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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>

Geographien im Ausbau von (Klein-) Wasserkraft in ausgwählten transnationalen Einzugsgebieten Chinas (Yunnan und Xinjiang) - Eine vergleichende Analyse auf Basis des Wasser-Energie-Umwelt Nexus

Seit dem neuen Jahrtausend wächst der globale Hydroenergieausbau schneller als jemals zuvor. Die südwestchinesische Provinz Yunnan, mittlerweile einer der weltgrößten Erzeuger von Wasserkraft (HP), spielt hierbei eine herausragende Rolle. Allein zwischen 2000 und 2016 stieg hier die installierte Hydrokapazität von 2,5 auf 59GW. Während die Großprojekte an Yunnans drei Hauptflüssen (Mekong, Nu und Yangtse) relativ bekannt sind, ergeben Yunnans fünf grenzüberschreitende Einzugsgebiete (EG) eine große 'terra incognita'. Doch hier gibt es fast Tausend unbekannter HP-Projekte (grösser als 1MW; 2016: 22,4GW). Der diesbezüglich gravierende Informations- und Datenmangel hat massive Auswirkungen auf unser Verständnis der komplexen ökologischen, geopolitischen und sozio-ökonomischen Implikationen der oft als 'grüne Energie' bezeichneten Kleinwasserkraft (SHP). Das ist umso gravierender, da Yunnan einen der globalen Biodiversitäts-Hotspots darstellt. In einem Vorgängerprojekt habe ich die beiden transnationalen EG des Nu und Ayeyarwady untersucht. Beide gehören global zu den wenigen Flüssen die am Hauptlauf noch unverbaut sind. Obwohl über beide EG fast nichts bekannt ist, konnten über 370 größere HP-Projekte identifiziert werden. Auf Grundlage des Powershed-Ansatzes wurden die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen dem massiven HP-ausbau und dem Wasser-Energie-Umwelt (WEU) Nexus untersucht sowie Ursachen und Auswirkungen einer Überentwicklung identifiziert und beschrieben. Auf Grundlage dieser Arbeiten, v.a. des WEU-Nexus, plane ich eine vergleichende Analyse von Yunnans fünf transnationalen EG. Das Projekt wird Yunnans Datengrundlage massiv verbessern (inkl. der Erstellung interaktiver Karten), es wird aber auch das Verständnis von Überentwicklung, Umweltauswirkungen und nachhaltigen Entwicklungspfaden im HP-ausbau verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen drei Teilgebiete vertiefend analysiert und bewertet werden (1) Vergleich der lokalen SHP-Implementierung sowie Aufnahme einer umfassenden Datenbank aller HP-projekte, inkl. Geovisualisierung; (2) Untersuchung der raum-zeitlichen Wechselwirkungen innerhalb des Wasser-Energie Nexus bzw. des Paradigmas von Erzeugung-Verbrauch-Imp/Exp; sowie (3) Untersuchung und Quantifizierung des Wasser-Umwelt Nexus. Das betrifft sowohl die Analyse kumulativer biophysikalischer Implikationen (z.B. Fisch-Sampling, DOC-Analysen) als auch indirekte ökologische Auswirkungen des rapiden parallelen Ausbaus energieintensiver Industrien. In einem ergänzenden Modul soll der Ansatz auf Xinjiangs (NW-China) drei transnationale EG übertragen werden, die ebenfalls ein massiver HP-ausbau kennzeichnet. Außerdem ist Xinjiang Chinas schnellst wachsender Stromerzeuger, weist aber einen völlig anderen geographischen Kontext auf. Deshalb sollen v.a. Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Nexus-Interaktionen herausgearbeitet werden. Außerdem soll die HP-Datenbasis auf dem gesamte tibet. Plateau erfasst und interaktiv geovisualisiert

Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Ressortforschungsplan 2024, Praxis und Potentiale von Slow-Steaming zur Energieeinsparung und Vermeidung von THG-Emissionen im Seeverkehr sowie Beiträge des Luft- und Seeverkehrs im internationalen Kontext

In dem Vorhaben soll auf technische Möglichkeiten zur Effizienzverbesserung bzw. Energieeinsparung eingegangen werden (bspw. Nutzung der Windkraft) und eruiert werden, in welcher Höhe Energieeinsparungen realistisch zu erwarten sind, für welche Schiffstypen diese jeweils in Frage kommen, wie weit der Energiebedarf des internationalen Seeverkehrs sich damit senken ließe und ob bzw. unter welchen Bedingungen diese Maßnahmen wirtschaftlich sind oder einer Förderung bedürfen. In die Betrachtung sollen bestehende und zukünftige Maßnahmen auf EU- und internationaler Ebene einfließen. In einem zweiten Arbeitspaket sind die Treibhausgasminderungsmöglichkeiten durch Carbon Capture on board (OCC) zu beleuchten. Es soll (beschränkt auf das System Schiff) eine detaillierte Betrachtung des Energieaufwands zur Abscheidung, Speicherung und Transport des CO2 sowie den dadurch verursachten zusätzlichen CO2eq-Emissionen erfolgen. Darüber hinaus sollen zudem auch die Auswirkungen auf die schiffsspezifische Energieeffizienz betrachtet werden und für welche Schiffstypen dies wirtschaftlich darstellbar ist. Es sind Beratungsleistungen für die Verhandlungen unter der Klimarahmenkonvention zu dem Agendapunkt der 'bunker fuels' und ein Ad-hoc-Beratungsbudget für den See- und Luftverkehr vorzusehen.

Nutzung von Wasserstoff als klimaneutrales Prozessgas für den Brand von Dachziegelprodukten, TP2: Konzeptionelle Vorbereitung zur Umstellung eines Dachziegelbetriebes auf Wasserstoffbetrieb

Optimierte Rührwerke für Biogasfermenter und Anlagen zur biologischen Abwasser- und Reststoffbehandlung, Teilvorhaben: Bewertung der Misch- und Strömungseigenschaften mittels Prozess-Tomographie

Ziel des skizzierten Projekts ist die Definition neuartiger Kriterien für den Rührerfolg in Abwasser- und Abfallbehandlungsanlagen basierend auf messbaren Prozessparametern und die Entwicklung von Technologien, die die energetische Optimierung in diesen Anlagen über den Stand der Technik hinaus ermöglichen. Die zu entwickelnden technologischen Komponenten umfassen ein qualifiziertes, multiparametrisches Messwerkzeug zur räumlichen Charakterisierung von Rührvorgängen in Großanlagen ein auf die Prozessverhältnisse im Behälter angepasstes und strömungstechnisch optimiertes Rührwerkspropeller, ein webbasiertes Auslegungs- und Optimierungswerkzeug für Biogas- und Faulbehälter. Weiteres Projektziel ist die Vorbereitung technischer Richtlinien für einen verfahrenstechnisch und energetisch optimierten Betrieb in biologischen Abwasser- und Reststoffbehandlungsanlagen. Drei spezifische Anwendungsfelder sollen untersucht werden, nämlich Belebungsbecken, Biogasreaktoren und Faulbehälter. Im Ergebnis des Projektes wird eine Minimierung des zur Durchmischung bei der Abwasserbehandlung und Bioabfallverwertung erforderlichen Energieaufwandes um circa 20 % angestrebt.

Individualisierte Visualisierung von Energiewendemaßnahmen, Teilvorhaben: Soziologische Konzepte, partizipative Strategien und gesellschaftliche Zielkonflikte der Energiewende

Ziel des Verbundprojekt 'EnerVi - Individualisierte Visualisierung von Energiewendemaßnahmen' ist es, im Rahmen von partizipativ-gesellschaftlichen Prozessen systemübergreifend Innovationen zu entwickeln, um Stakeholder:innen und Verbraucher:innen die Folgen der Energiewende transparent zu machen, nachhaltiges Verhalten zu aktivieren und zu festigen. Das Vorhaben umfasst technische, soziale, institutionelle und organisationale Innovationen in den Modellregionen (Stadt Berlin und die Ortsgemeinde Neuerkirch). Die Modellregionen unterscheiden sich sehr deutlich in den soziokulturellen Lebensbedingungen und den energiewirtschaftlichen Voraussetzungen und bilden damit eine große Spannweite der in Deutschland vorhandenen gesellschaftlichen und energetischen Milieus ab. Ein zentrales Element des Vorhabens ist die Entwicklung eines Webtools, das mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) individualisiert auf die konkrete Person die Folgen der Energiewende in den Modellregionen visualisiert. Es werden die Potentiale der Energiewende und mögliche Klimaveränderungen im regionalen Umfeld anhand von mit KI 'gemorphten' Bildern mittels unterschiedlicher Zukunftsszenarien transparent gemacht. Dabei werden auch die Auswirkungen eigener persönlicher und kollektiver Entscheidungen (z.B.eigene/kommunale Energieversorgung, eigene/kommunale Energienutzung, Konsumverhalten, etc.) berücksichtigt und die Auswirkungen etwa auf die persönlichen Energiekosten, den Energieverbrauch oder auch von nachhaltigen Konsummöglichkeiten dargestellt.

Steigerung der Material- und Energieeffizienz durch Implementierung innovativer Heißkanaltechnologie im Mg-Thixomolding, Teilprojekt: Erforschung Werkzeugtechnologie

MOEWE, Maximal Ökoeffiziente Wing Entwicklung mittels Multitow-AFP Technologie

KI-basiertes Assistenzsystem zum ressourceneffizienten und nachhaltigen Designprozess in der Textil- und Bekleidungsindustrie, Teilvorhaben: Schnittstellen-, Systementwicklung und Datenbankaufbau im Kontext des KI-basierten Empfehlungssystems

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