Motivation: Die Landwirtschaft muss sich an die Klimaveränderungen anpassen. In der Pflanzenproduktion ist hierfür die reduzierte Bodenbearbeitung und Direktsaat in Kombination mit Mulchschichten aus Pflanzenresten eine Möglichkeit. Darüber hinaus wird gefordert, chemische Pflanzenschutzmittel zu reduzieren, u.a. in der Unkrautbekämpfung. Die mechanische Unkrautbekämpfung gewinnt daher an Bedeutung, ist aber häufig nicht kompatibel mit einer reduzierten Bodenbearbeitung mit großen Mulchauflagen. In der Regel ist auch der Einfluss des Bodenbearbeitungssystems auf den Leistungsbedarf der Geräte ungeklärt. Zukünftig werden mehr Unkrautbekämpfungsverfahren benötigt, die unabhängig von den Bodeneigenschaften sind. Obwohl die Landwirtschaft Leidtragende der Klimaveränderung ist, trägt sie gleichzeitig dazu bei. Unter anderem Traktoren und Landmaschinen emittieren klimaschädliches CO2. Diese direkten Emissionen könnten für die Leistungsklasse <70 kW durch den Einsatz batterieelektrischer Traktoren entfallen, welche besonders für den Antrieb nicht-chemischer Unkrautbekämpfungsgeräte geeignet sind. Ziele/Mehrwert: Es sollen technologische und arbeitswirtschaftliche Daten in der chemiefreien Unkrautbekämpfung im Zusammenhang mit batterieelektrischen und verbrennungsmotorischen Traktoren ermittelt und bewertet werden. Der Einfluss einer nicht-wendenden im Vergleich zu einer wendenden Bodenbearbeitung auf die Fahrbahnbedingungen und damit auf die Zugleistungsübertragung des Traktors sowie auf die Leistungsanforderungen der Geräte bei der Unkrautbekämpfung soll ermittelt werden. Zusätzlich werden die Einsatzbedingungen auf Dauergrünland berücksichtigt. Mit diesen Daten sollen schließlich Einsatzszenarien simuliert werden können, um neue Erkenntnisse hinsichtlich der Anpassung von Arbeitsabläufen, der zeitlichen und räumlichen Energiebereitstellung und der Dimensionierung von Elektrotraktoren und deren Energiespeichern zu gewinnen. Methodik: Die Versuchsobjekte sind ein dieselmotorischer und ein elektrischer Traktor mit Wechselbatterien. Hinzu kommen vier Unkrautbekämpfungsgeräte für Ackerkulturen und Grünland, welche je nach Gerätetyp den Traktor über den Fahrantrieb, die Zapfwelle oder die Hydraulik bzw. in einer Kombination davon belasten. Die Art des Produktionsverfahrens (wendende, nichtwendende Bodenbearbeitung und Grünland) ist der Einflussfaktor. Zunächst wird die Leistungscharakteristik beider Traktoren untersucht. Dann wird der Leistungsbedarf der Geräte untersucht und auf die Arbeitsbreite bzw. Arbeitseinheit normiert. Für die arbeitswirtschaftliche Untersuchung werden zwei Gruppen gebildet. Gruppe eins stellt der batterieelektrische Traktor und Gruppe zwei der Referenztraktor jeweils mit den Geräten dar. Beide Gruppen werden unter realen und simulierten landwirtschaftlichen Bedingungen arbeitswirtschaftlich untersucht. Das Vorhaben nutzt eigene Geräte und Versuchsflächen.
Stoff- und Energieumwandlungen im Boden hängen vom Aktivitätszustand der Mikroorganismen und ihrem Stoffwechsel ab. Der mikrobielle Abbau von Phosphor (P) kann nicht nur durch P, sondern auch durch Kohlenstoff- (C) und Energiemangel angetrieben werden, da energiereiche Phosphoesterbindung zu den wichtigsten Energiespeichern und -überträgern in Zellen gehört. In diesem Projekt werden wir den von „EcoEnergeticS“ entwickelten thermodynamisch-metabolischen Ansatz zur Bioenergetik des P-Abbaus aus organischen Quellen vertiefen. Unser Ziel ist es, die Energiekosten der Enzymproduktion für den P-Abbau zu ermitteln, mittels derer C, Energie und Nährstoffe aus Substraten unterschiedlicher Komplexität gewonnen werden können. Wir werden erstmals die Parameter der mikrobiellen P-Immobilisierung (Pmic-Bildung), des ATP-Spiegels, der Dynamik der Speichesubstanzen (PHBs), des PLFA- und DNA-Gehalts und deren Verhältnisse sowie die Enzymaktivität mit Wärmefreisetzung und CO2-Emission als Stellvertreter der Stoffwechselaktivität zu kombinieren. Wir nehmen an, dass die Energiekosten zur Produktion P-hydrolysierender Enzyme durch Mikroorganismen mit zunehmender Substratkomplexität steigen. Eine weitere Hypothese lautet, dass Mikroorganismen entweder bei C- oder P-Mangel Verbindungen mit hochenergetischen Phosphoesterbindungen (z. B. ATP) eher als Quelle für entweder C oder P verwenden. Ohne P-Mangel kann C aus ATP in zur Energiespeicherung in Speicherstoffe (z. B. PHB) eingebaut werden, während hydrolysiertes P freigesetzt wird. In WP1 werden wir die Investition von Mikroorganismen in die Enzymproduktion zur Gewinnung von Energie und Nährstoffen aus organischen P-Substanzen unterschiedlicher Komplexität ermitteln, was die Hydrolyse durch entweder eine oder mehrere Phosphatasen (Phosphomono- und Phosphodiesterasen, Phytasen) erfordert. Weiterhin werden wir in WP2 die Energiekosten von i) anorganischer P-Aufnahme und anaboler Verwendung, ii) Mineralisierung von organischen P-Verbindungen mit zunehmender Komplexität entschlüsseln. Das Verwendung von hochenergetischen, C- und P-haltigen Organo-Phosphoestern durch Mikroorganismen bei Nährstoff- und/oder Energielimitierung wird in WP3 untersucht. Insbesondere zielen wir darauf ab, den Einbau von ATP in Zellkomponenten als Indikator für den metabolischen Zustand von Zellen zu definieren, die in der Lage sind, i) energielimitierte, ii) C-limitierte oder iii) P-limitierte mikrobielle Gemeinschaften in Böden zu differenzieren. Insgesamt wird dieses Projekt untersuchen, wie Nährstoffmangel und die Notwendigkeit der Phosphatasebildung die Energie- und C-Speicherung beeinträchtigen und welche dieser P- und C-Wege abhängig von der mikrobiellen Aktivität angetrieben werden. Das Verständnis dieser Mechanismen kann dazu beitragen, die mikrobielle Effizienz bei der P-Umwandlung aus organischer Substanz zu erhöhen, was besonders angesichts des zukünftigen Mangels an Phophordüngemitteln von besonderer Bedeutung ist.
Aus Gründen der Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Treibhausgas-Minderung zeichnet sich ab, dass die Verkehrsarten möglichst elektrifiziert werden sollten. Sofern das nicht möglich ist, muss der Endenergiebedarf durch andere Kraftstoffe gedeckt werden, die langfristig treibhausgasneutral her- und bereitgestellt werden müssen. Batterien wurden in den letzten Jahren deutlich leistungsfähiger (gravimetrische und volumetrische Energiedichte) und werden auch absehbar noch besser und günstiger. Zukünftig sollten dadurch weitere Verkehrsmodi batterieelektrisch betrieben werden können und andere noch umfassender als bisher. Dies ermöglicht geringere Bedarfe an anderen Endenergieträgern und einen geringeren Energiebedarf. Im Vorhaben sollen die jetzigen und insbesondere zukünftigen Möglichkeiten der Batterie-Technik in Anwendungen des Verkehrs detailliert untersucht werden. Die verkehrsträgerseitigen Anforderungen der jeweiligen charakteristischen Segmente der Verkehrsarten (z.B. Fähren, Binnenschiffe, Zweiräder, Linienbusse) an die Energieversorgung müssen dazu detailliert aufgeschlüsselt werden, um diese anschließend ggf. wieder clustern zu können. Welche Arten von Energiespeichern werden dafür benötigt bzw. jetzt schon entwickelt, welche Kostenentwicklungen sind zu erwarten? Batterietechnisch sind alle Ansätze zu identifizieren, die in den nächsten 2 bis 3 Dekaden aus heutiger Sicht relevant werden könnten. Die Beurteilung erstreckt sich auch auf die Risiken der Technik und die Kritikalität von Rohstoffen. Für die auch zukünftig nicht realistisch elektrifizierbaren Verkehrsträger wäre zu untersuchen, welche Energieträger (PtG-H2, PtG-Methan, PtL) und Antriebe dann, unter Berücksichtigung der Energieeffizienz, Ressourcen und THG-Minderung, als geeignete Alternative erscheinen. Diese Arbeiten sind die Grundlage für eine Abschätzung des zukünftigen Endenergie- und Primärenergiebedarfs im Verkehr, was in drei Szenarien ermittelt werden soll.
Dieses Vorhaben adressiert als Bestandteil des Verbundvorhabens 'TurboHyTec - Turbomaschinen für Hydrogen-Technologien' wesentliche technologische Fragestellungen von Turbomaschinen, die eine Schlüsselstellung zu einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien einnehmen. Turbomaschinen sind Kernelemente in vielen Energiespeichersystemen und Industrieprozessen und finden auch Verwendung in Prozessen zur Erzeugung synthetischer grüner Brennstoffe. Wasserstofftechnologien sind ein zentraler Baustein für das Gelingen der Energiewende. Nachhaltig hergestellter Wasserstoff ist ein umweltschonender Energieträger, der zur Speicherung von überschüssiger erneuerbarer Energie eingesetzt werden kann. Voraussetzung für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien ist eine deutliche Ausweitung der Speicherkapazitäten basierend auf neuartigen Speichertechnologien. Unter verstärkter Digitalisierung und Virtualisierung sind sowohl für die Speicherung als auch die Verteilung geeignete Verdichtungs- und Expansionsaggregate zu entwickeln. Das Vorhaben widmet sich drei thematisch übergeordneten Themen zur Entwicklung von Turbokomponenten für Anwendungen im Rahmen der Energiewende. Für die Realisierung einer wasserstoffbasierten Energieinfrastruktur wird im HAP 'Wasserstoff-Anwendungen' eine aerodynamische Bewertungsfähigkeit von Radialverdichtervoluten für die Luftversorgung von Brennstoffzellen erarbeitet (AP 1.4b). Im HAP 'Energiespeicher' erfolgt zum einen eine Modellanalyse für ein elektro-thermisches Energiespeichersystem für die zukünftige Sektorenkopplung und Ausgleich der Volatilität regenerativer Stromgewinnung (AP 2.1). Zum anderen wird ein transsonischer Radialverdichter für Anwendungen in zukünftigen dekarbonisierten Energiewandlungsprozessen optimal ausgelegt (AP 2.3b). Im HAP 'Digitalisierung' werden hochgenaue skalenauflösende Strömungssimulation für einen virtuellen Kaskadenprüfstand im Rahmen der Produktauslegung qualifiziert (AP 4.6d).
Der Net Zero Industry Act ist am 29. Juni 2024 in Kraft getreten. Der NZIA hat zum Ziel, den Produktionshochlauf von Netto-Null-Technologien (z.B. Produktion von Windkraftanlagen, Solarzellen, Batteriezellen etc.) in der europäischen Union zu beschleunigen. Dieses Ziel soll v.a. durch die Straffung von Genehmigungsverfahren und die Bündelung von Informationen vorangetrieben werden. Der NZIA unterstützt geplante gewerbliche Anlagen oder die Erweiterung oder Umwidmung bestehender Anlagen, um folgende Netto-Null-Technologien herstellen zu können: Solartechnologien, einschließlich photovoltaische, thermoelektrische und thermische Solartechnologien, Technologien für Onshore-Windkraft und erneuerbare Offshore-Energie, Batterie- und Energiespeichertechnologien, Wärmepumpen und Technologien für geothermische Energie, Wasserstofftechnologien, einschließlich Elektrolyseure und Brennstoffzellen, Technologien für nachhaltiges Biogas und Biomethan, Technologien zur Abscheidung und Speicherung von CO2, Stromnetztechnologien, einschließlich elektrischer Ladetechnologien für den Verkehr und Technologien zur Digitalisierung des Netzes, Technologien für Kernspaltungsenergie, einschließlich Technologien für den Kernbrennstoffkreislauf, Technologien für nachhaltige alternative Kraftstoffe, Wasserkrafttechnologien, Technologien für erneuerbare Energie, die nicht unter die vorstehenden Kategorien fallen, energiesystembezogene Energieeffizienztechnologien, einschließlich Wärmenetztechnologien, Technologien für erneuerbare Kraftstoffe nicht biogenen Ursprungs, biotechnologische Klimaschutz- und Energielösungen, transformative industrielle Technologien für die Dekarbonisierung, die nicht unter die vorstehenden Kategorien fallen, Technologien zum Transport und zur Nutzung von CO2, Windantriebs- und Elektroantriebstechnologien für den Verkehr, Nukleartechnologien, die nicht unter die vorstehenden Kategorien fallen. Der NZIA sieht zur Unterstützung beim Aufbau oder der Erweiterung von neuen Produktionsanlagen für Netto-Null-Technologie oder von Investitionen in die Umstellung von Produktionsanlagen zur Herstellung von Netto-Null-Technologien die Einrichtung von zentralen Kontaktstellen vor (Art.6 NZIA). Hier geht es zur Zentralen Kontaktstelle .
Die sozio-ökonomische Folgenabschätzung des Projektionsberichts 2024 vergleicht das Mit-weiteren-Maßnahmen- Szenario (MWMS) mit dem Mit-Maßnahmen-Szenario (MMS) hinsichtlich Investitionsbedarf, Kosteneinsparungen und gesamtwirtschaftlicher Auswirkungen. Analysiert werden Veränderungen in den Sektoren Energie, Industrie, Gebäude und Verkehr, ergänzt durch die Abschätzung von Arbeitsmarkteffekten sowie durch die Verteilungsanalyse der Instrumentenwirkungen auf verschiedene Haushaltsgruppen in den Sektoren Gebäude und Verkehr. Die Studie zeigt, dass im MWMS zusätzliche Investitionen in Gebäudehüllen, erneuerbare Heiztechnologien, Energiespeicher und elektrische Fahrzeuge erforderlich sind. Diese Investitionen bieten positive gesamtwirtschaftliche Effekte und stärken das BIP, während sie zugleich eine höhere Nachfrage nach Arbeitskräften, insbesondere in der Gebäudesanierung und Elektromobilität, schaffen. Die Verteilungsanalyse weist darauf hin, dass gerade im Bereich der Sanierung die bestehenden Förderprogramme oft noch nicht ausreichen, damit diese sich, insbesondere für einkommensschwache Haushalte, lohnen. Veröffentlicht in Treibhausgas-Projektionen für Deutschland.
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