KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Ruß kann wärmend oder kühlend wirken: Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen

Montag 22. April 2013 von birdfish

Die Verbrennung von fossilen und nachwachsenden Rohstoffen beeinflusst unser Klima durch die Entstehung von Ruß.

Schwarzer RauchRauch eines Feuers in extrem trockener Vegetation in australischer Wüste. Foto: C. Hadfield / NASA

Dieser kann – je nach Situation wärmend oder kühlend wirken. Viele Gründe machen es schwer, eine Bilanz der schwarzen Kohlenstoffpartikel zu ziehen, wie ein Artikel im Forschungsmagazin Science zeigt.

Vor einigen Monaten überraschte eine wissenschaftliche Publikation die Klimaforscher weltweit. Ein amerikanisches Forscherteam kam zu dem Schluss, dass der Beitrag, den Ruß an der weltweiten Klimaerwärmung liefert, etwa doppelt so groß ist, wie bisher angenommen. Rußpartikel entstehen bei der Verbrennung fossiler Energiequellen wie Kohle und Öl und auch bei der Nutzung von Biomasse wie Holz. Die Forscher um die Chemikerin Tami Bond stufen den schwarzen Kohlenstoff (Black Carbon), so der wissenschaftliche Sammelbegriff für Rußpartikel, in seiner Klimaschädlichkeit sogar höher ein als die des Treibhausgases Methan.

Wie es zu solch großen Differenzen in der Bewertung der Klimawirkung von Ruß kommen kann, beschreibt eine aktuelle Publikation im Wissenschaftsmagazin Science. Gemeinsam mit seinem kalifornischen Kollegen Veerabhadran Ramanathan erklärt Meinrat O. Andreae, Direktor am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, welche globalen und regionalen Klimaauswirkungen die schwarzen Partikel haben können. Ruß ist in der Erdatmosphäre die größte Absorptionsquelle von Sonnenstrahlung.

„Anders als die chemisch präzise definierten Treibhausgase sind Rußpartikel verschiedenartig aufgebaut und haben sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften. Allein das macht es schwierig, den Einfluss von Ruß auf das Klima genau zu bestimmen“, sagt der Mainzer Klimaforscher Prof. Andreae. „Eine konkrete Ursache, warum die Vorhersagen so weit auseinander liegen, sehen wir im sogenannten braunen Kohlenstoff.“ Diese Kohlenstoffpartikel entstehen auch bei der Verbrennung von Biomasse und durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre. Genau wie schwarzer absorbiert brauner Kohlenstoff Licht und Wärme – eine Tatsache, die bisher in den meisten Klimamodellen ignoriert wurde. Man nahm im Gegenteil an, dass brauner Kohlenstoff unser Klima sogar kühlt, da die Partikel mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren als sie an die Erde abgeben.

Für eine Klimabilanz muss man alle Wirkmechanismen von Ruß kennen

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor liegt im Zusammenspiel der kühlenden und erwärmenden Eigenschaften von Ruß. Rußpartikel nehmen nicht nur besonders gut Wärme auf und geben sie an die Erdatmosphäre ab. Sie dienen auch als Keime für die Kondensation von Feuchtigkeit, was schließlich zur Wolkenbildung führt. Und Wolken wiederum reflektieren die Sonnenstrahlung. Um eine korrekte Bilanz für Ruß zu erstellen, muss man also alle klimarelevanten Mechanismen genau kennen – kühlende wie erwärmende.

Eine solche Bilanz erstellten die amerikanischen Wissenschaftler um Bond in ihrer Studie. Sie fassten dazu alle verfügbaren Simulationen und Beobachtungen zusammen und berechneten die Energiemenge, die die schwarzen Partikel aus der Sonnenstrahlung absorbieren und somit an das Klimasystem abgeben können. Der sogenannte Strahlungsantrieb (radiative forcing) liegt mit 1,1 Watt pro Quadratmeter doppelt so hoch wie der Wert, der 2011 in einer Studie des UN Umweltprogramms (UNEP) und der weltweiten Meteorologischen Organisation (WMO) zur Vorhersage der Erderwärmung genutzt wurde. Für Bond und ihre Kollegen ist Ruß also viel klimarelevanter als bisher angenommen.

Wie ist dieser große Unterschied zu früheren Berechnungen zu erklären? Andreae und sein Kollege Ramanathan vergleichen unterschiedliche Ansätze zur Herleitung des Strahlungsantriebs durch die Absorption von Licht durch Ruß. Der Klimaforscher Ramanathan hat ihn aus Absorptionsdaten von Satelliten und 140 Bodenmessstationen ermittelt. Die Bond-Studie leitet zunächst einen wesentlich kleineren Wert aus Emissionsinventaren und Atmosphärenmodellen her, und muss ihn dann hochskalieren um den abgeleiteten Wert in die Nähe des Werts aus den Messdaten zu bringen. Daraus folgern Andreae und Ramanathan, dass in den meisten Klimavorhersagen entweder eine wichtige Quelle für Ruß nicht berücksichtigt wurde oder dass Daten aus sogenannten Abschätzungen der weltweiten Emissionen nicht zuverlässig genug sind.

Ruß macht regionale Klimavorhersagen noch unsicherer

Noch größer werden die Unsicherheiten durch den Faktor Ruß auf regionaler Ebene – beispielsweise bei Niederschlagsvorhersagen. Dies rührt unter anderem daher, dass Ruß gegenläufige Effekte bei der Entstehung von Wolken hat. Bei kleinen Wolken verringern die Partikel die Niederschlagseffizienz, bei großen Wolken steigt sie an. Der Ruß in der Luft über dem indischen Ozean wirkt wie ein Sonnenschirm, so dass sich das Meerwasser weniger erwärmt und deshalb weniger Wasser verdunstet. Als Folge befürchten Forscher, dass sich beispielsweise die Monsun-Regenfälle in Südasien abschwächen – einer Region, in der zunehmend Biomasse verbrannt wird.

Außerdem erzeugt die Absorption von Sonnenstrahlung durch Ruß in der Atmosphäre Wärmegradienten, wodurch sich die Luftströmungen verändern. Das wird unter anderem für die bereits beobachtete Verschiebung des Tropengürtels nach Norden verantwortlich gemacht.

Wurde die Strahlungsabsorption von Ruß in bisherigen Vorhersagen tatsächlich so deutlich unterschätzt, wie die amerikanischen Forscher um Bond behaupten, muss man regionale Klimaeffekte neu bewerten, so Andreae und Ramanathan. Das wiederum erfordert genau definierte Beobachtungen im Klimasystem, von Satellitendaten bis zu mikrochemischen Messungen von Aerosolen.

Und schließlich bleibt die Frage offen, ob sich all die Anstrengungen, die Entstehung von Ruß zu vermindern, wirklich lohnen. Denn mit der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen auch Stoffe wie Schwefeldioxid, die unser Klima kühlen. Eine Gesamtbilanz für unser Klima wird dadurch umso schwieriger.

Warum wir dennoch alles daran setzen sollten, die Entstehung von Ruß so weit wie möglich zu verringern, liegt in seiner Schädlichkeit für die menschliche Gesundheit. Geschätzte 3,5 Millionen Menschen sterben jährlich durch die Luftverschmutzung mit Ruß und verwandten Feinstaubpartikeln in Haushalten, besonders in den Entwicklungs- und Schwellenländern, wo oft noch am offenen Feuer gekocht wird.

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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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EU-weite Datenbank macht Ergebnisse von Energie-Effizienzprojekten zugänglich

Montag 25. März 2013 von birdfish

“Die Fülle an technischem, wirtschaftlichem und politischem Know-how, das in den 58 Pilotgemeinden entstanden ist, machen wir hier über eine benutzerfreundliche, interaktive Datenbank zugänglich.

Concerto Logo

Hier können Kommunen und Städte angesichts der zu bewältigenden Energie-Herausforderungen Lösungen und Inspirationen finden”, sagte Sven Dammann von der Generaldirektion Energie der Europäischen Kommission.

Eine Datenbank über groß angelegte Neubau- und Sanierungsprojekte in 58 europäischen Städten und Gemeinden hat die EU-Initiative CONCERTO auf der Messe ISH 2013 in Frankfurt vorgestellt.

“Die Fülle an technischem, wirtschaftlichem und politischem Know-how, das in den 58 Pilotgemeinden entstanden ist, machen wir hier über eine benutzerfreundliche, interaktive Datenbank zugänglich. Hier können Kommunen und Städte angesichts der zu bewältigenden Energie-Herausforderungen Lösungen und Inspirationen finden”, sagte Sven Dammann von der Generaldirektion Energie der Europäischen Kommission.

„Wir bieten einen breiten Fundus an Informationen“, berichtete Kilian Seitz vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das die Datenbank erstellt hat.

Zum Beispiel könne sich eine interessierte Gemeinde zunächst einen Überblick verschaffen, welche Technologien in den CONCERTO-Projekten zum Einsatz kommen und mit welchen Ergebnissen. Dabei werden die Ergebnisse über aussagekräftige Indikatoren wie CO2-Vermeidungskosten oder Amortisationszeiten abgebildet. Bei der Berechnung dieser Indikatoren werden sowohl gemessene als auch berechnete Energieflüsse verwendet. Hierbei wird auf eine größtmögliche Transparenz Wert gelegt, um die erhaltenen Werte nachvollziehen und richtig interpretieren zu können.

Damit vom Politiker bis zum Ingenieur jeder Nutzer passende Informationen bekommt, lassen sich Daten und Indikatoren über gezielte Filter eingrenzen: thematisch – “zeige alle Projekte mit Solarthermie”; zielgruppenspezifisch – “zeige alle Daten und Indikatoren die für Bauherren interessant sind”; geografisch oder auch anhand von Ereignissen – “zeige alle Indikatoren, die für ein Neubauprojekt oder die Entwicklung eines Förderprogramms interessant sind”. „Auch Fragen wie „Welche Demonstrationsobjekte haben die geringsten CO2-Vermeidungskosten?“ lassen sich beantworten“, so Seitz. Allerdings, räumte er ein, müssten bei einer Analyse immer auch die Rahmenbedingungen im jeweiligen Land und in der Region in die Betrachtung einbezogen werden. Aus diesem Grund sei es empfehlenswert, sich zunächst die Projekte im eigenen Land anzuschauen.

Doch auch beim Blick über die Grenzen hinweg lassen sich aus der Datenbank wertvolle Erkenntnisse ziehen, sind die Beteiligten der EU-Initiative CONCERTO überzeugt. „Städte und Gemeinden, die Energieeffizienzprojekte oder neue Anlagen für mehr erneuerbare Energien planen, können hier handfeste Argumente finden, etwa um die Entscheidungsträger zu überzeugen“, sagte in Frankfurt Emil ter Horst von der Gemeinde Almere in den Niederlanden. Dort ist in den vergangenen Jahren ein neuer Stadtteil entstanden, der unter anderem mit Fernwärme aus einem solarthermischen Kraftwerk versorgt wird. Dieses sorgt dafür, dass 10 Prozent der benötigten Wärme vor Ort aus Erneuerbaren erzeugt werden. Insgesamt wurde der CO2-Ausstoss bei der Wärme um 93 Prozent reduziert, der Strom ist zu 100 Prozent Ökostrom.
„Welche Erkenntnisse diese Datenbank tatsächlich ermöglicht, lässt sich heute noch gar nicht absehen“, ergänzte Ciaran Lynch vom Limerick Institute of Technology in Irland. In North Tipperary ist in den vergangenen Jahren nicht nur das erste Öko-Dorf in ganz Irland entstanden, es wurden auch zahlreiche bestehende Gebäude energetisch saniert und mit modernen Heizsystemen wie hocheffizienten Gasbrennern, Solarthermie und Biomasseheizungen ausgestattet. Das Monitoring der verschiedenen Maßnamen war wichtiger Bestandteil des Projekts.

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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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Wälder mit alten Bäumen und Totholz sind besser für das Klima und die Artenvielfalt

Mittwoch 6. März 2013 von birdfish

Alte und zerfallende Bäume im Wald spielen eine wichtige Rolle für Natur- und Klimaschutz.

Totholz und Fichtenverjüngung Totholz und Fichtenverjüngung im Harz. Foto: Fotos: Ausserhofer / DSZ

Das haben Wissenschaftler der Universität Göttingen anhand einer Studie im ‘Brockenurwald’ im Harz gezeigt. Die Forscher verglichen Waldstücke mit sehr alten und absterbenden Bäumen mit jüngeren Stadien, wie sie auch in bewirtschafteten Wäldern vorkommen. Waldstadien mit alten Bäumen und Totholz wiesen eine deutlich höhere Artenvielfalt auf – nicht so sehr am Waldboden, aber durch Moose und Flechten, die auf den lebenden und toten Baumstämmen wachsen. Darüber hinaus ist in Waldstücken mit altem Bestand sehr viel mehr Kohlenstoff in der Biomasse und im Boden eingelagert – ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz.

‘Je mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre in der Vegetation und im Boden gebunden wird, desto stärker wirkt der Wald der vom Menschen verursachten Erwärmung der Erdatmosphäre entgegen’, erläutert Dr. Mascha Jacob von der Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung der Universität Göttingen. Während fast alle Wälder in Mitteleuropa spätestens seit dem Mittelalter von Menschen genutzt werden, konnte sich der ‘Brockenurwald’ im Harz lange Zeit ungestört entwickeln. ‘Aufgrund seiner schwer zugänglichen Lage entging der Wald unterhalb des Brockengipfels viele Jahrhunderte der Holznutzung’, so Dr. Jacob.

Nach Ansicht der Wissenschaftler belegen die Ergebnisse der Untersuchungen eindeutig, wie wichtig es ist, ökonomisch wertlose alternde Bäume zu erhalten. ‘Die Forstämter stecken in einem Dilemma’, so Prof. Dr. Markus Hauck, der die Untersuchungen im Harz zusammen mit Dr. Jacob durchführte. ‘Einerseits sollen sie wirtschaftlich arbeiten und die Versorgung mit dem Rohstoff Holz sichern. Andererseits wollen sie einen Beitrag zum Natur- und Klimaschutz leisten, der aber den wirtschaftlichen Ertrag reduziert. Daher ist es besonders wichtig, den Nutzen von alten und toten Bäumen ohne ökonomischen Wert wissenschaftlich zu untermauern.’ Die Studie wurde drei Jahre lang von der Stemmler-Stiftung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft gefördert.

Originalpublikationen:
Mascha Jacob et al. 2013. Significance of over-mature and decaying trees for carbon stocks in a Central European natural spruce forest. Ecosystems 16:336-346. Doi: 10.1007/s10021-012-9617-0.

Sebastian Dittrich et al. 2012. Response of ground vegetation and epiphyte diversity to natural age dynamics in a Central European mountain spruce forest. Journal of Vegetation Science. Doi: 10.1111/j.1654-1103.2012.01490.x.

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Kohlekraft: Breites Bündnis fordert Stopp des Planverfahrens für Klimakiller-Projekt

Dienstag 26. Februar 2013 von birdfish

Nun hat die Öffentlichkeitsbeteiligung im Bebauungsplanverfahren für das vom Chemieriesen DOW geplante Steinkohlekraftwerk im niedersächsischen Stade begonnen.

Stade Logo

Ein breites Bündnis verschiedener Organisationen bestärkt seine Kritik an dem energie- und klimapolitisch unverantwortlichen Projekt. Unter dem Motto „Energiewende Know-how statt Kohleschmutz der DOW“ protestierten die Umweltverbände BUND, Deutsche Umwelthilfe, Greenpeace und NABU gemeinsam mit lokalen Bürgerinitiativen und dem Bündnis klima-allianz deutschland vor dem Stader Rathaus mit einer riesigen, symbolischen CO2-Wolke gegen das geplante Kohlekraftwerk und forderten die Einstellung  des Verfahrens durch den Stader Rat.

„Mit bis zu 5 Millionen Tonnen CO2 jährlich würde das DOW-Kohlekraftwerk die Treibhausgasemissionen der Region auf einen Schlag mehr als verzehnfachen“, kritisiert  Silke Hemke, Sprecherin des Kreisverbands Stade des BUND. Es sei nicht nachvollziehbar, dass die Stadt Stade das größte Klimasünder-Projekt Niedersachsens unterstütze und damit die  eigenen Klimaschutzbemühungen  zunichtemache.

Mit dem Bauleitplanverfahren soll dem Chemiekonzern DOW auf dem Werksgelände der Bau eines Kohlekraftwerks mit einer elektrischen Leistung von 920 Megawatt ermöglicht werden. Bis zu zwei Drittel des erzeugten Stroms will die DOW selber nutzen. Holger Becker, Energieexperte der Greenpeace-Gruppe in Hamburg, betont: „Wenn im windreichen Norden einer der größten industriellen Stromverbraucher jetzt in ein neues Kohlekraftwerk mit einer Betriebsdauer von 40 Jahren und länger investiert, wäre dies ein herber Rückschlag für Klimaschutz und Energiewende.“ Klimafreundliche Innovationen in Stade wären auf Jahrzehnte verbaut.

Aus Sicht von Jürgen Quentin, Energieexperte der Deutschen Umwelthilfe, geht es völlig an der Realität vorbei, dass das DOW-Kraftwerk als herausragend, besonders effizient und umweltfreundlich schöngeredet werde. „Der vermeintlich hohe Gesamtwirkungsgrad von 60 Prozent ist keinesfalls einzigartig, sondern wird von vergleichbaren Kraftwerksbauten  mit Kraft-Wärme-Kopplung teilweise sogar noch übertroffen. Moderne Gaskraftwerke erreichen seit Mitte der 1990er-Jahre  Brennstromnutzungsgrade von mehr als 80 Prozent“, betont Quentin. Für den Energieexperten ist es höchst fraglich, ob die Eigenstromerzeugung mit Steinkohle angesichts fallender Börsenstrompreise überhaupt noch Vorteile biete. „Allein in den letzten drei Jahren sind acht Steinkohlekraftwerksprojekte mangels Wirtschaftlichkeit abgeblasen worden, vier davon entlang der Unterelbe. Die DOW sollte ihre Planung nochmals grundlegend überdenken“, so Quentin.

Auch Adolf Meyer, Sprecher der Bürgerinitiative Stade – Altes Land, gibt zu bedenken, dass sich derzeit die Bedingungen am Energiemarkt grundlegend ändern. Nur hochflexible und CO2-arme Kraftwerke  leisten einen sinnvollen Beitrag zur Energiewende und können auch langfristig Arbeitsplätze sichern.“ Die DOW müsse zudem endlich ihre Effizienzpotentiale nutzen. Mit dem Einsatz modernerer Verfahren bei der Chlorelektrolyse ließe sich der Strombedarf des Stader Werks noch erheblich senken, betont Meyer.

Für Daniela Setton, Referentin für Energiepolitik des Bündnisses klima-allianz deutschland, ist die Diskussion in Stade ist völlig verfehlt. Ein durch die teilweise Mitverbrennung von Wasserstoff und Biomasse aufgepepptes Kohlekraftwerk werde als technologisches Wunderwerk angepriesen, während die eigentlichen Innovationspotentiale des Standorts Stade völlig außer Acht gelassen würden. „In Stade bieten sich optimale Voraussetzungen, um ein bundesweites Vorzeigeprojekt zur industriellen Energieversorgung als Positivbeispiel der Energiewende zu entwickeln. Die Erweiterung des neuen Gaskraftwerks könnte zusammen mit intelligentem Lastmanagement und der sog. Power-to-Gas Technologie eine zentrale Rolle spielen.“ Das neue Wasserstoffprojekt zur Speicherung von „Windstrom“ sei ein Schritt in die richtige Richtung, aber aufgrund der fehlenden Verknüpfung an die Energieversorgung des Dow-Werks nicht zu Ende gedacht, so Setton.

Niels Peter Rühl, Sprecher der Bürgerinitiative Haseldorfer Marsch, weist darauf hin, dass mit der Kohleverstromung große Mengen an Feinstäuben und Schwermetallen wie Quecksilber und Blei Menschen und Umwelt im Großraum Stade gefährden. Die auf der schleswig-holsteinischen Elbseite gelegene Haseldorfer Marsch, mit ihren Wohn-, Naturschutz- und Obstanbauflächen, sei von den Giftstoffen besonders betroffen, da sie in Hauptwindrichtung der Schornsteinfahne liege. „Gegen die zusätzliche Gefährdung unserer ohnehin schon vorbelasteten Region werden wir uns zur Wehr setzen. Wir sind nicht grundsätzlich gegen ein Kraftwerk für die DOW, fordern aber eine umwelt- und gesundheitsverträgliche Energieerzeugung ohne Feinstaub und daran anhaftende hochgiftige Schwermetalle und Dioxine“, so Rühl.

Bis zum 25. März 2013 können Stader Bürgerinnen und Bürger nun im Rahmen der Öffentlichkeitsbeteiligung schriftlich gegen das Bauplanverfahren für das Kohlekraftwerk bei der Stadt Stade eine Einwendung einreichen.

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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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