Um dem Klimawandel zu begegnen, ist das Ziel, die Technologie für eine stabile, sichere und CO2-neutrale Energieversorgung einer mittelgroßen Stadt am Beispiel von Herzogenrath, inklusive der Industriebetriebe sowie neuen Prosumern in der Stadt, durch eine zentrale Hybrid-Kraftwerksanlage sowie dezentrale PV-Anlagen, dezentrale Wärmepumpen und Elektromobilität zu entwickeln. Im Teilprojekt 'Energiemanagementsystem' soll mit Hilfe digitaler Systeme eine neue Methodik zur ökonomischen und effizienten Vernetzung und Einsatzsteuerung dezentraler Ressourcen über alle Sektoren entwickelt und erforscht werden. Zur Identifizierung und Hebung von Synergien soll in einem zentralen Energiemanagementknoten eine übergreifende Koordination der angeschlossenen Energieknoten (bspw. dem Sandbergwerk) erfolgen können. Für das zentrale Energiemanagement werden KI-basierte Vorhersageverfahren für Last & Erzeugung entwickelt. Ferner soll das Verfahren zudem zur Prädiktion von Verkaufserlösen auf unterschiedlichen Vermarktungskanälen Anwendung finden. Diese erlauben es, durch intelligente Kopplung der heute autonomen Teilsysteme, die Energieflüsse zu steuern, ohne die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen bzw. diese sogar zu erhöhen. Im Teilprojekt 'CO2 neutrale Mobilität' soll der Mobilitätssektor der Stadt in die Betrachtung mit aufgenommen und vernetzt werden. Dazu soll in einer Bestandsaufnahme die aktuelle Mobilität der Stadt erfasst werden, sowie die Technologieoptionen zur zukünftigen Darstellung einer CO2-neutralen Mobilität aufgezeigt werden. Es werden Szenarien der Mobilität von Herzogenrath definiert, anhand derer ein digitaler Zwilling erstellt wird, mit dem Prognosen für das Energiesystem getätigt werden können.
In der Vergangenheit wurden enorme Fortschritte bei der Entwicklung von Visualisierungstechnologien wie 3D-Darstellungen, Vor-Ort-Visualisierungen auf mobilen Endgeräten sowie Projektionen erzielt. Die realitätsgetreue Abbildung von Windparks im virtuellen Raum wird aktuell zum Standard bei Planungsverfahren und zunehmend von Vorhabenträgern nachgefragt. Bislang erlauben diese Anwendungen aber keine Interaktionen zwischen den NutzerInnen. Gleichzeitig spielen Formate der Online-Beteiligung/-Kommunikation eine immer größere Rolle; attraktive Angebote, welche adäquaten Ersatz oder passgenaue Ergänzungen für realweltlichen Austausch bieten, werden bedeutsamer. Hier setzt das Vorhaben an. Es nutzt elaborierte 3D-Plattformen für virtuellen Austausch der NutzerInnen. Im Rahmen eines partizipativen Designs entwickeln BürgerInnen in Living Labs bei drei Energiewende-Vorhaben selbst Vorschläge für kommunikative Formate. Anreize werden durch Gamification-Elemente und Selbstwirksamkeitserfahrungen, die sich aus dem unmittelbaren Einfluss auf das Design ergeben, gesetzt. Die Fallkontexte und Wirkungsweisen der Formate auf die Beteiligten sowie technische Innovationspotentiale werden interdisziplinär beforscht. Im Rahmen des bürgerwissenschaftlichen Co-Design-Prozesses der Living Labs werden über mehrere Entwicklungsstufen hinweg erste Prototypen entwickelt. Diese anwendungsorientierte Forschung schafft Austauschmöglichkeiten zwischen BürgerInnen in Energiewende-Visualisierungen und schafft somit einen Zugang, der interessengeleitete Partizipation von Betroffenen mit neuen Formen digitaler Interaktion erschließt. In vier Teilvorhaben werden die lokale Governance- und Akteursstrukturen untersucht (IASS), partizipative Design Case Studies in der Energiewende (CSCW) und experimentelle Studien zu kommunikativen Wirkungen immersiver Energiewende-Visualisierungen (JGU) sowie Fallstudien zur kommunikativen Wirkung immersiver Visualisierungen der Energiewende (LOS) durchgeführt.
Das hier vorgeschlagene Projekt basiert auf und ergänzt Untersuchungen die im Rahmen des DFG-Transregios 172 'Arktische Klimaveränderungen', und hier speziell dem Projekt B04 'Ship-based physical and chemical characteristics and sources of Arctic ice nucleating particles and cloud condensation nuclei', durchgeführt werden. Im Rahmen von TR 172, B04, ist es u.a. das Ziel, über schiffbasierte Messungen detaillierte Informationen hinsichtlich arktischer eisnukleierender Partikel (Anzahlkonzentration; chemische Natur, mineralisch und/oder organisch; Herkunft, lokal oder Ferntransport) zu erlangen. Diese schiffsbasierten Messungen können allerdings nur ein erster Schritt auf dem Weg zu einem besseren Verständnis von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in der Arktis im allgemeinen, und der Vereisung Arktischer Wolken im Besonderen, sein. Hierzu sind u.a. Informationen aus unterschiedlichen Höhen (innerhalb der planetaren Grenzschicht und in der freien Troposphäre) erforderlich. Daher sollen die in TR 172, B04, geplanten Aktivitäten u.a. durch INP-bezogene Messungen an Bord des Forschungsflugzeuges HALO ergänzt werden. Spezifisch zielen wir auf die Bestimmung von INP-Anzahlkonzentrationen, und über Analyse der chemischen Partikelzusammensetzung auf Hinweise bzgl. der INP Herkunft / Quellen. Im Rahmen des vorliegenden Antrages werden wir uns daher auf die Entwicklung, den Test und die Zulassung eines Hochvolumenstrom-Aerosolpartikelsammlers für sub- und supermikrone Aerosolpartikel für das Forschungsflugzeug HALO konzentrieren. Das Sammlersystem wird im Wesentlichen aus einer adaptierten Version des schon existierenden (aber noch zuzulassenden) 'Micrometre Aerosol Inlet' (MAI) und einem noch zu entwickelnden Hochvolumenstrom-Filtersammler, bestehen. Die Berücksichtigung hoher Volumenströmen (Größenordnung 100 l/min) ist aufgrund der zu erwartenden niedrigen Aerosolpartikel- und INP-Konzentrationen, und dem daraus resultierenden Bedarf nach der Sammlung großer Luftvolumina erforderlich. Der erste wissenschaftliche Einsatz des entwickelten Systems soll im Rahmen der ARCTIC-HALO-Kampagne erfolgen, welche für die zweite Phase des TR 172 (2020-2023) geplant ist. Nach seiner Entwicklung, steht das Sammlersystem (Einlass und/oder Filtersammler) für sub- und supermikrone Aerosolpartikel für weitere HALO-Missionen zur Verfügung. Zur Durchführung der notwendigen Arbeiten beantragen wir Mittel für eine 75 % und eine 50% PostDoc-Stelle für jeweils 3 Jahre. Ferner beantragen wir Mittel für die Adaptierung und die Zulassung des Hochvolumenstrom-Aerosolpartikelsammlers. Alle anderen direkten Kosten werden aus dem Haushalt des TROPOS übernommen.