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Steigerung der Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit von spanenden Werkzeugmaschinen durch optimierte Kühlung mit ökoeffizienter und digitaler Kältetechnik

Dieses Verbundvorhaben adressiert den wachsenden Bedarf nach einer CO2-neutralen Fertigung insbesondere in den für Deutschland wirtschaftlich wichtigen Sektoren Maschinenbau, Metallerzeugung und -bearbeitung und der Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen. Dieses Vorhaben leistet einen erheblichen Beitrag dazu, in dem es den Energiebedarf und die kältemittelinduzierten CO2-Emissionen zur Maschinenkühlung deutlich verringert. Dazu sollen besonders kompakte, leistungsoptimierte Kälteaggregate mit einem CO2-neutralen, natürlichen Kältemittel entwickelt werden und die bauliche und digitale Integration des Kälteaggregats in das Gesamtsystem einer Werkzeugmaschine und deren Fertigungsplanung mit deutlich optimierter vorausschauender Regelung und Wartungsfreundlichkeit umgesetzt werden.

DDI: Wassergranulation von Elektroofenschlacke zu Schwarzem Hüttensand, DDI: Wassergranulation von Elektroofenschlacke zu schwarzem Hüttensand

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.

Steigerung der Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit von spanenden Werkzeugmaschinen durch optimierte Kühlung mit ökoeffizienter und digitaler Kältetechnik, Teilvorhaben: Mechanische und digitale Integration der Kältemaschine in Werkzeugmaschinen

Dieses Verbundvorhaben adressiert den wachsenden Bedarf nach einer CO2-neutralen Fertigung insbesondere in den für Deutschland wirtschaftlich wichtigen Sektoren Maschinenbau, Metallerzeugung und -bearbeitung und der Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen. Dieses Vorhaben leistet einen erheblichen Beitrag dazu, in dem es den Energiebedarf und die kältemittelinduzierten CO2-Emissionen zur Maschinenkühlung deutlich verringert. Dazu sollen besonders kompakte, leistungsoptimierte Kälteaggregate mit einem CO2-neutralen, natürlichen Kältemittel entwickelt werden und die bauliche und digitale Integration des Kälteaggregats in das Gesamtsystem einer Werkzeugmaschine und deren Fertigungsplanung mit deutlich optimierter vorausschauender Regelung und Wartungsfreundlichkeit umgesetzt werden.

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>

Saale Energie GmbH - wesentlichen Änderung der Kraftwerksblöcke zur Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Prozessdampf in zwei konventionellen Dampfkraftwerksblöcken durch eine Gas- und Dampfturbinen-Anlage (GuD) inklusive einer Ersatzstromanlage und einer Industriegasturbinenanlage (IGT) am Standort Schkopau

Das Kraftwerk (KW) Schkopau befindet sich im Süden des Bundeslandes Sachsen-Anhalt, zwischen den Städten Halle und Merseburg, in der Gemeinde Schkopau im Saalekreis, Gemarkung Korbetha. Es liegt direkt neben einem Chemiepark mit Industriebetrieben (z. B. der DOW Olefinverbund GmbH) mit erhöhtem Energiebedarf, in ca. 700 m Entfernung zur Saale. Das Kraftwerk wurde im Juli 1996 offiziell in Betrieb genommen. Nach dem aktuellen Stand wird der Kohleausstieg für das Kraftwerk Schkopau im Dezember 2034 erwartet. Die Saale Energie GmbH (SEG) ist Eigentümer und führt den Betrieb des Braunkohlekraftwerks Schkopau mit zwei braunkohlebefeuerten Blöcken (Blöcke A und B) mit einer elektrischen Gesamtbruttoleistung von ca. 915 MW. Die Saale Energie GmbH beabsichtigt, im Zuge der Energiewende das Kraftwerk Schkopau von einem ausschließlich mit Braunkohle betriebenen Kraftwerk, das in Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Prozessdampf in zwei konventionellen Dampfkraftwerksblöcken erzeugt, zu einem flexiblen und schnell auf Laständerungen reagierenden Kraftwerk auszubauen. Zukünftig soll die Herstellung von Prozessdampf, Wärme und Strom auch in einer Gas- und Dampfturbinen-Anlage (GuD) sowie einer Industriegasturbinenanlage (IGT) erfolgen. Das Projekt wird unter der Bezeichnung „Zukunft Ener-gieversorgung Sachsen-Anhalt“ (ZESA) geführt. Die Errichtung der Neuanlagen soll auf vorhandenen, unbebauten Flächen südwestlich neben der Hilfskesselanlage (Baufeld 1 für das IGT-Kraftwerk), südwestlich von Kohleblock B (Baufeld 2 für das GuD-Kraftwerk) sowie in geringem Maße neben den Maschinentransformatoren Block A und B (Baufeld 3 für Schaltanlagen der IGT) erfolgen.

KI-Boom: Tech-Konzerne könnten Emissionen ins Ausland verlagern

<p>Das Wachstum von Rechenzentren für Anwendungen künstlicher Intelligenz (KI) außerhalb Europas birgt das Risiko für Carbon Leakage. Das heißt, dass KI-Berechnungen in Regionen mit günstiger, nicht CO₂-neutraler Energie verlagert werden könnten. Eine neue Studie des Umweltbundesamtes zeigt, dass die Gefahren von Carbon Leakage beim Wachstum von KI-Rechenzentren in den Blick genommen werden sollten.</p><p>Das rasante Wachstum von KI-Rechenzentren wirft Fragen zu den Folgen dieser Technologie für das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠ auf. Aus europäischer Perspektive birgt der Boom von energieintensiven KI-Anwendungen unter anderem die Gefahr von Carbon Leakage. Dieses bezeichnet den Effekt, dass Unternehmen aufgrund von CO₂-Bepreisung oder anderer Klimaauflagen – und damit potentiell höheren Strompreisen – ihre Tätigkeiten in Länder mit weniger strengen Klimapolitiken verlagern. Das Umweltbundesamt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠) hat dieses Risiko gemeinsam mit dem <a href="https://www.infras.ch/de/">Forschungsinstitut Infras</a> und dem <a href="https://www.roegen.ch/">Roegen Centre for Sustainability</a> im Kontext des europäischen Emissionshandels untersucht.</p><p>Die Studie zeigt, dass der KI-bedingte Energieverbrauch in Rechenzentren bis 2028 auf ungefähr 300 Terrawattstunden ansteigen wird, das entspricht etwa einem Prozent des weltweiten Stromverbrauchs. Ein Großteil dieses Verbrauchs ist grundsätzlich geographisch flexibel. Das heißt, dass diese Berechnungen theoretisch von überall aus ausgeführt werden können. Dadurch gewinnt die Rechenzentrumsbranche einen enormen Spielraum, was die Wahl des Standorts anbelangt.</p><p><strong>Europäische KI-Anfragen verursachen Emissionen im Ausland </strong></p><p>Die Ergebnisse der Studie zeigen zudem, dass aktuelle KI-Rechenkapazitäten und das prognostizierte Wachstum vorwiegend in den USA und China konzentriert sind – zwei Rechtsräume mit weniger strengen Klimapolitiken als die der EU. Das heißt, ein Teil der europäischen KI-Anfragen wird in anderen Ländern verarbeitet und verursacht dort Emissionen.</p><p>Ein Grund für eine geringere Zahl an Rechenzentren in Europa könnte Carbon Leakage sein. Das derzeitige Ausmaß scheint jedoch moderat zu sein. Dies liegt hauptsächlich an der gegenwärtigen Expansion der KI-Branche: Der Fokus liegt eher auf der Erschließung neuer Rechenkapazitäten anstatt auf der Minimierung von Kosten. Vielmehr scheinen historisch gewachsene Clusterstrukturen der IT-Branche sowie eine stabile Energieversorgung und Netzinfrastruktur bei der Standortwahl die größte Rolle zu spielen.</p><p><strong>Carbon Leakage könnte in Zukunft zunehmen</strong></p><p>Die Anreize für Carbon Leakage könnten sich jedoch in Zukunft ändern – zum Beispiel ist anzunehmen, dass der Kostendruck für die Rechenzentrumsbranche steigt. Weiter könnten zunehmende grenzüberschreitende Datenflüsse importierte Emissionen erhöhen, selbst wenn solche Datenflüsse nicht absichtlich die CO₂-Bepreisung umgehen.</p><p>Aus diesem Grund sind der Ausbau erneuerbarer Energien in KI-starken Regionen und die Einhaltung der von KI-Unternehmen angekündigten Klimaziele besonders wichtig. Beides verringert die Abschwächung europäischer Klimaziele durch Carbon Leakage und den Import von Emissionen in die EU.</p>

CO 2 Klimabilanz 1990 bis 2021

Energie- und CO2-Bilanzierung 2021 Die Stadt Aachen erstellt seit 2010 jährlich eine Energie- und CO2-Bilanz (Daten und Berechnungen von 1990 bis 2021 liegen vor). Als Basisjahr wurde das Jahr 1990 (gemäß Kyoto-Protokoll 1997) ausgewählt. Die Bilanz wird mit dem vom Klimabündnis (Climate Alliance) empfohlenen Berechnungstool ECORegion auf Basis tatsächlicher Verbräuche sowie zusätzlicher statistischer Daten ermittelt. Die Endenergiebilanz umfasst zunächst den Energiebedarf der Verbraucher innerhalb der Stadtgrenzen. Die Primärenergiebilanz (Methode LCA: Life Cycle Assessment) umfasst darüber hinaus den Energiebedarf zur Produktion, Umwandlung und Transport der Energieträger (Vorkettenanteile) und erstreckt sich somit über den Bilanzierungsraum der Stadt hinaus.

Einsatz leistungsfaehiger Methoden fuer die Analyse der Funktion von Oekosystemen und der Messung des Energie- und Informationsflusses durch solche Systeme

Es wird der Energiefluss in limniden Systemen bis zur Ebene des Phyto- und Zooplanktons im Labor und im Freiland gemessen. Hierbei wird der Energiebedarf individueller Organismen experimentell ermittelt.

Wassersparendes Verfahren für kobaltfreien Korrosionsschutz in der Oberflächentechnologie

Zielsetzung: Gegenstand des Projektes ist die Erarbeitung neuer Passivierungskomplexe, die über einen größeren pH-Bereich stabil sind. Damit wird zum einen Kobalt ersetzt, und zum anderen wird Spülwasser effizienter genutzt. Im Stand der Technik wird das Konfliktmetall Kobalt verwendet, und die Differenzen der pH-Bereiche in der Oberflächenpassivierung sind so groß, dass zwischen den einzelnen Prozessschritten umfangreiche Spülgänge nötig sind. Dabei kommt es zur Ausschleppung der funktionalen Spezies und wertvolle Metalle gehen verloren. Aufgrund des hohen Energie- und Wasserbedarfs sowie Ressourceneinsatzes im Abbau und der Verhüttung von Kobalt und den erforderlichen Spülwasservolumina im Stand der Technik weist dieses Verfahren eine verhältnismäßig negative Umweltbilanz auf. Um den Nachhaltigkeitsgedanken auch in diesem Marktsegment konsequent fortzuführen, sind neue Lösungen erforderlich. Der Ersatz von Kobaltkomplexen durch pH-stabilere Komplexe, die auf dem Spülwasser zurückgewonnen werden, weist eine deutlich bessere Umweltbilanz auf. Marktseitig werden für die Oberflächenpassivierung in Deutschland jährlich unter anderem 100 t Kobalt und 624 Millionen Liter Frischwasser benötigt.

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