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Ressortforschungsplan 2024, Klima- und wasserschutzverträgliche Beplanung energetischer Eingriffe in den Untergrund - UnterPlan

Im Zuge der Energiewende wird der Elektrifizierung der Wärmeversorgung durch Wärmepumpen eine große Rolle zugeschrieben. Hierzu erdgekoppelte Systeme einzusetzen bietet neben einer hohen Effizienz bei der Wärmeerzeugung den Vorteil, dass diese Systeme sich auch zur Wärmespeicherung eignen. Damit kann Energie aus fluktuierenden oder sonstigen Quellen kurzfristig oder saisonal in Form von Wärme gespeichert werden, gegenüber obertägigen Speicherbehältern oder -becken lassen sich im Untergrund zudem auch deutlich größere und kostengünstigere Speicher errichten. Technisch gesehen erfolgt die Wärmespeicherung im Untergrund mittels Erdwärmesonden oder durch Einspeisung von erwärmtem Wasser in Aquifere. Gerade der erhöhte Temperatureintrag in den Untergrund, z.B. durch die Speicherung hat nachweisliche Auswirkungen auf das Ökosystem Grundwasser. Diesem Zielkonflikt kann durch planerisches Vorgehen begegnet werden. Steuerungsinstrumente, die eine Verzahnung von Grundwasserschutz, wasserwirtschaftlichen Aufgaben und kommunaler Wärmeplanung gewährleisten sind jedoch noch nicht allgemein verfügbar. Das vorliegende Vorhaben soll Vorarbeiten hierzu analysieren und weiterentwickeln. Ermittelt werden die dafür notwendige Datengrundlage, entsprechende Berechnungsmodelle sowie planerische Ansätze. Ziel ist es die Grundlagen für die Entwicklung konkreter Planungsinstrumente für die Vollzugspraxis auszuarbeiten

Nachhaltige Konzepte für die Optimierte Wärmeableitung aus Energiespeichern von Serien-Elektrofahrzeugen, Teilvorhaben: Untersuchung nachhaltiger Batteriekonzepte mit Schwerpunkt Wärmeleitmaterialien in BEV-Batterien

INSPIRE: Information system salt: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) - double saline and flat salt layers (InSpEE-DS) (WMS)

Which salt formations are suitable for storing hydrogen or compressed air? In the InSpEE-DS research project, scientists developed requirements and criteria for the assessment of suitable sites even if their exploration is still at an early stage and there is little knowledge of the salinaries’ structures. Scientists at DEEP.KBB GmbH in Hanover, worked together with their project partners at BGR and the Leibniz University Hanover, Institute for Geotechnics, to develop the planning basis for the site selection and for the construction of storage caverns in flat layered salt and multiple or double saliniferous formations. Such caverns could store renewable energy in the form of hydrogen or compressed air. While the previous project InSpEE was limited to salt formations of great thickness in Northern Germany, salt horizons of different ages have now been examined all over Germany. To estimate the potential, depth contour maps of the top and the base as well as thickness maps of the respective stratigraphic units were developed. Due to the present INSPIRE geological data model, it was necessary, in contrast to the original dataset, to classify the boundary lines of the potential storage areas in the Zechstein base and thickness layers, whereby the classification of these lines was taken from the top Zechstein layer. Consequently, the boundary element Depth criterion 2000 m (Teufe-Kriterium 2000 m) corresponds on each level to the 2000 m depth of Top Zechstein. However, the boundary of national borders and the boundary of the data basis could not be implemented in the data model and are therefore not included in the dataset. Information on compressed air and hydrogen storage potential is given for the identified areas and for the individual federal states. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0) the content of InSpEE-DS (INSPIRE) is stored in 18 INSPIRE-compliant GML files: InSpEE_DS_GeologicUnit_Isopachs_Zechstein.gml contains the Zechstein isopachs. InSpEE_DS_GeologicUnit_Isobaths_Top_Zechstein.gml and InSpEE_DS_GeologicUnit_Isobaths_Basis_Zechstein.gml contain the isobaths of the top and basis of Zechstein. The three files InSpEE_DS_GeologicStructure_ThicknessMap_Zechstein, InSpEE_DS_GeologicStructure_Top_Zechstein and InSpEE_DS_GeologicStructure_Basis_Zechstein represent the faults of the Zechstein body as well as at the top and at the basis of the Zechstein body. InSpEE_DS_GeologicUnit_Boundary_element_Potential_areas_Zechstein.gml contains the boundary elments of the potential areas at the top and the basis of Zechstein as well as of the Zechstein body. The three files InSpEE_DS_GeologicUnit_Uncertainty_areas_ThicknessMap_Zechstein.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Uncertainty_areas_Top_Zechstein.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Uncertainty_areas_Basis_Zechstein.gml represent the uncertainty areas of the Zechstein body as well as at the top and at the basis of the Zechstein body. InSpEE_DS_GeologicUnit_Potentially_usable_storage_areas_Storage_potential_in_the_federal_states.gml comprises the areas with storage potential for renewable energy in the form of hydrogen and compressed air. The six files InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Malm.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Keuper.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Muschelkalk.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Roet.gml, InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Zechstein.gml and InSpEE_DS_GeologicUnit_Salt_distribution_in_Germany_Rotliegend.gml represent the salt distribution of the respective stratigraphic unit. InSpEE_DS_GeologicUnit_General_salt_distribution.gml represents the general salt distribution in Germany. This geographic information is product of a BMWi-funded research project "InSpEE-DS" running from the year 2015 to 2019. The acronym stands for "Information system salt: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) - double saline and flat salt layers".

WD 8 - 099/18 Ökobilanzierung von Energiespeichern für Elektrofahrzeuge

Kurzinformation des wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestages. 1 Seiten. Auszug der ersten drei Seiten: Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Ökobilanzierung von Energiespeichern für Elektrofahrzeuge Folgende ausgewählte Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste sind bisher zum Themenfeld „Ökobilanzierung von Energiespeichern für Elektrofahrzeuge“ erstellt worden und werden, wie gewünscht, vor Fertigstellung des eigentlichen Auftrages versendet: WD 8 - 032 - 2014 Vor- und Nachteile verschiedener Energiespeichersysteme https://www.bundestag.de/blob/412904/ca2dd030254284687a1763059f1f4c0c/wd-8-032-14-pdf- data.pdf WD 8 - 018 - 2014 Energiespeichersysteme für die Energiewende https://www.bundestag.de/blob/412904/ca2dd030254284687a1763059f1f4c0c/wd-8-032-14-pdf- data.pdf WD 8 - 083 - 2016 Entwicklung der Stromspeicherkapazitäten in Deutschland von 2010 bis 2016 https://www.bundestag.de/blob/496062/759f6162c9fb845aa0ba7d51ce1264f1/wd-8-083-16-pdf- data.pdf WD 8 - 056 - 2018 Aktuelle Entwicklungen zu Stromspeicher-Technologien https://www.bundestag.de/blob/565082/24799c3f873c7c25e12889ea7c12b718/wd-8-056-18-pdf- data.pdf WD 8 -035 - 2014 Hinweise auf Studien zur Elektromobilität (liegt als Anlage bei) WD 8 - 077 - 2011 Kraftwerkskapazität für Elektromobilität (liegt als Anlage bei) *** WD 8 - 3000 - 099/18 (26.9.2018) © 2018 Deutscher Bundestag Die Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestages unterstützen die Mitglieder des Deutschen Bundestages bei ihrer mandatsbezogenen Tätigkeit. Ihre Arbeiten geben nicht die Auffassung des Deutschen Bundestages, eines sei- ner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantwortung der Verfasse- rinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste geben nur den zum Zeit- punkt der Erstellung des Textes aktuellen Stand wieder und stellen eine individuelle Auftragsarbeit für einen Abge- ordneten des Bundestages dar. Die Arbeiten können der Geheimschutzordnung des Bundestages unterliegende, ge- schützte oder andere nicht zur Veröffentlichung geeignete Informationen enthalten. Eine beabsichtigte Weitergabe oder Veröffentlichung ist vorab dem jeweiligen Fachbereich anzuzeigen und nur mit Angabe der Quelle zulässig. Der Fach- bereich berät über die dabei zu berücksichtigenden Fragen.

Nachhaltige Konzepte für die Optimierte Wärmeableitung aus Energiespeichern von Serien-Elektrofahrzeugen, Teilvorhaben: Applikationsanlage

Nachhaltige Konzepte für die Optimierte Wärmeableitung aus Energiespeichern von Serien-Elektrofahrzeugen, Teilvorhaben: Evaluierung und Vorentwicklung eines nachhaltigeren, silikonfreien Thermal Interface Materials mit Fokus auf nachwachsende Matrixrohstoffe und rezyklierte Füllstoffe

Aufbau Batteriekompetenz Saarland

Schwerpunktprogramm (SPP) 2248: Polymer-basierte Batterien; Priority Program (SPP) 2248: Polymer-based batteries, Redox-aktive organische Bausteine in linear-amorphen Polymeren im Vergleich zu hoch-geordneten COFs als hierarchisch-strukturierte Batterie-Elektrodenmaterialien - PROMISE

Obwohl eine große Anzahl redox-aktiver Bausteine basierend auf kleinen Molekülen und Polymeren bekannt ist, wurde bisher wenig über deren relative molekulare Ausrichtung und Anordnung in Polymermaterialien untersucht. Jedoch haben nicht-kovalente Wechselwirkungen sowie der Einfluss von kristalliner Ordnung und hierarchische Strukturierung durch Mehrkomponentensysteme einen signifikanten Einfluss auf die Batterieleistung. In diesem gemeinsamen Projektvorschlag werden systematische Vergleichsstudien redox-aktiver Bausteine in linearen Polymeren gegenüber deren Einbau in kovalent-organischen Gerüsten (COFs) durchgeführt. Lineare Polymere haben den Vorteil, dass Sie durch ihre Flexibilität die geladenen Bausteine mit supramolekularen Wechselwirkungen (pi-Stapelung) durch interne Aggregation stabilisieren können. Dahingegen sind die analogen zweidimensionalen COFs bereits intrinsisch gestapelt, haben jedoch den Nachteil der mikrokristallinen Struktur mit nur limitierter Elektrolytendiffussion. Die Synthese neuer 2D-COFs (Arbeitsgruppe Dumele) und deren korrespondierende lineare Polymere (Arbeitsgruppe Esser), die jeweils direkt vergleichbare redox-aktiven Untereinheiten tragen, sollen innerhalb dieses SPP-Projekts realisiert werden. Dabei werden fundamentale Mechanismen der Ladungs- und Radikalstabilisierung mit spektroskopischen und elektrochemischen Methoden untersucht. Es werden vergleichbare Batteriezellen aus COFs und linearen Polymeren als aktives Elektrodenmaterial hergestellt (Arbeitsgruppe Esser) und eine ausführliche Struktur-Leistung-Beziehung ausgearbeitet. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden versprechende Materialtypen weiter an den entsprechenden Parametern gezielt verbessert. Zum Beispiel können bei zu niedrigem Ladungstransport in den COFs zusätzliche leitfähige Polymere in deren Poren eingebettet werden, um die Limitationen dieses Materials zu überwinden. Weiterhin werden DFT-Rechnungen zur Unterstützung dieser Untersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Verbundprojektes über Polymerbatterien basierend auf flexiblen und kristallinen Grundgerüsten wird bei der fundamentalen Entwicklung von zukünftigen Energiespeichern eine entscheidende Rolle spielen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Heterothermie und Torpor als Energie sparende Strategien bei antarktischen Sturmschwalben

Buntfuß-Sturmschwalben Oceanites oceanicus sind die kleinsten endothermen Tiere, die in der Antarktis brüten. Durch ihre geringe Körpergröße und die daher eingeschränkte Möglichkeit Energie zu speichern, brauchen Buntfuß-Sturmschwalben effiziente Strategien um mit vorhersehbaren aber auch mit unvorhersehbaren Perioden von Futterknappheit zurechtzukommen. Sowohl während einer Brutsaison als auch zwischen verschiedenen Brutsaisons wurden für diese Art starke Schwankungen der Futterverfügbarkeit beobachtet. In der geplanten Studie werden wir untersuchen wie junge Buntfuß-Sturmschwalben durch Heterothermie als physiologische Strategie ihren Energieumsatz optimieren und wie Torpor als Überlebensstrategie während unvorhergesehener Futterknappheit genutzt werden kann. Wir werden untersuchen, welchen Einfluss der Ernährungszustand auf Körpertemperatur und die Energieumsatz im Ruhezustand (Ruheumsatz) hat und ob diese mit der Außentemperatur zusammenhängen. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede der Futterverfügbarkeit werden wir den Tagesrhythmus der Körpertemperatur und der Ruheumsatz untersuchen. Wir werden testen, ob Buntfuß-Sturmschwalben ihre Körpertemperatur und ihren Ruheumsatz während dem Tag, wenn die adulten Vögel nicht zum Füttern kommen können, strategisch herunterfahren. Außerdem werden wir die Gründe und Folgen individueller Unterschiede im heterothermischen Verhalten der Nestlinge untersuchen. Wir erwarten, dass Körperfunktionen wie Wachstum oder die Investition in das Immunsystem mit sinkender Körpertemperatur eingeschränkt werden und dass Küken, die weniger häufig von ihren Eltern gefüttert werden, häufiger Torpor nutzen. Somit könnte Heterothermie bei Küken der Sturmschwalben durch einen Trade-off zwischen verringerten Energiekosten und der Investition in Körperfunktionen, die schlussendlich die Überlebenschancen bis zur Brutzeit bestimmen, Auswirkungen auf ihre biologische Fitness haben. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede in der Futterverfügbarkeit, werden wir die Heterothermie der Küken während Unwetterperioden, wie zum Beispiel während Schneestürmen, untersuchen. Schneestürme werden nach Vorhersagen der Klimamodelle in der Region in Zukunft häufiger auftreten und in dieser Zeit sind die Eingänge der Bruthöhlen häufig blockiert. Diese Studie hat daher Auswirkungen auf die Anpassungsfähigkeit der Art an den Klimawandel, sowohl im Zusammenhang mit der verringerten Futterverfügbarkeit, die vor allem durch die Abnahme des Antarktischen Krills hervorgerufen wird, als auch durch ein vermehrtes Auftreten von Schneestürmen.

E3ON: Effiziente elektrische Energiespeicher für den öffentlichen Nahverkehr

Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer. In dem Projekt E3ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, ...) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.

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