KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

“EuroBioRef” heißt das europäische Großforschungsprojekt, das jetzt mit 23 Millionen Euro durch das siebte EU-Forschungsrahmenprogramm gefördert wird.

Eine europaweit koordinierte, effektivierte und intergrierte Prozesskette der Biomassenumwandlung vom Rohstoff Biomasse bis hin zu den fertigen biobasierten Produkten – das ist das Ziel des Projekts. Zu den insgesamt 28 Partnern aus 14 Ländern zählen der Lehrstuhl Fluidverfahrenstechnik der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Dortmund unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Andrzej Górak sowie die Firma Process Design Center GmbH aus Dortmund unter der Leitung von Dr.-Ing. Axel Gottschalk.

In den nächsten vier Jahren will das Projektkonsortium von der Université Lille, Frankreich, koordiniert die Fragmentierung der europäischen Biomasseindustrie überwinden. Durch die Kombination von großen und kleinen (bio-)chemischen Unternehmen mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die in unterschiedlichen Bereichen der Biomasseumwandlung aktiv sind entstehen neue Synergien, welche die Grundlage für Kosteneinsparungen und verbesserte Methoden darstellen. Die groß angelegte Forschung, Erprobung, Optimierung und Demonstration von Prozessen zur Herstellung unterschiedlicher Produkte wird sowohl für große als auch für kleine Produktionseinheiten ausgelegt, die in verschiedenen Regionen Europas flexibel eingesetzt werden können. Dieser Ansatz wird die Energie- und Ressourceneffizienz erheblich erhöhen. Dabei wird vor allem die Produktion von Flugbenzin und einer Vielzahl an chemischen Produkten optimiert werden.

Die Ziele von “EuroBioRef” sind dabei ehrgeizig: Durch optimierte Reaktionen, erhöhte Trennleistung, Einsparungen bei den Investitionskosten, verbesserte Anlage- und Rohstoffflexibilität sowie reduzierte Produktionszeiten und effiziente Logistik soll die Wirtschaftlichkeit um etwa 30% gesteigert und der Energieverbrauch um 30% reduziert werden. Darüber hinaus sollen einige Produktionsabfälle ganz vermieden werden.

Forscher haben erstmals eine innovative Methode entwickelt, um den Leistungs-Output der nächsten Solarzellengeneration zu erhöhen.

Solarenergie wird immer effizienter – (c) Dagmar Struß

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Dr. Udo Bach an der Monash University in Australien haben in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universitäten in Wollongong, Australien und Ulm Tandemzellen aus farbstoffsensibilisierten Solarzellen hergestellt, die eine dreimal höhere Effizienz bei der Energieumwandlung gegenüber bisherigen Tandemzellen dieser Art aufweisen. Der Schlüssel zu dieser Innovation lag laut Bach in der Entdeckung eines neuen, effizienteren Farbstoffes, der den Betrieb von invertierten farbstoffsensibilisierten Solarzellen deutlich effizienter macht. Laut Bach könnte dieser Durchbruch die Zellen zu einer guten und konkurrenzfähigen Alternative zu herkömmlichen Siliziumzellen machen.

Der Tandem-Ansatz – das Stapeln mehrerer Solarzellen – wurde bei traditionellen Photovoltaikanlagen bereits erfolgreich zur Maximierung der Energieausbeute angewandt. Hierfür gab es bei farbstoffsensibilisierten Solarzellen bisher jedoch Hindernisse, da es kein Verfahren zur Schaffung eines invertierten Systems gab, bei dem die Farbstoffmoleküle – wenn Licht auf sie trifft – positive Ladungen effizient an einen Halbleiter weitergeben konnten. Bei ihrem Projekt stapelte das Forscherteam zwei Arten von farbstoffsensibilisierten Solarzellen – eine invertierte und eine Standardzelle. Dadurch konnten sie erstmals eine Tandemzelle schaffen, die die Effizienz ihrer einzelnen Komponenten überstieg. “Indem wir einen Weg gefunden haben, invertierte farbstoffsensibilisierte Solarzellen sehr effizient arbeiten zu lassen, haben wir der Schaffung von farbstoffsensibilisierten Tandemzellen als wirtschaftliche Alternative die Tür geöffnet”, erläutert Bach die Bedeutung der Arbeit.

“Auch wenn diese neue Tandemtechnologie noch in den Kinderschuhen steckt, ist ein erster wichtiger Schritt in Richtung der Entwicklung der nächsten Solarzellengeneration getan, die günstig und mit energieeffizienten Produktionsmethoden hergestellt werden kann.”

Das novellierte Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien ist in Kraft getreten.

Energieeffizienz für Häuser zahlt sich aus – (c) Viktor Mildenberger / Pixelio

Die wichtigsten Anpassungen betreffen den Effizienzbonus, der jetzt die neue EnEV berücksichtigt sowie Änderungen bei der Förderung von Wärmepumpen und den Kesselaustauschbonus, der rückwirkend zum 1. Januar 2010 wieder eingeführt wird.

Die wichtigsten Änderungen im Überblick:

Kesselaustauschbonus wieder eingeführt

Bei Erstinstallation einer thermischen Solaranlage zur Warmwasser- und Heizungsunterstützung und gleichzeitiger Umstellung auf einen Brennwertkessel wird der Kesselaustauschbonus gewährt. Die Höhe des Zuschusses wurde von 750 Euro auf 400 Euro gekürzt. Unterstützt die thermische Solaranlage nur die Warmwasserbereitung, wird kein Kesselaustauschbonus mehr gewährt.

Umwälzpumpenbonus

Der Einbau einer Umwälzpumpe der Effizienzklasse A wird bis zum 30. Juni 2010 zusätzlich mit 200 Euro gefördert.
Voraussetzung ab dem 1. Januar 2011 ist, dass alle geförderten Heizungsanlagen mit einer Umwälzpumpe der Effizienzklasse A ausgestattet sind.

Wärmepumpenförderung im Bestand

Der Zuschuss beträgt für Wohn- und Nichtwohngebäude 20 Euro pro Quadratmeter beheizter Nutzfläche. Ab sofort gelten jedoch neue Höchstbeträge, die nach der Anzahl der Wohneinheiten gestaffelt sind. Die maximale Förderung z. B. für ein Einfamilienhaus beträgt jetzt 2.400 Euro, bisher 3.000 Euro
Die Förderung von elektrisch betriebenen Luft/Wasserwärmepumpen liegt weiterhin bei 10 Euro pro Quadratmeter beheizter Nutzfläche.

Effizienzbonus

Die Anforderungen an die Gewährung des Effizienzbonus bei energieeffizienten Wohngebäuden werden an die EnEV 2009 angepasst und ab dem 1. Juli um 15% verschärft.

Zielgruppe

Die Zielgruppe wurde um land- und forstwirtschaftliche sowie gartenbauliche Betriebe erweitert.

Quelle: BINE Informationsdienst – Energieforschung für die Praxis (Fachinformationszentrum Karlsruhe des Leibniz-Instituts)

Weitere Infos finden Sie unter www.energiefoerderung.info in der Rubrik Förderprogramme des Bundes.

Das Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik im Fachbereich Maschinenbau der Uni Kassel hat ein effektives Sorptionsspeichersystem entwickelt.

Sorptionsanlage macht Sonnenenergie effektiver – (c) Uni Kassel

Das System, das auf chemischem Wege unter Ausnutzung und Speicherung von Sonnenenergie die Raumluft je nach Bedarf erwärmt oder kühlt, arbeitet mit weniger Energieaufwand und geringerem Ausstoß klimaschädlichen Kohlendioxids als herkömmliche Heizungsanlagen.
Die Wissenschaftler haben sich diese Erfindung zweifach patentieren lassen. Bis 2013 wird diese Arbeit vom Bundesministerium für Forschung und Entwicklung mit 680.000 Euro gefördert. Sie ist Teil des bundesweiten Klimzug-Projekts des Bundesministeriums für Forschung und Entwicklung, das Strategien gegen den Klimawandel sucht.

Die Beheizung von Niedrigenergie- und Passivhäusern wird oft durch die Kraft der Sonne unterstützt. Sonnenkollektoren auf den Hausdächern erhitzen Wasser, das seine Wärme wiederum an die Raumluft abgibt. Damit kann bis zu einem Drittel des Wärmebedarfs eines Einfamilienhauses für Trinkwarmwasser und Raumheizung abgedeckt werden. Das Problem dabei: Im Sommer scheint die Sonne so häufig, dass ein Großteil ihrer Energie ungenutzt verpufft. Im Winter, wo gerade viel Wärme benötigt wird, scheint die Sonne wenig. Bisher gab es keinen Weg, die von den Kollektoren erzeugte thermische Energie für den Winter zu speichern. Denn selbst bei sorgfältigster Isolierung eines Speichertanks wird das von der Sonne erhitzte Wasser nach relativ kurzer Zeit kalt. Die Erwärmung der Raumluft muss daher mit stromhungrigen Wärmepumpen oder elektrischen Heizstäben verstärkt werden.

Sonnenenergie wird mittels Sorptionsspeicheranlage chemisch gespeichert

Für dieses Problem haben die Kasseler Forscher des von Professor Dr. Klaus Vajen geleiteten Fachgebiets Solar- und Anlagentechnik unter Federführung des Diplom-Ingenieurs und Doktoranden Roland Heinzen eine Lösung gefunden: Die Sonnenenergie wird mittels einer Sorptionsspeicheranlage chemisch gespeichert. Das geschieht mittels eines an der Universität entwickelten, neuartigen Absorbers, in dem ein Energieaustausch zwischen durchströmender Raumluft und einer Salz-Wasser-Lösung stattfindet. Die so erhitzte Luft gibt ihre Wärme dann mittels eines Wärmetauschers an den Zuluftkanal des Hauses ab.

Die Forscher machen sich dabei zwei, an sich einfache, Prinzipien zunutze. Wird der Luft Feuchtigkeit entzogen, so verwandelt sich der in der Luft enthaltene Wasserdampf in Wasser. Bei diesem Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand (Kondensation) wird Energie frei. Die Luft wird wärmer. Verdunstet Wasser dagegen, so wird dabei Energie verbraucht. Die Luft kühlt ab. Die Wissenschaftler entziehen in dem Absorber der Raumluft mithilfe einer hochprozentigen Lithiumchlorid-Salzlösung die Feuchtigkeit. Dadurch wird die Lösung natürlich immer wässriger, ihr Vermögen, mittels Kondensation die Luft zu erwärmen, lässt nach. Deshalb wird der Salzlösung mithilfe der von den Sonnenkollektoren erzeugten warmen Luft in einem so genannten Regenerator wieder das Wasser entzogen. Danach kann sie von neuem Wärme “erzeugen”. So wird die Sonnenenergie verlustfrei in einem stetigen Kreislauf in der Salzlösung gespeichert.

Der neu entwickelte Absorber ist nach den Worten von Heinzen in der Lage, die Lufttemperatur um bis zu 10° Celsius zu erhöhen. Es sei mit der Neukonstruktion gelungen, den Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Anlagen deutlich zu erhöhen, sagt der Wissenschaftler. Das gelingt mit einem ausgeklügelten System: In einem Kunststoffkasten, den die zu erwärmende Luft durchströmt, werden 50 mit High-Tech-Textilien bespannte Rahmen dicht an dicht nebeneinander gesetzt und dann von oben mit einem Kanalsystem mit Salzlösung benetzt. Das muss variabel geschehen. Denn zum Heizen braucht der Absorber wenig Salzlösung. Als Klimaanlage mit vorgeschaltetem Verdunstungskühler für die heißen Tage benötigt er einen richtigen Schwall Salzwasser. Die Architektur ähnele dem Versuch, “einen einzigen Wassertropfen auf einer ganzen Tischplatte zu verteilen”, sagt Heinzen, der seit vier Jahren an dem Thema forscht und vor zwei Jahren die Firma fSave-Solartechnik als Ausgründung der Universität mit aufgebaut hat. Der Absorber ist nicht nur sehr kompakt und wirkungsstark. Er gebe auch kein Salz an die Raumluft ab, was bei herkömmlichen Anlagen selten zu vermeiden sei, sagt der Wissenschaftler.

Die neuartige Sorptionsspeicheranlage wird in das Abluft- und Zuluft-System des Hauses integriert. Um dem Hausherrn Platz zu sparen, haben die Forscher einen Zweiphasen-Speicher entwickelt: Hoch- und niedrigprozentige Salzlösung aus dem Wärmekreislauf finden in einem einzigen, etwa vier Kubikmeter fassenden Kunststoffbehälter Platz. Die Flüssigkeiten sind in dem Tank durch eine Membran getrennt.

Bis zur Marktreife der Anlage, die dieses Jahr erst im Labor des Fachgebiets getestet wird, ist noch ein weiter Weg. Man habe ein Unternehmen aus der Region gefunden, das einen weiteren Prototyp bauen will, sagt Heinzen. Der Absorber soll dann im Rahmen eines Feldtests in der Außenstelle Witzenhausen der Universität Kassel unter anderem zum Trocknen von Heilkräutern und Obst eingesetzt werden. Danach werde man eine größere Sorptionsspeicheranlage auf der Staatsdomäne Frankenhausen bauen, kündigt der Wissenschaftler an.

Heute starten Wissenschaftler des Tauchzentrums der Biologischen Anstalt Helgoland ein für die Nordsee bislang einmaliges Projekt: “MarGate”, ein neuartiges Unterwasser-Experimentalfeld.

Krebslarve – von Unterwasser-Zooplankton-Kamera aufgezeichnet – (c) AG Hirche / AWI

Wissenschaftler wollen dort in Zukunft mit modernsten Sensortechnologien meeresbiologische Daten zeitlich und räumlich hoch aufgelöst erfassen, die dann online über das Internet zur Verfügung stehen. So sollen klima- und anthropogen bedingte Veränderungen der Hydrographie und der Ökologie der Nordsee untersucht werden, um die Mechanismen von klimawandelbedingten Ökosystemveränderungen besser verstehen und modellieren zu können.

“MarGate” ist Teil der vom GKSS-Forschungszentrum Geesthacht koordinierten und innerhalb des Forschungsbereiches “Erde und Umwelt” der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren finanzierten Meeresforschungsinfrastruktur COSYNA. Neben dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft beteiligen sich mehrere küstennahe Forschungszentren und Universitäten Deutschlands. Damit wird eine moderne Infrastruktur geschaffen, die multi- und interdisziplinäres Arbeiten im Küstenbereich ermöglicht.

“Aufgrund der einmaligen Lage der Insel Helgoland weit vor der deutschen Küste, in Mitten der stark vom Klimawandel betroffenen Nordsee, sehen wir Helgoland als strategischen “Hot-Spot” der Meeresforschung”, so PD Dr. Philipp Fischer, wissenschaftlicher Leiter des Tauchzentrums des Alfred-Wegener-Instituts und Fischökologe an der Biologischen Anstalt Helgoland. “Das Projekt gibt uns die Möglichkeit, Experimente nicht nur im Labor, sondern unter Wasser direkt in der Nordsee über längere Zeiträume durchzuführen – was bisher nur mit Hilfe von großen und teuren Forschungsschiffen möglich war”, meint der überzeugte Wissenschaftstaucher. “Die Insel Helgoland als Standort bietet uns einmalige Möglichkeiten”, freut sich Prof. Karen Wiltshire, Direktorin der Biologischen Anstalt Helgoland, die zur Stiftung Alfred-Wegener-Institut gehört.

Um die Forschungswünsche der Wissenschaftler erfüllen zu können, wird das Experimentalfeld “MarGate” mit modernster Technik ausgerüstet. In Zusammenarbeit mit der GKSS wird es unter Wasser Hochgeschwindigkeits-Datenleitungsanschlüsse, so genannte “Datenknoten” geben, an denen – wie im Labor – Messgeräte und Sonden unter Wasser angesteckt und per Internet über längere Zeit ferngesteuert werden können. So ist beispielsweise geplant, Kleinkrebse mit einer Zooplankton-Kamera automatisch im Lebensraum aufzuzeichnen und zeitgleich Informationen über Temperatur und Salzgehalt des Wassers und die Verteilung von Nährstoffen zu erhalten. Diese Kombination von kontinuierlichen Messungen eröffnet neue Möglichkeiten, die Stoffflüsse im Meer aufzuzeichnen und die Nahrungsnetze zu analysieren.

Auch an die Stromversorgung ist gedacht: Unterwasser-Steckdosen sowie verschiedenste Möglichkeiten, wissenschaftliche Geräte auch bei Windstärke 12 unter Wasser sturmsicher zu verankern, sollen dort künftig erprobt und entwickelt werden. “Wir sehen MarGate nur als den ersten Schritt einer notwendigen Entwicklung, die Erforschung der Meere auch dorthin zu bringen, wo sich das Leben im Meer abspielt, nämlich unter Wasser”, meint Fischer. Um so ein Projekt nicht nur wissenschaftlich sondern auch praktisch umzusetzen, müssen nun jedoch zunächst die Grundstrukturen installiert werden: Jeweils sechs Tonnen schwere Tetrapoden aus Beton werden in bis zu zehn Meter Wassertiefe ausgebracht. Dies läuft in guter Zusammenarbeit mit Baufirmen und Ingenieuren, welche in der Lage sind, die Strukturen herzustellen und unter Wasser zielgenau zu positionieren.

Website zum Projekt COSYNA “Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas” (engl.)

Um Energie sparen zu können, müssen Verbraucher jederzeit den Energieverbrauch ihrer Geräte kennen und den Verbrauch dann auch von unterwegs aus steuern können.

Werden Tiefkühlgeräte zu Energiespeichern? – (c) Dagmar Struß

Fraunhofer-Wissenschaftler zeigen auf der CeBIT (Halle 9, Stand B36) zwei Anwendungen, mit deren Hilfe sich der Energieverbrauch verwalten lässt.
“Smart meter”, intelligente Geräte zur Verbrauchsmessung, sollen es ermöglichen, auch den Stromverbrauch privater Haushalte von außen abzulesen und zu steuern. Denn durch die zunehmende Nutzung von Sonne und Wind wechselt das Stromangebot sehr kurzfristig. Heutige Batterietechnik kann diese Fluktuationen im Energieangebot nicht ausreichend abpuffern, deshalb sollten die Kunden möglichst immer genau dann Strom verbrauchen, wenn er gerade verfügbar ist. Eine Möglichkeit, diese Angleichung zu schaffen, sind Preisanreize: Wenn das Angebot hoch ist, fällt der Preis und umgekehrt. Beim kontinuierlichen Blick auf die Strompreise unterstützt künftig eine intelligente Steuerung die Endverbrauchers.

Professor Frank Bomarius, stellvertretender Leiter des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern, und sein Team entwickeln zurzeit eine Software, die hinter dem Stromzähler sitzt und dafür sorgt, dass der Energieverbrauch entsprechend angepasst wird. “Informationen über die erwartete Preisentwicklung in den nächsten Minuten und Stunden kommen von außen, also vom Energieversorger, kurz EVU”, sagt der Informatiker. Diese müssen kombiniert werden mit den Bedürfnisse und Präferenzen des Verbrauchers. “Unser System sorgt dafür, dass die Geräte im Haushalt gemäß dieser Vorgaben optimal gesteuert werden.” Dabei geht es nicht einfach darum, Klimaanlage oder Waschmaschine kurzfristig abzuschalten, wenn der Strompreis steigt. Viel intelligenter ist es beispielsweise, Kühl- oder Gefrierschrank als Energiespeicher zu nutzen. “Meldet das EVU, dass in zwei Stunden der Strom knapp und teuer wird, können diese Geräte ihren Inhalt bereits vorkühlen und so dafür sorgen, dass sie danach über längere Zeit keinen Strom benötigen”, erklärt Bomarius. Entsprechendes gilt für die Warmwasserbereitung oder Heizung.

Steuern lässt sich das System von einem PC, dort gibt der Verbraucher seine Wünsche ein: Er bestimmt die Temperatur für das Kühlen oder Heizen, nennt einen Höchstpreis, den er für die Kilowattstunde bezahlen will, oder limitiert den maximalen Verbrauch. Danach errechnet die Software, wann welche Geräte im Haushalt ein- und ausgeschaltet werden. Der direkte Zugriff des Computers auf Waschmaschine oder Heizung erfolgt über elektrische Leitungen oder über Funk. In der Praxis wird das intelligente Energiemanagement auf demselben Rechner laufen, der auch andere Funktionen des Hauses steuert: Licht und Heizung, Rollläden, Schließanlage oder die Unterstützung hilfsbedürftiger Personen im Haushalt.

2010 soll das System in Kaiserslautern in einigen Wohnungen praktisch erprobt werden. Natürlich eignet es sich auch für große Wohnanlagen, öffentliche Gebäude oder Geschäftshäuser. Dort ist häufig bereits eine zentrale Haustechnik vorhanden, auf die das Energiemanagement aufsetzt. Wie die Kommunikation mit den Versorgern aussehen wird, darüber verhandeln die Forscher im Kaiserslauterer Projekt mit dem lokalen EVU. “Wir wollen die Schnittstelle ganz schmal halten”, so Bomarius, “es ist nicht einzusehen, warum mein Energieversorger wissen und beeinflussen soll, wann ich kühle, heize, fernsehe oder koche.”

Das Handy wird zur Schaltzentrale
Forscher des Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin bieten eine andere hilfreiche Unterstützung: Sie haben eine Anwendung entwickelt, die den Energieverbrauch der einzelnen Geräte im Haushalt aufzeigt. So lassen sich die Energiefresser im eigenen Zuhause ermitteln, und die Verbraucher bekommen ein Gefühl dafür, welche Geräte wie viel Energie verbrauchen, wo sich also auch viel einsparen lässt. Basis dafür ist die vom Institut entwickelte Middleware “Hydra”, die um ein spezielles Energieprotokoll erweitert wurde. “Mit seinem Mobiltelefon als Anzeige- und Steuergerät kann der Bewohner den Energieverbrauch seiner Geräte kontrollieren”, sagt Dr. Markus Eisenhauer, der das System entwickelt. “So kann er sich beispielsweise den Verbrauch pro Raum anzeigen lassen, Geräte ein- und ausschalten oder Lampen dimmen.” Und es gibt noch einen besonderen Clou: Das Kamerabild des Handys kann als “magische Linse” benutzt werden. Dazu richtet man die Kamera auf das entsprechende Gerät und erhält wie von Geisterhand den dazu passenden momentanen Stromverbrauch.

Eine nachhaltige Alternative, die Abhängigkeit von knapper werdendem Erdöl und gleichzeitig den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu verringern, ist die Nutzung erneuerbarer Energien.

Leicht vergärbare Großmarktabfälle wie Salat, Obst und Gemüse sollen mit einem neuen Verfahren Biomethan als Kraftstoff liefern – (c) IGB Fraunhofer

Neben Wasser, Wind und Sonne spielt die Nutzung pflanzlicher Biomasse zur Gewinnung von Bioenergie – Strom, Wärme oder Kraftstoffen – eine herausragende Rolle. Aufgrund seiner Nettoenergieausbeute ist dabei Biogas der wichtigste Bioenergieträger. Biogas, eine Mischung aus Methan und Kohlenstoffdioxid, entsteht bei der anaeroben Vergärung organischer Masse. In Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk gilt die Biogasgewinnung als Technik mit sehr hohem CO2-Vermeidungspotenzial.

Dennoch wird das Potenzial von Biomasse zur Erzeugung von Biogas mit dem energetisch nutzbaren Methangas bislang kaum für mobile Anwendungen in Fahrzeugen ausgeschöpft. Dies will das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart in einem Verbundforschungsvorhaben mit Partnern aus Forschung, Energiewirtschaft, Automobil- und Anlagenbau nun ändern. Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, leicht vergärbare, nasse Biomasse – insbesondere kostengünstig anfallende Bioabfälle und Algenrestbiomasse – unter maximaler Energiegewinnung vollständig zu verwerten. “Zentrales Produkt ist regeneratives Methan, das regional erzeugt und genutzt wird”, erklärt Professor Walter Trösch, Stellvertretender Institutsleiter und Leiter der Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik des Fraunhofer IGB. “Biomethan kann wie Erdgas – dessen Hauptbestandteil ja nichts anderes als Methan ist – über das bestehende Netz transportiert werden. Oder, wie in unserem Demonstrationsprojekt CNG-Fahrzeuge (Compressed Natural Gas) antreiben.”

Das Hauptaugenmerk der Forscher liegt auf der Verwertung nasser Abfall-Biomasse, die sich schnell und leicht vergären lässt und keine Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln darstellt: Abfallstoffe aus der Lebensmittelindustrie mit einem sehr hohen Wasseranteil beispielsweise. Ebenso Küchenabfälle aus Haushalten, Großküchen in Kantinen und Mensen oder Großmarktabfälle, die heute meist in Kompostierungsanlagen landen, wobei die enthaltene Energie als Wärme verloren geht. Aufgrund ihres geringen Gehalts an Lignin und Lignocellulose – den holzigen Anteilen, die ohne Luftsauerstoff nur schwer abzubauen sind – sind gerade diese Abfälle optimal zur Vergärung geeignet. Nach dem Hochlastvergärungsverfahren, das vor Jahren am Fraunhofer IGB entwickelt wurde und für Klärschlamm mehrfach technisch realisiert wurde, werden die Feststoffe dieser Biomüllfraktionen in nur wenigen Tagen nahezu vollständig zu Biogas umgesetzt.

Doch auch diese Bioabfälle unterscheiden sich in Wasser- und Feststoffgehalt. “Damit eine Vergärungsanlage möglichst effektiv verschiedene Substrate zu Biogas umwandeln kann, muss die Prozesstechnik für die jeweiligen Substrate spezifisch angepasst werden”, so Trösch. “Hier setzt das ETAMAX-Vorhaben an: Wir wollen eine flexible Multisubstrat-Hochlastvergärungsanlage mit unterschiedlichen Vorvergärungsmodulen für die jeweils unterschiedlichen Abfälle realisieren. Erst dann werden die Zwischenprodukte ähnlicher Zusammensetzung, vorwiegend organische Säuren, in einem Zentralreaktor als zweiter Stufe mit maximalem Wirkungsgrad – symbolisiert durch den griechischen Buchstaben Eta – zu Methan umgesetzt.”

Biomasse, vor allem Abfall-Biomasse, ist keine unerschöpfliche Ressource. Zusätzliche nasse, lignocellulosearme Biomasse für die Multisubstrat-Hochlastvergärung will das Fraunhofer IGB in Form von Algenrestbiomasse beisteuern. Die Gewinnung von Energie mit Algenbiomasse ist dank einer am Fraunhofer IGB entwickelten Photobioreaktor-Plattform heute schon sehr effizient möglich. In den Reaktoren wachsen Algen nur mit Sonnenlicht als Energie- und Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle sowie anorganischem Stickstoff und Phosphat zu hohen Zelldichten heran.

ETAMAX will den Kohlenstoffkreislauf schließen, indem das Kohlenstoffdioxid, das bei der Vergärung als Koprodukt und bei der Verbrennung von Biogas entsteht, als Kohlenstoffdioxidquelle für die Algenkultivierung genutzt wird. Hier gilt es, robuste Algen zu finden, die mit diesem Rauchgas und zudem in Mitteleuropa jahreszeitlich schwankenden Licht- und Temperaturverhältnissen schnell wachsen.

Bei jeder Vergärung fallen zu einem geringen Anteil Gärreststoffe an, die nicht weiter anaerob abgebaut werden können. Für eine vollständige Verwertung auch dieser Gärrückstände untersucht das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam mit dem Schweizer Paul Scherrer Institut, zwei der Forschungspartner im Verbund, die katalysatorgestützte hydrothermale Vergasung bei hohem Druck und hoher Temperatur. Hierbei entstehen die gleichen Produkte wie bei der Vergärung: Kohlenstoffdioxid und Methan.

“Das anspruchvollste Ziel ist die Schließung der Stoffkreisläufe”, so Trösch weiter. “Kohlenstoffdioxid können wir quasi vollständig im Kreislauf führen, indem die Algen das bei der Verbrennung entstandene CO2 wieder fixieren. Sowohl bei der Vergärung als auch bei der Vergasung fällt Wasser an, in dem Stickstoff und Phosphor als Nährstoffe enthalten sind. Auch dieses Wasser wollen wir für die Algenkultivierung nutzen”.

In einer Demonstrationsanlage auf dem Gelände des EnBW-Heizkraftwerks in Stuttgart Gaisburg werden die Prozesse im technischen Maßstab realisiert und erprobt. In einer zukünftigen Großanlage könnten aus den kommunalen Bioabfällen der Stadt Stuttgart 300.000 Kubikmeter Methangas pro Jahr erzeugt werden. Als Fahrzeugkraftstoff aufgereinigt, kann dies für eine kleine Flotte von Müllfahrzeugen mit Erdgasantrieb genutzt werden. Davon profitiert sogar die Luftqualität. Über die Schließung des Kohlenstoffkreislaufes hinaus wird so gemeinsam mit der EnBW Energie Baden-Württemberg AG die Optimierung der Biogaskraftstoffqualität als auch mit der Daimler AG die mobile Anwendung für Fahrzeuge vorangetrieben.

Das Projekt wird seit Juni 2009 für eine Dauer von 5 Jahren mit insgesamt 6 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Programms “BioEnergie 2021″ gefördert. Neben dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart, sind als Forschungspartner das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Schweizer Paul Scherrer Institut PSI, als Partner aus der Wirtschaft die Firmen Daimler AG, EnBW Energie Baden-Württemberg AG, FairEnergie GmbH, Netzsch Mohnopumpen GmbH, Stulz Wasser- und Prozesstechnik GmbH, Subitec GmbH sowie die Stadt Stuttgart am Verbundforschungsvorhaben “Mehr Biogas aus lignocellulosearmen Abfall- und Mikroalgenreststoffen durch kombinierte Bio-/ Hydrothermalvergasung” beteiligt.

Fraunhofer-Wissenschaftler entwickeln Programme, mit deren Hilfe sich der Energieverbrauch von Geräten auf einen Blick bestimmen läßt.

(c) Andreas Morlok / Pixelio

Jeder möchte gern Energie sparen, aber kaum einer kennt den genauen Stromverbrauch der Geräte in seiner Wohnung. Was benötigt beispielsweise mehr Strom – der Geschirrspüler oder der Fernseher? Um solche Fragen zu klären und dem Konsumenten ein Gefühl dafür zu vermitteln, wo die Energiefresser sitzen, hat das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin eine Anwendung entwickelt, die den Energieverbrauch der einzelnen Geräte im Haushalt aufzeigt. Basis dafür ist die vom Institut entwickelte Middleware »Hydra«, die um ein spezielles Energieprotokoll erweitert wurde. Eine Middleware nimmt Programmierern Arbeit ab, im Fall von Hydra verwaltet sie die Kommunikation zwischen Geräten.

Jedes Gerät erhält einen Power-Plogg, einen kleinen Adapter, der zwischen Stecker und Steckdose sitzt. Per Funk meldet er den aktuellen Stromverbrauch an den PC. So kann der Bewohner am Bildschirm ablesen, welches Gerät am meisten Strom frisst. Die Experten des FIT haben aber einen noch weitaus komfortableren Zugriff auf die Informationen ermöglicht: »Mit seinem Handy als Anzeige- und Steuergerät kann der Bewohner den Energieverbrauch seiner Geräte kontrollieren«, sagt Dr. Markus Eisenhauer, der das System entwickelt. »So kann er sich beispielsweise den Verbrauch pro Raum anzeigen lassen, Geräte ein- und ausschalten oder Lampen dimmen.« Und es gibt noch einen besonderen Clou: Das Kamerabild des Handys kann als »magische Linse« benutzt werden. Dazu richtet man die Kamera auf das entsprechende Gerät und erhält wie von Geisterhand den dazu passenden momentanen Stromverbrauch.

Dahinter steckt eine aufwendige Technik: Auf einem Server sind die Bilder der einzelnen Geräte hinterlegt, aus unterschiedlichen Richtungen betrachtet. Sobald die Funktion aktiviert wird, sendet das Handy das aufgenommene Bild an den Server, und dieser vergleicht es mit den Bildern in seiner Datenbank. Sobald er erkannt hat, um welches Gerät es sich handelt, ermittelt er den aktuellen Stromverbrauch, den das dazugehörige Power-Plogg gerade meldet, und sendet die Information zum Handy zurück.

So eröffnet sich eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie der Bewohner den Energieverbrauch seiner Geräte analysieren kann: Die Gesamtenergie, die ein Gerät verbraucht, hängt von dessen Leistung und der jeweiligen Laufzeit ab. Neben der momentanen Leistung kann man sich deshalb auch den Gesamtverbrauch eines Geräts – beispielsweise auf die durchschnittliche Laufzeit während eines Jahres hochgerechnet – ansehen. So lassen sich auch Stromfresser im Haushalt finden, die nicht immer angeschaltet sind, zum Beispiel der Backofen.

Man kann auch unterschiedliche Varianten durchspielen. »So lässt sich beispielsweise ausprobieren, wie sich die Raumbeleuchtung mit Energiesparlampen und vergleichsweise die mit herkömmlichen Glühbirnen auf den Geldbeutel auswirkt«, sagt Eisenhauers Kollege Marc Jentsch. Dazu wird der aktuelle Energieverbrauch und die Energie- und Kostenersparnis pro Jahr angezeigt. Entsprechendes gilt auch für das Abspielen von DVDs auf einer Playstation oder auf einem DVD-Player.

Selbst für die Zukunft ist das System schon gerüstet: Wenn Strom bald  abhängig von der Tageszeit unterschiedlich viel kostet, kann der Nutzer Kosten sparen, indem er etwa über sein Handy die Waschmaschine erst dann anstellt, wenn der Strom gerade billig ist.