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Archiv für die 'Neue Technologien' Kategorie

Forscher stellen virtuelles Kraftwerk vor – stabiler Strom aus Erneuerbaren Energien

Donnerstag 28. März 2013 von birdfish

Der Zusammenschluss vieler kleinerer Stromerzeuger kann konventionelle Kraftwerke ersetzen.

Kombikraftwerk 2

Wie mit Erneuerbaren Energien die Stromversorgung ohne erhöhtes Risiko für ein Blackout heute und in Zukunft möglich ist, zeigt das Forschungsprojekt Kombikraftwerk2. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel stellen das Projekt auf der Hannover Messe vom 8.-12. April 2013 (Halle 27, Stand N71) vor.

»Jede Energiequelle – sei es Wind, Sonne oder Biogas – hat ihre Stärken und Schwächen. Wenn wir die unterschiedlichen Charaktere der regenerativen Energien geschickt kombinieren, können wir die Stromversorgung in Deutschland sicherstellen«, prognostiziert Dr. Kurt Rohrig, stellvertretender Institutsleiter des IWES. Das Kombikraftwerk zeigt: es ist technisch möglich, dass jeder einzelne Produzent seinen Strom ins Netz einspeisen kann und das Netz dabei stabil bleibt. Damit das funktioniert haben IWES-Forscher und Kollegen vom Siemens-Konzern in der E-Energy-Initiative des Bundes eine Softwareplattform entwickelt, mit der nach dem Motto »gemeinsam sind wir stark« viele kleinere Erzeuger zusammen als »virtuelles Kraftwerk« agieren können.

Virtuelles Kraftwerk im Praxistest:

Seit Januar 2011 erproben die Forscher in der Regenerativen Modellregion Harz (RegModHarz) ein solches Kraftwerk – mit sehr guten Ergebnissen. Sie haben hier 25 Anlagen mit einer Nennleistung von 120 Megawatt über das Internet und als simulierte Speicher ein Pumpspeicherkraftwerk und Elektrofahrzeuge zusammengeschaltet. Eine zentrale Steuerung sorgt dafür, dass die Nachteile der erneuerbaren Energien gemildert werden. Denn die Sonne scheint nicht immer, und auch der Wind weht nicht kontinuierlich. Wenn aber viele kleine Erzeuger zusammenarbeiten, kann man regionale Unterschiede bei Wind und Sonne durch das Stromnetz oder regelbare Biogasanlagen ausgleichen. Weiter lässt sich überschüssiger Strom speichern oder in Wärme umwandeln. Es entsteht ein leistungsfähiges Netzwerk, das dezentral organisiert ist, aber nach außen hin – etwa an Strombörsen – als größere Gesamtheit auftreten kann. Damit das funktioniert, übernimmt die Leitwarte zwei Rollen gleichzeitig: Als »Energieanlagenmanager« verwaltet und überwacht sie die im virtuellen Kraftwerk zusammengeführten Anlagen. Und als »Poolkoordinator« vermarktet sie gleichzeitig die erzeugte Energie. Die Software des virtuellen Kraftwerks aus dem Harz wird für das Kombikraftwerk2 teilweise übernommen und um Netzstabilisierungsfunktionen erweitert.

Erneuerbare Energien können das Netz stabilisieren

An manchen Tagen des Jahres übernimmt die Elektrizitätserzeugung aus Sonne, Wind, Biomasse, Wasser und Geothermie bereits heute in Deutschland schon mehr als die Hälfte der anfallenden Last. »Dass der Strom auch künftig zuverlässig mit einer Spannung von 230 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz beim Nutzer ankommt, dieser Herausforderung müssen sich die Erneuerbaren künftig stellen«, sagt Kaspar Knorr, Leiter des Forschungsprojekts Kombikraftwerk2 am IWES. Die erneuerbaren Energiequellen müssen auch vermehrt zu den Systemdienstleistungen beitragen. Im bisherigen, auf wenige zentrale Produzenten ausgelegten System sorgten vor allem konventionelle Kraftwerke für diese Voraussetzungen. Wie das Stromversorgungssystem der Zukunft aussehen und wie die einzelnen Anlagen über Deutschland verteilt sein könnten, modellieren die Wissenschaftler detailliert in ihrem Projekt. Sie ermitteln auch den Bedarf an Systemdienstleistungen wie Frequenz- und Spannungshaltung, Schwarzstartfähigkeit und Momentanreserve, damit der erneuerbare Strom stabil beim Verbraucher ankommt.

»Schon heute können die Erneuerbaren durch ihren dezentralen Charakter und innovative Entwicklungen dazu beitragen, das Stromversorgungsystem zu stabilisieren. Wir können mit dem Kombikraftwerk2 zeigen, vor welchen Veränderungen unsere Stromversorgung steht. Und wir demonstrieren, wie die Erneuerbaren diese Aufgabe meistern und auch in Zukunft für stabilen Strom sorgen können«, betont Knorr.

Forschungsprojekt und Partner:

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt »Kombikraftwerk2« untersucht, wie ein rein regeneratives Stromversorgungssystem funktionieren könnte und welchen Bedarf es an Systemdienstleistungen geben wird. Zugleich ermitteln die Experten Möglichkeiten, wie die Anlagen für erneuerbare Energien diese zur Netzstabilität notwenigen Dienstleistungen erbringen können. Die Lösungsansätze werden an realen Anlagen untersucht. Die Partner des Konsortiums sind: CUBE Engineering GmbH, Deutscher Wetterdienst, ENERCON GmbH, Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), ÖKOBIT GmbH, Fachgebiet Elektrische Energieversorgung der Leibniz Universität Hannover, Siemens AG, SMA Solar Technology AG, SolarWorld AG und die Agentur für Erneuerbare Energien. Das Projekt wird vom Bundesumweltministerium gefördert und schließt an das schon 2007 begonnene Projekt Kombikraftwerk1 an, das unter anderem die Machbarkeit einer vollständig auf regenerativen Quellen aufbauenden Stromversorgung aufzeigte.

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Vision für das Klima: Paläoklimaforscher plädiert für Kohlendioxid-Recycling

Mittwoch 20. März 2013 von birdfish

Frank Sirocko zeigt in “Geschichte des Klimas”, wie aus der Vergangenheit gelernt und Visionen für die Zukunft entwickelt werden können.

Vulkane
Welche Rolle speilten Vulkane in der Klimageschichte? – Foto: Ulla Trampert / Pixelio

Der Energiebedarf von Industrienationen auf der einen Seite und die Notwendigkeit, die globale Erwärmung zu begrenzen, auf der anderen Seite stellen die Menschheit vor große Herausforderungen. Professor Dr. Frank Sirocko, einer der führenden Paläoklimaforscher in Deutschland, plädiert dafür, die fossilen Energieträger und die Treibhausgase als Teile des gleichen Kreislaufs zu betrachten und als Ausweg aus dem Klimadilemma einen nachhaltigen, geschlossenen Kohlendioxid-Methan-Kreislauf einzurichten. Dabei soll Kohlendioxid, das maßgeblich für die globale Erwärmung verantwortlich ist, durch sogenannte Sequestration wieder der Atmosphäre entzogen werden. Es müsste dann mithilfe von Sonnenergie zum Beispiel in den südeuropäischen Mittelmeerländern zu Methan reduziert und in dieser Form wieder nach Nordeuropa transportiert werden. „Ich persönlich bin überzeugt, dass man irgendwann in Bezug auf das Treibhausgas Kohlendioxid vollständig umdenken wird und das atmosphärische CO2 nicht mehr als Problemstoff sieht, sondern als Lagerstätte“, schreibt Sirocko in seinem neuen Buch „Geschichte des Klimas“.

In dem Buch erläutert Sirocko, Professor am Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), auf knapp 200 Seiten die wichtigsten Prozesse im Klimasystem und zeigt die Entwicklung des Erdklimas über Millionen von Jahren auf. Die Bedeutung der Atmosphäre und der Meeresströmungen wird genauso behandelt wie die Rolle, die Vulkane oder schmelzende Polkappen im Klimageschehen spielen. Der Rückblick auf die Erdgeschichte ist nach Auffassung des Klimaforschers unerlässlich, um zu beurteilen, was uns in Zukunft erwartet.

„Die Vergangenheit lehrt uns, dass Klimaänderungen eine der größten Bedrohungen für die Menschheit waren“, schreibt der Wissenschaftler. Als Beispiel führt er das 14. Jahrhundert an, als kalte verregnete Sommer zu Hunger, gesellschaftlicher Krise und in der Folge zu Seuchen geführt haben. „Hunger am Anfang des Jahrhunderts und die Pest haben die Zeit von 1300 bis 1350 zu einer der dunkelsten Zeiten der europäischen Geschichte gemacht.“

Heute stehen wir vor der globalen Herausforderung, die Erwärmung der Erdatmosphäre einzudämmen und den Energiebedarf möglichst klimaneutral abzusichern, wobei Erdöl in naher Zukunft knapp wird und auch Erdgas keine dauerhafte Alternative ist. „Viele Menschen“, so Sirocko, „blicken heute ratlos in die Energiezukunft und fühlen sich vom Klimawandel bedroht.“ Seine Vision für die Zukunft ist daher eine gemeinsame Antwort auf die Klima- und die Energiefrage. Mittlerweile seien erfolgreiche Verfahren entwickelt worden, um das CO2 aus der Atmosphäre wieder zu entziehen, die sogenannte Sequestration. Leider würde in diesem Zusammenhang immer nur eine Endlagerung des flüssigen CO2 diskutiert.

Man könnte dieses Kohlendioxid aber auch wieder zu Methan reduzieren, wozu grundsätzlich Energie notwendig wäre. Global betrachtet stünde hierfür mehr als genügend Sonnenergie zur Verfügung, da die auf die Erdoberfläche eingestrahlte Sonnenenergie weitaus größer sei als alle vom Menschen benötigte Energie. „Prinzipiell und global gesehen ist Energie also gar nicht knapp; man muss sie nur kontrolliert aus Südeuropa nach Nordeuropa transportieren.“ Irgendwann werde man in den Regionen starker Sonneneinstrahlung das CO2 aus der Atmosphäre sequestrieren, es dort in Thermiekraftwerken zu CH4 reduzieren und dieses Methan dann über Pipelines in die Industriestaaten transportieren, wo es erneut verbrannt werden kann. Ein solcher Kreislauf sei dann in sich geschlossen und könne nachhaltig so lange betrieben werden, wie die Sonne ihre Energie abstrahlt. Wichtig sei nur, dass man diesen Kreislauf implementiert, bevor das CO2 in der Atmosphäre bedrohliche Konzentrationen erreicht hat. „Wir müssen also heute beginnen, wenn wir morgen eine Zukunft haben wollen“, schreibt Sirocko in „Geschichte des Klimas“.

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Taufe des Kreuzfahrtschiffes ‘AIDAstella’ – NABU kritisiert umweltfeindlichen ‘Stern’

Samstag 16. März 2013 von birdfish

Mit Blick auf die heutige Taufe des neuen Kreuzfahrtschiffes „AIDAstella“ hat der NABU die mangelhaften Umweltstandards des Flottenneuzugangs der Reederei AIDA Cruises kritisiert.

Kampagne Mir stinkts für sauberere Kreuzfahrtschiffe
Kampagne ‘Mir stinkts’ für sauberere Kreuzfahrtschiffe

„Kein Stickoxidkatalysator, kein Rußpartikelfilter, kein sauberer Treibstoff. Mit der AIDAstella macht die Reederei weiter wie bisher und verpasst damit die Chance, Umweltvorreiter der Kreuzfahrtbranche zu werden. Anders, als der Name vermuten lässt, funkelt hier nach wie vor nur die Fassade, unter Deck aber geht der Schweröl-Wahnsinn weiter“, kommentiert NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller die Taufe des zehnten AIDA Kreuzfahrtschiffes in Rostock.

Erst am Dienstag hatte sich AIDA im aktuellen Nachhaltigkeitsbericht gerühmt, Vorreiter in Sachen Umweltschutz zu sein. Allein, die dort wortreich beschriebenen Maßnahmen wie Energiesparlampen und reibungsarme Unterwasseranstriche sind ein Tropfen auf den heißen Stein. Die wahre Umweltsünde der Schifffahrt resultiert nach wie vor aus der Verwendung von giftigem Schweröl und den Verzicht auf Abgasreinigungssysteme wie Rußpartikelfilter und Stickoxidkatalysatoren. Auf diese Weise werden gigantische Mengen schädlicher Luftschadstoffe freigesetzt, die den Klimawandel beschleunigen und die Gesundheit von Millionen Menschen schädigen. Dabei ist die notwendige Technik einsatzbereit: So wird Mitbewerber Hapag-Lloyd in acht Wochen die „MS Europa 2“ vorstellen, die als erstes Kreuzfahrtschiff immerhin über einen Stickoxidkatalysator verfügen wird, der die für Mensch, Tier und Pflanzen schädlichen Stickoxide fast vollständig zurückhält.

„Ein modernes Kreuzfahrtschiff fährt ohne Schweröl und setzt auch einen Partikelfilter ein. Erfreut nehmen wir daher die AIDA-Aussage zur Kenntnis, dass das Unternehmen mit Hochdruck an einem ganzheitlichen Filterkonzept für die Schiffe arbeitet“, so Miller. Der NABU fordert diese Technik seit Jahren und hält sie für einen der wichtigsten Bausteine auf dem Weg zu mehr Umweltverträglichkeit von Schiffsreisen. Die „neue“ AIDAstella ist daher bereits auf ihrer Jungfernfahrt veraltet, da sie den neuesten Stand der Technik nicht einsetzt.

Zum NABU-Hintergrundpapier zu den Umweltauswirkungen von Kreuzfahrtschiffen (PDF)

Zur Kampagne “Mir stinkt’s”

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Durchbruch für neuartige Stromspeicher: Große leistungsfähige Redox-Flow-Batterie

Freitag 15. März 2013 von birdfish

Sonne und Wind liefern immer mehr Strom – allerdings unregelmäßig.

Leistung konnte erhöht werdenLeistung der Batteriestacks konnte erhöht werden. Foto: Fraunhofer UMSICHT

Leistungsfähige elektrische Energiespeicher sollen das künftig ausgleichen. Fraunhofer-Forschern ist nun ein wichtiger Durchbruch gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie mit einer Zellgröße von 0,5 Quadratmeter entwickelt, was einer Stackleistung von 25 kW entspricht. Das ist achtmal größer als die bisherigen DIN-A4-Blatt großen Systeme. Auf der Hannover Messe stellen sie den neuartigen Stromspeicher erstmals vor (8. bis 12. April 2013).
Sonne und Wind sind wichtige Energielieferanten. Schon heute stammt fast ein Viertel unseres Stroms aus erneuerbaren Quellen. Bis 2050 soll der Bedarf sogar komplett mit Strom aus Sonne, Wind, Biomasse und Co. gedeckt werden, so das Ziel der Bundesregierung. Doch damit die Energiewende gelingt, müssen die wachsenden Mengen an Solar- und Windstrom für nachts oder windschwache Zeiten gespeichert werden – etwa in elektrischen Akkus. Redox-Flow-Batterien bieten eine gute Möglichkeit, um die Schwankungen bei erneuerbaren Energien auszugleichen und eine stetige Versorgung zu sichern. Sie speichern elektrische Energie in chemischen Verbindungen, den flüssigen Elektrolyten. Die Ladung und Entladung der Elektrolyten findet dabei in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen werden nebeneinander zu Stapeln, Stacks, aufgereiht. Doch bislang liefern die auf dem Markt verfügbaren etwa DIN-A4-Blatt großen Batterien (1/16 Quadratmeter) nur eine Leistung von 2,3 Kilowatt (kW).

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen konnten nun die Größe der Stacks und damit die Leistungsfähigkeit deutlich erhöhen. Dank eines neuen Designs ist es ihnen gelungen, Stacks mit 0,5 Quadratmeter Zellgröße zu fertigen. Das ist achtmal größer als die bisherigen Systeme und entspricht einer Leistung von 25 kW. Diese Batterie präsentieren die Wissenschaftler auf der Hannover Messe am Fraunhofer-Stand der Allianz Energie in Halle 13, Stand C10. Der Prototyp verfügt über einen Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent. Er kann mit Strömen von bis zu 500 Ampere belastet werden..

Doch wie ist es den Experten gelungen, die Größe und Leistungsfähigkeit so deutlich zu erhöhen? Zunächst erprobten die Fraunhofer-Wissenschaftler neue Membranmaterialien, forschten am Batteriemanagement und dem Batteriedesign. Strömungssimulationen halfen dabei, den Aufbau der Zellen zu optimieren. Die Forscher haben die Batterien dann komplett neu designt und so den Durchbruch geschafft. »Die größte Herausforderung bestand darin, dass wir für das Scale-up einen komplett neuen Aufbau der Stacks entwickeln mussten, um Batterien in dieser Leistungsstärke zu konzipieren«, erklärt Dr. Jens Burfeind, Gruppenleiter Elektrochemische Speicher am Fraunhofer UMSICHT.

Die UMSICHT-Experten arbeiten gemeinsam mit ihren Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in einem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderten Projekt intensiv an Redox-Flow-Batterien. Am Institut in Oberhausen steht für die Forschungsarbeiten eines der größten Testlabore für Redox-Flow-Batterien europaweit zur Verfügung. »Uns ist mit dem Redesign des Batterie-Stacks ein sehr wichtiger Schritt gelungen auf dem Weg, Redox-Flow-Batterien zu entwickeln, die zum Beispiel 2000 Haushalte mit Strom versorgen können«, sagt Dr. Christian Dötsch, der den Bereich Energie am Fraunhofer UMSICHT leitet. Dazu wären etwa zwei Megawatt Leistung nötig. Als nächstes konkretes Ziel stehe daher zunächst die Entwicklung eines Stacks in der Größe von zwei Quadratmetern und einer Leistung von 100 kW auf der Agenda.

Funktionsweise der Redox-Flow-Batterie

Die Redox-Flow-Zelle (Red für Reduktion = Elektronenaufnahme, Ox für Oxidation = Elektronenabgabe) ist ein Akkumulator. Sie speichert Energie in Elektrolytlösungen. Diese fließen aus Tanks durch eine Zelle, die in einem chemischen Prozess daraus Strom erzeugt. Am weitesten verbreitet ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Die Ladung und Entladung des Vanadiums findet in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen sind nebeneinander zu Stapeln, Stacks, aufgereiht. Das erhöht die Leistung der Batterie. Redox-Flow-Batterien bieten einige Vorteile: Sie sind kostengünstig, robust, langlebig und lassen sich individuell anpassen.

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Neue Technologie soll ungenutzten Wind- oder Solarstrom in Wasserstoff umwandeln

Mittwoch 13. März 2013 von birdfish

Eine hochdynamische Technologie von Siemens soll bisher ungenutzten Wind- oder Solarstrom in Wasserstoff umwandeln und eine Speicherung ermöglichen.

Siemens Prototyp der AnlageSiemens Prototyp der Anlage. Foto: Siemens

Die Elektrolyse reagiert innerhalb von Millisekunden auf das schwankende Angebot erneuerbarer Energiequellen und ist damit schneller als bisherige Verfahren. Der Prototyp einer Anlage mit der so genannten PEM-Technik produziert pro Stunde zwischen zwei und sechs Kilogramm Wasserstoff. Ein solcher Container mit 0,3 Megawatt Spitzenleistung wurde nun im Rahmen des Projekts CO2RRECT (CO2-Reaction using Regenerative Energies and Catalytic Technologies) bei RWE im Innovationszentrum Kohle am Kraftwerksstandort Niederaußem in Betrieb genommen. Hier werden jetzt Betriebssituationen simuliert, wie sie durch fluktuierende Stromeinspeisung entstehen können. Die Partner des Projekts, zu denen neben Siemens, RWE und Bayer auch zehn akademische Institute gehören, wollen elektrolytisch gewonnenen Wasserstoff einsetzen, um Kohlendioxid zu einem Rohstoff für die chemische Produktion umzuwandeln.

Energiespeicher für Strom aus erneuerbaren Energiequellen sind ein wichtiger Baustein der Energiewende. Verdichtetes Wasserstoffgas hat eine hohe Energiedichte und könnte zum Beispiel in unterirdischen Salzstöcken (Kavernen) gelagert werden. Bei Bedarf lässt sich Wasserstoff in Strom verwandeln, außerdem kann er als Kraftstoff dienen oder als Rohstoff für die Industrie. Bisher waren Elektrolyseanlagen allerdings nicht dafür konzipiert, flexibel auf das stark schwankende Angebot an elektrischer Leistung zu reagieren. Im Siemens-Sektor Industry wurde eine neue wartungsarme Elektrolysetechnik entwickelt, die Grundlagen dazu stammen aus der Forschung Corporate Technology. In dem Elektrolyseur trennt eine protonenleitende Membran (PEM-Membran) die Elektroden, an denen Wasserstoff und Sauerstoff entstehen. Dieser Elektrolyseur reagiert unter anderem deshalb so schnell, weil die Membran sehr stabil gegenüber Druckdifferenzen in beiden Gasräumen ist. Aufgrund innerer Kühlung und der Auslegung für hohe Stromdichten verkraftet er problemlos für einige Zeit das Dreifache seiner Nennleistung, verbraucht im Stand-by-Modus allerdings kaum Energie. Kleinere Anlagen könnten bald an Tankstellen Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge produzieren. Modulare Systeme mit bis zu zehn Megawatt sollen in wenigen Jahren zur Verfügung stehen, z.B. für Industrieanlagen. Längerfristig sollen mit der PEM-Elektrolyse auch Systeme im dreistelligen Megawatt-Bereich ermöglicht werden, um die Leistung von Off-Shore-Windparks aufzunehmen oder auch als Ausgleichslast für Primär- oder Sekundärregelenergie. Hierfür entwickelt Siemens das Design, Material und Fertigungsprozesse der PEM-Elektrolyse weiter.

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Software hilft Haushalten bei intelligentem Umgang mit den erneuerbaren Energien

Dienstag 5. März 2013 von birdfish

Energie wird immer teurer, Experten rechnen mit Rekordpreisen für Strom und Heizung.

Erneuerbare Energien sind die Zukunft
Optimale Nutzung erneuerbarer Energien – Foto: Ingwer Hansen

Eine neue Software-Plattform hilft, die Haushalts- und Firmenkasse zu entlasten. Sie unterstützt den Verbraucher beim intelligenten Umgang mit erneuerbaren Energien.

Strom- und Heizkosten steigen seit Jahren stetig. Die Deutschen versuchen gegenzusteuern. Wie eine Umfrage der Dekra ergab, senkt jeder zweite die Raumtemperatur, die große Mehrheit schränkt sich beim Kochen und Waschen ein und achtet bewusst auf ihren Verbrauch. Hier setzt eine neue offene Software-Plattform an: Sie unterstützt Mieter und Wohnungseigentümer, aber auch Gewerbe- und Industriebetriebe beim intelligenten Umgang mit Energie, und hilft Kosten zu senken. OGEMA (Open Gateway Energy Management Alliance) heißt das Java-basierte, frei erhältliche Framework für Energiemanagement, das Energieverbraucher und -erzeuger mit den Leitstellen der Netzbetreiber und Energieversorger verbindet. Die Fraunhofer-Institute für Windenergie und Engergiesystemtechnik IWES in Kassel, für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg und für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen entwickeln die Lösung im gleichnamigen Projekt OGEMA 2.0, das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU mit fünf Millionen Euro gefördert wird.

»Mit unserem System kann der Kunde künftig variable Strompreise beobachten und seinen Verbrauch an das Energieangebot anpassen, was ja mit dem Wandel hin zu erneuerbaren Energien immer wichtiger wird. Die Plattform fungiert quasi als Schnittstelle zwischen dem ‚Smart Grid‘ und dem ‚Smart Building‘«, erläutert Dr.-Ing. David Nestle, Leiter der Abteilung »Energiemanagement« am IWES, das Konzept der Software. Die OGEMA-Apps empfangen variable Stromtarife und berechnen automatisch, wann die angeschlossenen Geräte wie Kühlschrank, Gefriertruhe und Waschmaschine optimalerweise betrieben werden sollen. So kann der Verbraucher beispielsweise seine Spülmaschine zu kostengünstigen Zeiten einschalten – etwa weil ein Überangebot an Windenergie besteht. Aber auch Klimaanlagen, Heizkörperthermostate, Wärmepumpen und Photovoltaikanlagen lassen sich mit den Apps automatisch steuern. Auf OGEMA laufen zum Beispiel Applikationen, die den Verbraucher informieren, ob er den Strom seiner PV-Anlage selbst verbrauchen oder besser einspeisen sollte. Die entsprechenden Informationen erhält der Kunde über ein Display. Wiederum andere Apps schalten in Bürogebäuden die Heizung ab, wenn Räume nicht genutzt werden – etwa am Wochenende oder wenn Mitarbeiter unterwegs sind. Im gewerblichen Bereich eignet sich OGEMA auch, um Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen flexibel zu steuern und so deren Rentabilität zu steigern. Beispielsweise lässt sich über einen begrenzten Zeitraum die Heizleistung gegenüber dem prognostizierten Bedarf senken. Die so eingesparte Stromerzeugung kann als negative Regelenergie am Markt angeboten werden und so für Zusatzerträge sorgen.

Die Bandbreite der Apps ist vielseitig. Da OGEMA ein offenes System ist, kann jeder Entwickler und Hersteller seine Ideen, wie Energie effizienter eingesetzt werden soll, in Software für die Plattform umsetzen. “Unser Framework lässt sich mit anderen Open-Source-Projekten wie Android vergleichen. Dadurch zeichnet es sich auch aus: Bisherige Systeme für den Home- und Building-Automation-Bereich sind proprietär”, sagt Nestle.
Um die Entwicklung der Software und den Transfer der Forschungsergebnisse in den Markt voranzutreiben, wurden die OGEMA-Allianz und ein Industriearbeitskreis gegründet. Die Teilnehmer des Arbeitskreises erhalten regelmäßig gezielt Informationen zum Projektfortschritt und erfahren, wie sie Applikationen für die Plattform programmieren können. OGEMA 1.0 steht bereits zum kostenlosen Download bereit. Derzeit arbeiten die Fraunhofer-Forscher an OGEMA 2.0. Die fertige Version wird voraussichtlich Mitte 2013 erhältlich sein. Sie soll unter anderem über neue Sicherheitsfunktionen und verbesserte Programmierschnittstellen verfügen, auch sollen sich Apps künftig leichter installieren lassen.

Für den Nutzer ist OGEMA kostengünstig realisierbar, die Hardwarevoraussetzungen sind gering. Die Plattform läuft auf einem sogenannten Embedded-Rechner mit Webserver, der bereits für rund 30 Euro erhältlich ist. Der Verbraucher kann wahlweise per Smartphone, PC, Tablet oder Laptop auf den Webserver zugreifen. In ersten Feldversuchen hat sich das Energiemanagementsystem bereits bewährt: Unter anderem wurde es im E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim in rund 500 Haushalten getestet, die Familien bewerteten es in den Abschlussbefragungen sehr positiv. Auf der Hannover Messe vom 8. bis 12. April präsentieren die Forscher vom IWES, ISE und IIS OGEMA 2.0 und demonstrieren am Beispiel einer simulierten Umgebung, wie Verbraucher profitieren und ihre Energiekosten senken können (Halle 13, Stand C10).

Hier gibt es OGEMA 1.0 zum kostenlosen Download

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Nachwuchsforscherin entwickelt Verfahren zur energetischen Nutzung von Pferdemist

Montag 25. Februar 2013 von birdfish

In Hamburg an der TU ist es einer Nachwuchswissenschaftlerin mit großem Erfolg gelungen, online Geld für ihre Forschung einzuwerben.

Saskia OldenburgSaskia Oldenburg warb Geld für Pferdemist-Forschung selbst ein.
Foto: TUHH

Saskia Oldenburg erhielt über eine Plattform 14.650 Euro an Spenden für die Entwicklung eines Verfahrens zur energetischen Nutzung von Pferdemist, knapp die Hälfte mehr als avisiert. Die studierte Energie-und Umweltingenieurin gehört in Deutschland zu den ersten Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern, die mit dieser noch – ungewöhnlichen Methode, dem so genannten Crowdfunding, Forschungsprojekte finanzieren.

„Mein Ziel war, das Interesse der breiten Bevölkerung an umweltfreundlicher Forschung mit allgemeinverständlichen Erklärungen, witzigen Worten und Bildern zu wecken“, sagt die Doktorandin über ihre erfolgreiche PR-Aktion in eigener Sache. Ihr Erfolg zeigt, dass dies funktioniert. 15 Stunden vor Ablauf der Frist, die am 20. November 2012 begann und am 21. Februar 2013 um Mitternacht endet, lag die Zahl ihrer Unterstützer, die täglich größer wurde, bei 109. Auch auf Facebook und Twitter hat die 28-Jährige für ihr Projekt geworben, in dem man bereits mit 5 Euro zum exklusiven Kreis ihrer Kapitalgeber zählt. Zur Projektrealisierung tragen überwiegend Privatpersonen bei, die bis zu 1000 Euro spendeten, aber auch Firmen wie die BioConstruct GmbH, die Industrieberatung Umwelt GmbH & Co. KG, my green invest GmbH sowie die Gesellschaft für Energie und Klimaschutz Schleswig-Holstein GmbH sind unter den Geldgebern.

Den Prototypen einer Aufbereitungsanlage für Pferdemist will Saskia Oldenburg bereits Ende des Jahres am Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft gebaut haben. Damit werden Pferdeäpfel zunächst von Stroh, Sand, Hufeisen und anderen Stoffen getrennt. Grundsätzlich wird die Anlage auch für die Verwendung anderer, bisher nicht nutzbarer Substrate in umweltfreundliche Energie genutzt werden können. Das Konzept dafür – Gegenstand einer Masterarbeit von Florian Haberland – liegt vor, auch die langwierige Anmeldung zum Patent hat die umtriebige Ingenieurin bereits in die Wege geleitet.

Ihre Spender wird Saskia Oldenburg künftig über die wichtigsten Schritte dieser ingenieurwissenschaftlichen Entwicklung auf dem Laufenden halten und Ende des Jahres sogar zu einer Besichtigung in das Labor anlässlich der Inbetriebnahme des Prototypen einladen. Spätestens zu diesem Zeitpunkt muss sich die Doktorandin neue Finanz-Partner für die Weiterentwicklung der Prototypen in den industriellen Maßstab suchen. Dieses Mal will sie den klassischen Weg gehen und sich mit einem Antrag gezielt an einen interessierten Geldgeber aus der Industrie wenden. Die Weichen dafür hat sie bereits gestellt.

Für Oldenburgs Doktormutter, Prof. Dr.-Ing. Kerstin Kuchta, hat allgemein das Crowdfunding, und die vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft geförderte Methode der speziell für kleinere Forschungsprojekte gedachten Vorfinanzierung, für die es sich kaum lohnt, einen aufwändigen Forschungsantrag zu erstellen, noch eine ganz andere Seite: „Mit dem Pferdemist-Projekt wollen wir erstmals die Möglichkeiten von social media zur demokratischen Förderung und Verbreitung von Forschungsvorhaben testen.“ Saskia Oldenburg freut sich jedenfalls sehr über den Erfolg: „Zweifelsohne war es ein Wagnis, im Internet die Abstimmung über die Zukunft eines Forschungsvorhabens stattfinden zu lassen. Gleichwohl zeigt das jetzige Ergebnis, was den Menschen wirklich wichtig ist.“

Mit der Anlage wäre eine Lösung für die Entsorgung der seit Jahren ansteigenden Masse an Pferdemist gefunden, ein bislang kaum beachtetes energetisches Potenzial. Auch die Reiter würden profitieren, denn sie werden für die Lagerung des Pferdemists inzwischen kräftig zur Kasse gebeten. Den Betreibern der etwa 7.100 Biogasanlagen in Deutschland stünde mit aufbereitetem Pferdemist ein neues Substrat zur Verfügung, das verlässlich und zudem kostengünstig die Produktion gewährleisten könnte. Ökologen dürfte überzeugen, dass damit Treibhausgase vermieden, der Anbau von Energiepflanzen für Biogasanlagen reduziert werden kann und im Endeffekt fossile Energieträger eingespart werden können.

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Fraunhofer Mobilitätsforschung: Wann macht der Einsatz von Elektroautos Sinn?

Montag 18. Februar 2013 von birdfish

Stehen wir vor dem Autokauf, ist unser erster Gedanke selten an den daraus resultierenden Impetus auf den Klimawandel.

Fraunhofer Elektroauto FreccODer Fraunhofer ‘FreccO’ schafft eine Reichweite von mind. 200km – Foto: Ingo Daute / Fraunhofer

Wir beschäftigen uns lieber mit den Vorteilen eines neuen Autos. Ein wesentlicher Pluspunkt: es macht uns individuell mobil und flexibel. Im Jahr 2012 standen laut einer Statistik des Kraftfahrt-Bundesamtes 30.452.019 mit Benzin und 11.891.375 mit Diesel betriebene PKWs gerade mal 4.541 Elektroautos gegenüber. Der Großteil aller zugelassenen Fahrzeuge sind somit Autos mit Verbrennungsmotor. Das heißt, sie werden mit einem endlichen Rohstoff betrieben, sie erzeugen Abgase und in geballter Menge machen sie Lärm. Ist deshalb ein Elektroauto grundsätzlich sinnvoller?

Die Forschung beschäftigt sich schon seit geraumer Zeit mit der Frage nach Alternativen zu klassisch betriebenen Fahrzeugen. Der Umstieg auf Elektroautos stellt dabei eine der am intensivsten verfolgten Möglichkeiten dar. Doch hier sehen sich nicht nur Wissenschaftler, sondern auch die Automobilindustrie und letztlich der Endabnehmer vielerlei Fragen gegenüber gestellt: Wie sinnvoll ist ein Elektroauto? Inwiefern ist die Herstellung der Batteriesysteme für ihren Antrieb umweltfreundlicher als das Tanken mit Benzin oder Diesel? Können Elektroautos wirklich die Bedürfnisse der Menschen nach grenzenloser Mobilität erfüllen? Derartige Fragen und noch viele mehr beschäftigen auch Michael Held, Leiter der Arbeitsgruppe “Energie und Mobilität” am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, jeden Tag. Sein Fachgebiet ist die Ökobilanzierung, genauer die Ökobilanzierung von Energie- und Mobilitätssystemen.

“Wir leben in einer Zeit, in der wir uns Gedanken machen müssen, wie wir langfristig Ressourcen schonen und mit ihnen haushalten können. Dieser Grundgedanke der Nachhaltigkeit ist die Basis der Arbeit in der Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung”, schildert Held seine tägliche Forschungsarbeit. Für den Automobilbereich, so der Fraunhofer-Forscher, ist die Auseinandersetzung mit alternativen Antriebssystemen aber nicht allein eine Frage der Umweltbilanz. “Natürlich trägt der Transportsektor wesentlich zur Klimabilanz bei. Jedoch wirft die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weitere Fragestellungen auf”, erklärt Held. So habe sich in den vergangenen Jahren die Versorgungslage mit Erdöl zunehmend verschärft. Deutschland hat keine entsprechenden eigenen Quellen, um einen langfristigen Nachschub ohne kostenintensive Importe sicherzustellen. Gleichzeitig steigt der Mobilitätsbedarf der Bevölkerung weiter rasant an. Schon heute beträgt der weltweite Kraftfahrzeugbestand etwa eine Milliarde Fahrzeuge. Bis zum Jahr 2030 erwarten Experten eine Verdopplung. Ein extremes Wachstum der Kraftfahrzeugzulassungen zeichnet sich vor allem auch in aufstrebenden Ländern wie China oder Indien ab. Die Bundesregierung hat sich deshalb dazu entschlossen, die Abhängigkeit von erdölbasierten Kraftstoffen zu verringern, indem sie beispielsweise die Elektromobilität fördert. Der Vorteil der Elektromobilität liegt in der höheren Vielfalt an Energieträgern und Stromerzeugungstechnologien. Werden Elektrofahrzeuge mit Strom aus zusätzlich installierten Erneuerbaren Energien geladen, können diese zudem einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Klimabilanz im Transportsektor (Individualverkehr) leisten.

Doch es genügt nicht einfach einen elektrischen Antrieb in ein Auto zu bauen. Ein Elektroauto muss eine echte Alternative zum konventionell betriebenen Fahrzeug sein – und zwar vom ökologischen wie ökonomischen Standpunkt aus. Hier setzt die Ökobilanz und darauf aufbauend die Ganzheitliche Bilanzierung an. Die Ökobilanz ist eine systematische Analyse aller Umweltwirkungen eines Produkts, Verfahrens oder einer Dienstleistung entlang des gesamten Lebensweges. “Dabei soll sie den wirtschaftlichen und technischen Aspekt nicht ausblenden oder gar ersetzen”, erklärt Held. Denn die wesentliche Frage ist immer die nach der Sinnhaftigkeit. In diesem Fall müssen die Wissenschaftler erforschen, in wie weit sich die Umweltbilanz des Fahrzeuglebenszyklus durch den Einsatz der alternativen Antriebskomponenten verändert. Welcher Energiemix zur Betankung von Elektroautos am effektivsten und ob es zweckmäßig ist, Strom zu tanken, wenn dieser von konventionellen Kraftwerken (fossilen Energieträgern) erzeugt wird, steht dabei ebenso im Mittelpunkt der Forschung wie der zu erreichende ökologische Mehrwert beim Einsatz von Elektrofahrzeugen. Gleichzeitig darf dabei aber auch nie der Faktor Mensch und seine Bedürfnisse ausgeklammert werden. “Das macht meine Arbeit immer sehr fallspezifisch”, erläutert Held die Vielfalt seines Forschungsbereichs. Trotzdem könne man Trends ermitteln und somit Aussagen zu möglichen Bandbreiten und erforderlichen Rahmenbedingungen treffen. “Ein Auto hat viele Komponenten, die wir im Rahmen der Ökobilanzierung bewerten. Wir schauen uns den Fahrzeugbau, die verwendeten Materialien sowie die Art ihrer Verwendung bis hin zur Entsorgung des Autos an – also von der Wiege bis zur Bahre”, so Held. Eine der verwendeten Komponenten, die den Fraunhofer-Forscher interessiert, ist die Batterie, denn sie stellt derzeit eine Schlüsseltechnologie der Elektromobilität dar. Die Herstellung der eingesetzten High-Tech Werkstoffe erfordern oftmals einen aufwendigen Abbau seltener Rohstoffe und eine energieintensive Verarbeitung. Das macht sich wiederum in der Ökobilanz der Elektrofahrzeuge bemerkbar. Im Sinne der Nachhaltigkeit müssen Automobilhersteller bzw. ihre Zulieferer beispielsweise die Ressourcenverfügbarkeit oder die Einhaltung der Umweltrichtlinien in den abbauenden Ländern berücksichtigen. Diese Umweltbeiträge können nämlich den Fahrzeuglebenszyklus maßgeblich beeinflussen. Darüber hinaus fließt auch das Recycling der Batterie, ebenso wie das der restlichen Autoteile in die Ökobilanz mit ein. “Maßgeschneiderte Lösungen tragen letztlich dazu bei, sicherzustellen, dass ein Produkt langfristig einen ökologischen Mehrwert hat”, erklärt Held.

Eine Batterie, die in der Ökobilanz eines Fahrzeugs im Bereich ihrer Herstellung schwer ins Gewicht gefallen ist, kann das an anderer Stelle der Bilanz allerdings auch wieder ausgleichen. So kann sich beispielsweise, abhängig von der Dimensionierung des Batteriesystems, die Klimabilanz der Fahrzeugherstellung im Vergleich zum konventionellen Auto verdoppeln. Verwenden die Autofahrer unter anderem einen sauberen, durch Erneuerbare Energien gewonnen Strommix zum Tanken und fahren vergleichsweise viele Kilometer, lassen sich diese gewichtigen Aspekte im Vergleich zum konventionellen Fahrzeug amortisieren. “Je früher dieser so genannte Break Even eintritt, desto größer ist der ökologische Mehrwert”, so Held. Die Anschaffung eines Elektroautos bringt also nichts, wenn die erforderliche Fahrleistung möglicherweise nicht erreicht werden kann. Beim Thema Batterie kommt derzeit allerdings auch noch ein anderes Problem hinzu: die Reichweite. Elektrofahrzeuge von heute sind in diesem Bereich immer noch kaum mit konventionellen Autos vergleichbar. Gleichzeitig nimmt die Ladung der Batterien bisher deutlich mehr Zeit in Anspruch als ein normaler Tankvorgang. “Autofahrer wünschen sich eine hohe Reichweite, selbst wenn das eigentlich nur ein psychologischer Faktor ist.” Die meisten, so der Wissenschaftler, würden pro Tag nämlich durchschnittlich nur maximal 50 Kilometer mit dem Auto zurücklegen. Eine Distanz, die auch ein Elektroauto locker schafft. Somit bietet sich ihr Einsatz vor allem im Stadtverkehr an. Hier können sie einen wichtigen Beitrag zur Reduktion von städtischen Emissionen sowie zur Lärmminderung leisten.

“Viele Menschen denken, dass die Elektromobilität die konventionelle Mobilität auf lange Sicht ablösen wird. Dieser Meinung bin ich nicht”, erklärt Held. “Vielmehr muss sich eine stärkere Vernetzung der Verkehrsmittel ergeben, in deren Rahmen sich Elektro- sowie konventionelle Mobilität dort ergänzen, wo es Sinn macht.” Und genau aus diesem Grund ist die Ökobilanzierung als Teil der Nachhaltigkeitsbewertung ein bedeutender Faktor. “Aus unseren bisherigen Erkenntnissen heraus werden wir uns jetzt damit auseinandersetzen müssen, wie die Akzeptanz von Elektroautos im Privatgebrauch oder im öffentlichen Nahverkehr in Städten gesteigert werden kann. Und schließlich müssen wir Mittel und Wege finden, diese Konzepte von der Stadt auf den ländlichen Raum auszuweiten.”

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