzichten koennen. Die dabei entstehende thermische Belastung der Gewaesser laesst sich mit geeigneten Massnahmen verringern. Diese Reduzierung ist jedoch durch die zunehmende Anwendung der nassen Rueckkuehlung mit Verdunstungsverlusten verbunden. Ein Abflussdefizit ist die Folge. Bei geringer Wasserfuehrung des Flusses kann daher die Stromerzeugung zu Nutzungseinbussen der uebrigen Anlieger fuehren. Vor diesem Hintergrund ergab sich die Notwendigkeit, neben der Kuehlung auch die uebrigen wassernutzenden Prozesse im Kraftwerk wie Verbrennung, Dampferzeugung, Zusatzwasser-Aufbereitung fuer die verschiedenen Kreislaeufe usw. auf ihre Verdunstung hin zu untersuchen, um in Abhaengigkeit von Technologie und Energiequelle ihre Einfluesse auf den Wasserhaushalt darlegen zu koennen. Durch Vergleich dieser Verluste mit der Wasserfuehrung der Fluesse werden Moeglichkeiten der Kraftwerksplanung nach wassermengenorientierten Gesichtspunkten entwickelt.

Kurzgutachten: Erreicht das integrierte Klima- und Energiepaket der Bundesregierung die gesetzten Einsparziele?

Im Auftrag der Bundestagsfraktion BÜNDNIS 90 / DIE GRÜNEN untersuchte Ecofys das Integrierte Klima- und Energieprogramm (IKEP) der Bundesregierung. Ziel der Studie war es, abzuschätzen, inwieweit durch die bisher initiierten Maßnahmen die Klima- und Energieeffizienzziele erreicht werden. Gemäß der Analyse der geplanten und eingeleiteten Maßnahmen werden nach jetzigem Umsetzungsstand die Energie- und Klimaziele verfehlt. Dabei senkt sich der Strombedarf von 2006 bis 2020 statt um 11 Prozent nur um 4 bis 6 Prozent. Auch die Treibhausgasemissionen sinken im Vergleich zu 1990 nur um rund 28 Prozent, und nicht wie angekündigt um 40 Prozent.

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