KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Mancher wird die gute alte Glühbirne vermissen, wenn sie nach dem Willen der EU ab 2012 nicht mehr in den Ladenregalen steht.

Apparatur zum Dauertest der LED-Lampen- (c) PTB

Die kleinen Stromfresser setzen nur 10 % der Energie in Licht und 90 % in Wärme um. Energiesparlampen hingegen schaffen eine vier- bis fünfmal so hohe Lichtausbeute. Sie sind jedoch nur bedingt umweltfreundlich: Das Quecksilber in ihrem Inneren macht sie nach dem Verglühen zu Sondermüll, der aufwendig entsorgt werden muss und die Umwelt belastet. Doch eine mögliche Alternative liegt bereits vor: Lampen auf LED-Basis. Sie sind nicht nur energiesparend und haben von den Herstellern prognostizierte extrem lange Lebensdauern von voraussichtlich 20 bis 25 Jahren (wobei die Haltbarkeit der elektronischen Bauteile der Lampe nicht berücksichtigt wird). Sie enthalten außerdem keine flüchtigen giftigen Bestandteile und bieten eine Beleuchtung in praktisch jeder gewünschten Farbe. Nur ihr Preis ist mit ca. 60 Euro pro Lampe noch sehr hoch. Neben einer stimmungsvollen Innenarchitektur ist eine Anwendung besonders im medizinischen Gebiet, wie zum Beispiel im OP-Bereich von Kliniken, interessant. Doch wie gut sind diese LED-Lampen wirklich? Um das zu untersuchen, haben Armin Sperling, Matthias Lindemann und Marco López von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) neue Apparaturen entwickelt. Mit ihnen kann überprüft werden, ob die Eigenschaften der Lampen bei einem Betrieb über einen längeren Zeitraum stabil bleiben oder ob und wie Alterungserscheinungen auftreten. Die Tagung „LED-Beleuchtungstechnologien: Aktuelle Möglichkeiten und Grenzen“ informiert tiefergehend über Anwendungen und Potentiale der LEDs. Sie findet am 1. Juni im Haus der Wissenschaft und in der PTB in Braunschweig statt.

Die LED-Leuchten, die schon in einigen Kliniken verwendet werden, bieten mehrere Vorteile gegenüber den weit verbreiteten Xenon- und Halogenleuchten. Durch die höhere Lebensdauer sind sie wartungsärmer. Auf Lüftungsanlagen, die im OP zu Staubverwirbelungen führen, kann verzichtet werden, weil sich die LED-Lampen durch ihren hohen Wirkungsgrad weniger erwärmen. Vor allem kann die Lichtfarbe beliebig eingestellt werden, ohne dass sich die Helligkeit der Lampen verändert. „Wir wollen den Ärzten ein Hilfsmittel geben, damit sie das, was sie sehen müssen, optimal sehen können“, erläutert Armin Sperling. Die Unterscheidung von arteriellem und venösem Gewebe zum Beispiel wird durch Licht der richtigen Farbe enorm erleichtert. Umso wichtiger ist es, dass Farbton und Lichtstärke über den gesamten Betriebszeitraum der LED-Lampe stabil bleiben. Die sogenannten Alterungserscheinungen dürfen für den medizinischen Einsatz nur gering ausfallen.

Deshalb entwickelten die PTB-Wissenschaftler im Rahmen eines Technologietransfer-Projektes mit der Firma Zett Optics, Braunschweig, ein vollständig automatisiertes Alterungsmesssystem. Es kann im Dauertest über zwei bis drei Jahre Lichtstärke und Farbton der Lampen überprüfen. Dazu werden sie auf einen Karusselltisch montiert, der gleichzeitig bis zu 40 LEDs aufnehmen kann, und regelmäßig mit Messköpfen unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit gemessen. Die speziellen Halterungen der LEDs ermöglichen einen einfachen Austausch. Weitere Apparaturen der PTB ermöglichen es, die räumliche Abstrahlungscharakteristik und alterungsbedingte Veränderungen hierin sehr genau zu erfassen.

Erste Ergebnisse nach bis zu 13 Monaten Dauertest stimmen optimistisch: Die Lichtstärke ist bei vielen LED-Lampen nach einer individuellen Einbrennzeit sehr stabil. Innerhalb einer Liefercharge sind allerdings große Unterschiede möglich. Auch der Farbort ist oftmals äußerst stabil. Geringfügige Veränderungen sind lediglich bei weißen Hochleistungs-LEDs zu erkennen.

In Zukunft sollen in der PTB weitere Tests zur Qualitätssicherung von LEDs durchgeführt werden. Mit den dabei gewonnenen Daten sollen außerdem theoretische Alterungsmodelle überprüft werden, auf deren Grundlage die Industrie bisher die Alterungserscheinungen ihrer LED-Lampen berechnet. Ziel ist es, die Qualität und Rückführbarkeit der neuen Lampen zu verbessern und damit deren Akzeptanz im medizinischen Bereich und darüber hinaus zu erhöhen. Wenn dann durch eine optimierte Produktion in größerem Maßstab der Preis pro Lampe deutlich sinkt, wird auch eine Anwendung im privaten Bereich zunehmend wahrscheinlicher.

Unterwegs im Steilhang oder auf hoher See können sich rollbare Solarzellen als umweltschonende und flexible Stromlieferanten erweisen.

Gibt es bald Strom zum Mitnehmen? – (c) Hanspeter Bolliger / Pixelio

Auf Rucksäcken oder Kanus befestigt ermöglichen diese zum Beispiel den netzunabhängigen Betrieb von Navigations- und Kommunikationsgeräten. Mit der Entwicklung neuartiger Photovoltaikkonzepte befasst sich seit kurzem eine Forschungsgruppe an der Universität Duisburg-Essen (UDE).
Das Land Nordrhein-Westfalen und die UDE fördern das Vorhaben in den nächsten fünf Jahren mit 1,42 Mio. Euro. Unter der Leitung von Dr.-Ing. Niels Benson soll insbesondere die rollbare Hybridphotovoltaik vorangetrieben werden. Niels Benson: „Der Bedarf an mobil verfügbarer Energie steigt rasant. Dem wachsenden Energiehunger möglichst umweltschonend gerecht zu werden, ist unser erklärtes Ziel.“

Beliebig formbar und effizient

Die bislang am häufigsten eingesetzte Solarzelle besteht aus starrem, kristallinen Silizium. Neu ist das Verwenden von organischen und metalloxidischen Halbleitern, die potenziell einen höheren Wirkungsrad als rein organische Systeme haben und auch in beliebig formbare mobile Anwendungen integriert werden können. Benson: „Ein Vorteil ist, dass diese Stoffe keine hohen Prozesstemperaturen benötigen, so dass flexible Trägermaterialien genutzt werden können – eine wichtige Voraussetzung für rollbare Solarzellen.“

Eine unscheinbare Pflanze könnte bald Karriere als Klimaretter machen.

Wassertropfens auf Schwimmfarn-Blatt unter Elektronen-Mikroskop. Härchen halten Tropfen fest. (c) Nees-Institut / Uni Bonn

Die Oberflächenhaare des Schwimmfarns sollen Schiffen zu einem zehn Prozent geringeren Kraftstoffverbrauch verhelfen. Die Pflanze hat die seltene Gabe, sich unter Wasser in ein hauchdünnes Kleid aus Luft zu hüllen und dieses monatelang festzuhalten. Forscher der Universitäten Bonn, Karlsruhe und Rostock haben nun aufgeklärt, wie der Farn das macht. Ihre Ergebnisse lassen sich vielleicht zur Konstruktion neuartiger reibungsarmer Schiffsrümpfe nutzen. Die Forscher stellen ihre Studie in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Advanced Materials“ vor (doi: 10.1002/adma.200904411).
Der Schwimmfarn Salvinia molesta ist extrem wasserscheu: Taucht man ihn unter und zieht ihn danach wieder heraus, perlt die Flüssigkeit sofort von ihm ab. Danach ist er wieder komplett trocken. Oder richtiger: Er war nie wirklich nass. Denn unter Wasser hüllt sich der Farn in ein hauchdünnes Kleid aus Luft. Diese Schicht verhindert, dass die Pflanze mit Flüssigkeit in Kontakt kommt. Und das selbst bei einem wochenlangen Tauchgang.

Materialforscher nennen dieses Verhalten „superhydrophob“. Diese Eigenschaft ist für viele Anwendungen von Interesse – etwa für schnell trocknende Bademode oder eben Sprit sparende Schiffe. Es ist inzwischen möglich, superhydrophobe Oberflächen nach dem Vorbild der Natur zu konstruieren. Diese „Nachbauten“ haben aber einen Nachteil: Die Luftschicht, die sich auf ihnen bildet, ist zu instabil. In bewegtem Wasser verschwindet sie spätestens nach einigen Stunden.

Die Forscher aus Bonn, Rostock und Karlsruhe haben nun enträtselt, mit welchem Trick der Schwimmfarn sein luftiges Kleidchen festhält. Schon seit einigen Jahren ist bekannt, dass auf der Oberfläche seiner Blätter winzigkleine schneebesenartige Härchen sitzen. Diese sind hydrophob: Sie halten das Wasser in der Umgebung auf Distanz.

Wasser wird „festgetackert“

Das ist aber nur eine Seite der Medaille: „Wir haben zeigen können, dass die äußersten Spitzen dieser Schneebesen hydrophil sind, also wasserliebend“, erklärt Professor Dr. Wilhelm Barthlott von der Uni Bonn. „Sie tauchen in die umgebende Flüssigkeit ein und ‚tackern’ das Wasser gewissermaßen in regelmäßigen Abständen auf der Pflanze fest. Die darunter sitzende Luftschicht kann daher nicht so leicht entweichen.“

Barthlott leitet in Bonn das Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen. Dort nahmen die Untersuchungen ihren Anfang, die heute zusammen mit dem Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Rostock und dem Institut für Angewandte Physik der Universität Karlsruhe weitergeführt werden. „Nach Aufklärung der Selbstreinigung durch das Lotus-Blatt vor zwanzig Jahren ist die Entdeckung des Salvinia-Effektes eine der wichtigsten neuen Erkenntnisse in der Bionik“, sagt Professor Dr. Thomas Schimmel von der Universität Karlsruhe.

Weltweite Kraftstoffersparnis: ein Prozent

Und zwar eine mit gewaltigem technischen Potenzial: Bislang geht bei Containerschiffen mehr als die Hälfte der Antriebsenergie durch Reibung des Wassers am Rumpf verloren. Mit einer Luftschicht ließe sich dieser Verlust nach Schätzung der Forscher um zehn Prozent reduzieren. Da Schiffe riesige Spritschlucker sind, wäre der Gesamteffekt enorm. „Man könnte so wahrscheinlich ein Prozent des weltweiten Gesamtverbrauchs an Treibstoff einsparen“, prognostiziert Professor Barthlott. „Oberflächen nach dem Vorbild des Schwimmfarns könnten den Schiffsbau revolutionieren“, meint auch Professor Dr. Alfred Leder von der Universität Rostock.

Lotus und der Schwimmfarn Salvinia sind nur zwei von vielleicht zwanzig Millionen Arten, die unseren Erdball bevölkern. Sie alle haben ihre Geheimnisse, an deren Entschleierung man in Bonn, Rostock und Karlsruhe arbeitet.

Mit Hilfe der Sonne kühlen ­– was wie ein Widerspruch klingt, erweist sich als originelles Energiekonzept.

Sonnenkollektor, der die Absorptionskältemaschine antreibt. Über Kältespeicher wird der Wein in den Gärbehältern gekühlt. (c) Fraunhofer ISE

In Tunesien und Marokko nutzen Fraunhofer-Forscher jetzt Solarenergie sogar, um leicht verderbliche Lebensmittel wie Milch, Wein oder Früchte frisch zu halten.
“Mit Sonnenlicht gekühlt” – dieses Ökolabel könnte künftig auf Lebensmittelpackungen gedruckt sein: Zur Gebäudeklimatisierung wird Solarenergie bereits heute genutzt, doch jetzt wollen Forscher auch Früchte und andere leicht verderbliche Lebensmittel damit frisch halten. Dass dies im Mittelmeerraum realisierbar ist, demonstrieren Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg am Beispiel einer Winzerei in Tunesien und einer Molkerei in Marokko. Im Projekt MEDISCO, kurz für MEDiterranean food and agro Industry applications of Solar COoling technologies, wurden in Kooperation mit Universitäten, Energieagenturen und europäischen Unternehmen Solaranlagen zum Kühlen von Milch und Wein installiert. Geleitet wird das von der Europäischen Kommission geförderte Projekt vom Politecnico di Milano in Mailand.

“In Ländern mit vielen Sonnentagen und in entlegenen Gebieten, wo es aufgrund von Wassermangel und fehlenden oder unzuverlässigen Energiequellen keine konventionellen Kühlungsmöglichkeiten gibt, bietet sich unsere Methode an. Sie ist umweltfreundlich, außerdem wird der teure Strom für konventionell betriebene Kühlgeräte auf ein Minimum reduziert,” nennt Dr. Tomas Núñez, Wissenschaftler am ISE, die Vorzüge. “Die Kälte steht immer dann zur Verfügung, wenn die Sonne scheint, es wird also vor allem zu Zeiten des größten Bedarfs produziert.”

Die Wissenschaftler haben konzentrierende Kollektoren aufgebaut, die das Sonnenlicht mit einem Spiegel auf einen Absorber richten. Nur so lässt sich die Solarstrahlung in 200 Grad heißes Wasser umwandeln. “Diese extreme Wassertemperatur ist erforderlich, um die Absorptionskältemaschine bei den dort herrschenden hohen Außentemperaturen anzutreiben. Anders als beim Kühlschrank nutzen wir also keinen Strom, um Kälte zu erzeugen, sondern Wärme. Das Ergebnis ist in beiden Fällen das gleiche: Kälte in Form von Kaltwasser oder ­– in unserem Fall ­– ein Wasserglykolgemisch,” erläutert Núñez. Da die Absorptionskältemaschine Temperaturen von Null Grad erzeugt, wollen die Experten mit dem Gemisch ein Einfrieren des Wassers verhindern. Die Wasserglykollösung wird dann in Kältespeichern ‘gelagert’ und anschließend durch einen Wärmetauscher gepumpt, der die angelieferte Milch kühlt. “Etwas anders verhält es sich beim Kühlen von Wein: Hier fließt das Kältemittel durch Rohrschlangen, die in den Weintanks angebracht sind,” sagt Núñez.

“Bei MEDISCO handelt es sich um ein Demonstrationsprojekt. Die Technik ist derzeit noch nicht marktreif,” sagt der Forscher. “Ich sehe aber durchaus Chancen, die solare Kühlung künftig in Agrarbetrieben oder auch in der Chemie- und Kosmetikindustrie einzusetzen.”

Als Initialzündung für die Nutzung der Windenergie in der deutschen Nord- und Ostsee ging mit „alpha ventus“ gestern der erste deutsche Offshore-Windpark in Betrieb.

Offshore-Windpark – (c) Rebel – Fotolia.com

Der Windpark stellt nicht nur einen Meilenstein für die Nutzung der Windenergie auf dem Meer dar, sondern ist gleichzeitig auch Gegenstand intensiver Forschungsaktivitäten. Die Forschungsinitiative RAVE (Research at alpha ventus) des Bundesumweltministeriums hat zum Ziel, die Nutzung der Offshore-Windenergie zu optimieren. Schließlich soll der Strom vom Meer in Zukunft einen wesentlichen Anteil an der deutschern Stromproduktion übernehmen.

„Die Offshore-Windenergie ist als ein Standbein der zukünftigen Energieversorgung unverzichtbar,“ betont Prof. Jürgen Schmid, Leiter des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel, das die RAVE-Forschungsinitiative koordiniert. „Die RAVE-Initiative besteht aktuell aus 25 Einzelprojekten mit einem Gesamtbudget von 36 Mio. Euro, die sich in 15 wissenschaftliche Verbund-Forschungsprojekte und zwei übergeordnete Projekte mit Querschnittsaufgaben aufteilen. Das Gesamtkonsortium umfasst ca. 50 Institute und Firmen,“ unterstreicht Dr. Joachim Kutscher vom Projektträger Jülich die Bedeutung der Initiative, die er im Auftrag des Bundesumweltministeriums betreut. „Die Offshore-Windenergie erfordert eine breit angelegte Zusammenarbeit zu einer Vielzahl von Forschungsthemen. Schwerpunkte sind die Senkung der Kosten, Ertragssteigerungen und Erhöhung der Verfügbarkeit von Windenergieanlagen, Technologien zur Integration der Offshore-Windenergie ins Stromnetz sowie die ökologische Begleitforschung“, erläutert Projekteiter Dr. Bernhard Lange vom Fraunhofer IWES.

„Die Ansätze zur Nutzung der Windenergie auf hoher See sind viel versprechend und aussichtsreich. Dennoch müssen wir die Erkenntnisse aus der praktischen Umsetzung in die Forschung und Entwicklung zurückkoppeln, denn Technik muss weiterentwickelt werden. Nur wenn wir unsere Kreativität gemeinsam in einen ständigen Verbesserungsprozess dieser vergleichsweise noch jungen Technologie einbringen, lassen sich die hochgesteckten Ziele an Erträgen, Zuverlässigkeit und Kosten für „Strom vom Meer“ erreichen,“ erläutert Prof. Schmid.

Das Offshore Testfeld alpha ventus bietet dazu weltweit einmalige Möglichkeiten. Über 1200 Messungen werden den Forschen ein genaues Bild der Anlagen unter allen Bedingungen liefern. Alle Messdaten werden in einem zentralen Forschungsarchiv bereitgestellt. Kein Wunder, dass der Andrang der Wissenschaftler groß ist. Damit ist ein bisher in Deutschland und auch weltweit einmaliges nationales Netzwerk der Windenergieforschung entstanden, dass sich international u. a. mit der Europäischen Technologieplattform Windenergie, der Europäischen Windenergie Akademie (EAWE) und IEA-Aktivitäten vernetzt hat.

Auf sicheren Füßen stehen

Wer schon einmal bei Sturm am Strand oder auf Deck eines Schiffes stand, kann sich gut vorstellen, welchen Kräften die bis zu 1000 Tonnen schweren Windenergieanlagen in tobender See ausgesetzt sind. Im Offshore-Windpark alpha ventus werden je zur Hälfte zwei neu entwickelte Stahlfundamente eingesetzt. So genannte Tripods, einem gespreizten dreibeinigen Fuß, der auf dem Meeresgrund verankert wird und sogenannte Jacket-Fundamente, bei denen möglichst viele gleichartige Teile zum Einsatz kommen. Darüber hinaus untersucht das Projekt RAVE – Gründungen Effekte von Wind, Wellen und Betrieb auf das Fundament. Das Projekt RAVE – GIGAWIND will durch ein ganzheitliches Dimensionierungskonzept die Tragstrukturen weiter verbessern und zu einem wirtschaftlichen Massenprodukt entwickeln. Hauptschwerpunkt des RAVE – Projekts Geology ist die Erfassung und Bewertung der Sedimentdynamik und die Einschätzung der potenziellen Bodenverflüssigung des oberen Meeresbodens im Bereich der Anlagen (Kolkbildung) und im gesamten Windpark als verlässliche Basis für die Planung von Offshore-Konstruktionen.

Neue Technologien und Optimierungspotentiale erschließen

Bevor der Bau von Offshore-Windparks auf breiter Front beginnt, gilt es die Erfahrungen und Erkenntnisse aus der Planung, dem Aufbau und dem Betrieb des Testfeldes alpha ventus in die Weiterentwicklung und Optimierung der Technologie einzubringen. Für die Rotorblätter geschieht dies im Projekt RAVE – REpower Rotorbaltt, für die Wechselwirkungen im Gesamtsystem in RAVE – REpower Komponenten und für die Verbesserung ausgewählter Baugruppen in RAVE – Areva-Multibrid M5000 Optimierung.

Im Projekt RAVE – OWEA werden Schlüsselaspekte für einen zuverlässigen Entwurf und Betrieb von Offshore-Windenergieanlagen verifiziert. In RAVE – LIDAR werden der Einsatz moderner Windfeldmessverfahren (LIDAR – Light Detection and Ranging) an Offshore-Anlagen und mögliche Verbesserungen auf die Betriebsführung untersucht.
Letztlich wird das Monitoring-Projekt RAVE – Offshore WMEP wesentliche Betriebsdaten aufzeichnen und auswerten, um Punkte wie Einfluss der besonderen meteorologischen Bedingungen, Energieerträge bzw. Volllaststunden, Ausfallzeiten, Stromgestehungskosten, Verfügbarkeit, Instandhaltung und Netzanbindung bestimmen zu können.

Den Strom sicher an Land und zum Verbraucher bringen

Die Energie von Offshore-Windparks muss zunächst mit Seekabeln an Land geleitet werden. Darüber hinaus sind an Land leistungsstarke Verbindungen zu den großen Verbrauchszentren zu schaffen. Im Projekt RAVE – Netzintegration werden Strategien zur Integration von Offshore Windenergie in das deutschen Übertragungsnetz entwickelt, implementiert und demonstriert. Ziel ist es, Ausgleichsenergie und vorzuhaltende Regeleistung mit Hilfe von neu entwickelten Offshore-Windleistungsvorhersagesys¬temen unter Wahrung der hohen Verfügbarkeit und Sicherheit des Verbundnetzes zu reduzieren.

Mensch und Natur nicht aus den Augen verlieren

Ziel der ökologischen Begleitforschung im Projekt RAVE – Ökologie ist es, weitergehende Erkenntnisse der bau- und betriebsbedingten Auswirkungen auf die Meeresumwelt wie z.B. Benthos, Fische, Rastvögel, Zugvögel und marine Säugetiere zu gewinnen.
Im Projekt RAVE – Betriebsschall wird die Schallübertragung der verschiedenen Anlagen unter Wasser und unterschiedlichen Randbedingungen sowie die gesamte Schallbelastung für Meereslebewesen insbesondere Meeressäuger ermittelt. Das Projekt RAVE – Schallminderung untersucht die Reduktion von Baulärm während der Rammarbeiten durch das Einbringen von Luftblasenschleiern im Wasser.
Die Sicherheit von Windparks soll im Projekt RAVE – Sonar durch die technische Integration von Sonartranspondern in das Gesamtkonzept erhöht werden. Das Projekt RAVE – Akzeptanz untersucht die gesellschaftliche Zustimmung zur Offshore-Windenergie.

1200 Sensoren liefern kontinuierlich Daten für Forscher

Damit die Wissenschaftler der RAVE-Projekte ihre ambitionierten Forschungsziele erreichen können sind sie auf umfangreiche Messdaten angewiesen. Hierzu sind nicht nur in und an einem Teil der Offshore-Windenergieanlagen und Fundamenten spezielle Sensoren angebracht, sondern noch weitere diverse Messgeräte im Umfeld von alpha ventus sowie an den Umspannwerken auf See und an Land installiert. Hinzu kommen separate Beobachtungskampagnen der ökologischen Begleitforschung, z.B. von Schiffen und Flugzeugen. Insgesamt wurden von einem zentralen Messserviceprojekt für alle RAVE-Projekte über 1.200 Sensoren und Messgeräte geplant, montiert und gewartet. Zu diesen speziellen Messungen werden noch etwa 100 weitere, überwiegend meteorologische und ozeanographische Messdaten von der nur 400 m entfernten Forschungsplattform FINO1 in das RAVE-Datennetzwerk eingespeist. Zugang zu diesem weltweit einzigartigen Datenarchiv erhalten in einem speziellen Akkreditierungsverfahren nur registrierte Forscher der RAVE-Initiative.

Umweltorganisationen haben das EU-Parlament aufgefordert, bei der Neuregelung über industrielle Verschmutzung hohe Umweltstandards für die verwendete Technik einzuführen.

Viele Städte – hier Köln – versinken im gesundheitsgefährdenden Feinstaubnebel – (c) Thomas Max Müller / Pixelio

Anlass war das Ergebnis einer Studie, wonach Emissionen britischer Anlagen die Luftqualität in den Niederlanden stärker beeinflussen als die eigenen Anlagen vor Ort.

Die Studie wurde von der niederländischen Beraterfirma TNO im Auftrag der Niederländischen Gesellschaft für Natur und Umwelt (Natuur en Milieu) durchgeführt. Das Ergebnis: drei große britische Kraftwerke verursachen in ländlichen Regionen der Niederlande mehr Stickstoff, Schwefelsäure und Feinstaub als die elf niederländischen zusammen. TNO untersuchte die in den Niederlanden messbaren Emissionen des DRAX-Kraftwerkes in Selby, von Kingsnorth in Kent sowie das Aberthaw Kraftwerk in der Nähe von Cardiff.

Natuur en Milieu und das Europäische Umweltbüro (EEB) in Brüssel forderten das EU-Parlament auf, bei der Abstimmung über die neue Richtlinie über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU) Ende April gegen lasche Ausnahmeregelungen zu stimmen und Neuanlagen und bestehende Industrieanlagen auf den neuesten Umweltstandard zu bringen.

Die EU-Mitgliedstaaten müssten ihre Genehmigungspraxis für Industrieanlagen endlich auf ein einheitliches, hohes Umweltschutzniveau bringen. Das würde auch die grenzüberschreitende Umweltverschmutzung verringern. Wenn die beste verfügbare Technik in Großbritannien beachtet würde, so die Umweltverbände, wäre die Feinstaubbelastung in den Niederlanden deutlich geringer.

So können Fische leichter wandern, Betreiber von Wasserkraftwerken Kosten sparen und gleichzeitig etwas für den Naturschutz tun.

Wasserkraft soll die Natur künftig so wenig wie möglich beeinträchtigen – (c) BirgitH / Pixelio

Die Versuchsanstalt und Prüfstelle für Umwelttechnik und Wasserbau an der Universität Kassel hat eine neuartige Lockstrompumpenanlage entwickelt und patentieren lassen, die Fischen das Auffinden der Wanderhilfen an Wehren und Wasserkraftwerken erleichtert. Eine Pilotanlage ist seit Herbst 2009 auch im Kraftwerk Liebenau an der Diemel in Betrieb. Fische wie Barben, Brassen, Barsche oder Rotaugen wandern im Frühjahr zu ihren Laichplätzen flussaufwärts. Fernwanderfische, wie Meerforelle, Lachse oder Aale wandern in Ihrem Lebenslauf weite Strecken zwischen Flüssen und dem Meer. Wasserkraftwerke stellen dabei für sie ein unüberwindliches Hindernis dar. Deshalb werden für sie so genannte Fischpässe gebaut, künstliche Wasserläufe aus Steinen und Beton mit unterschiedlicher Architektur, die den Fischen den Aufstieg am Kraftwerk vorbei stromaufwärts erlauben.

Doch da gibt es einen Haken: Damit sich die Fische am Auslauf des Kraftwerks orientieren und den Einstieg zum Bypass finden, benötigen sie einen deutlich spürbaren Wasserstrom, um angelockt zu werden. Wird diese Menge oberhalb des Kraftwerks dem Fluss entzogen, um den Fischpass oder eine separate Lockstromleitung zu speisen und im Eingang des Aufstiegs die Fische anzulocken, so könne sich die Leistung des Wasserkraftwerks um bis zu zehn Prozent verringern, sagt der Ingenieur Dr. Reinhard Hassinger, Leiter der Versuchsanstalt. Ein hoher “Wasserverbrauch” für die Bypässe bringt für die Wasserkraftwerksbetreiber also Einbußen an erzeugtem Strom, die in die Millionen Euro gehen. Allein die öffentlichen und privaten Stromerzeuger betreiben rund 650 Wasserkraftwerke nur an Hessens Flüssen.

Mit einer hydraulischen Lockstrompumpe im Eingangsportal des Fischaufstiegs reduziert der Ingenieur den Wasserverlust für die Turbinen auf ein Minimum: Oberhalb des Kraftwerks werden durch eine Lockstromleitung nur etwa ein Fünftel bis ein Zehntel des benötigten Lockstroms dem Fluss entnommen und der Lockstromverstärkungspumpe unterhalb des Kraftwerks zugeführt. Der Strahl, der mit einer Düse herausgedrückt wird, verstärkt den Durchfluss des aus den Kraftwerksturbinen ablaufenden Wasserstroms genau dort, wo er gebraucht wird, am Eingang des Fischaufstiegs. Innerhalb des Fisch-Passes benötigten die Fische nämlich längst nicht so viel Wasser für den Aufstieg, wie in diesem Eingangsbereich, erläutert Dr. Hassinger. Das hat zur Folge, dass mit der Erfindung aus Kassel bei Kraftwerksneubauten die Fischpässe und Lockstromleitungen auch kleiner dimensioniert und somit kostengünstiger gebaut werden können.

Doch auch bei den vielen schon bestehenden Fischaufstiegsanlagen, die teilweise auch schon mit konventionell erzeugten Lockströmen arbeiten, sieht der Ingenieur ein großes Marktpotential. Denn zahlreiche dieser Anlagen seien in die Jahre gekommen und funktionierten kaum noch. Einen Anreiz für die Nachrüstung biete das Erneuerbare Energien-Gesetz (EEG), das für die Verbesserung bestehender Fischpässe oder die Installation eines neuen Fischaufstiegs ein Sonderentgelt von drei Cent pro erzeugter Kilowattstunde vorsieht.

Mit zwei Pilotprojekten will die Versuchsanstalt beweisen, dass sich die Lockstrompumpe in der Praxis bewährt. Eine Anlage wurde im Herbst vergangenen Jahres im Kraftwerk Liebenau an der Diemel bei Hofgeismar installiert. In diesem Jahr anstehende Untersuchungen an dieser Anlage werden vom Regierungspräsidium Kassel mit 32000 Euro finanziert. Ein weiteres Pilotprojekt an der Drau im österreichischen Villach läuft schon längere Zeit. Ein österreichischer Lizenznehmer der Kasseler Erfindung sei außerdem derzeit im Gespräch mit Investoren, die in der Schweiz die Fischwanderhilfen an neuen Wasserkraftwerken mit der neuartigen Lockstrompumpe ausrüsten wollen, sagt Dr. Hassinger.

Insgesamt fünf Verfahren zum umweltverträglicheren Auf- und Abstieg von Fischen an Wasserkraftwerken und Stauanlagen habe sich die Versuchsanstalt bereits patentieren lassen, berichtet Hassinger. Neben der Architektur eines Fisch-Passes, der zugleich von Kanu-Wanderern benutzt werden kann, gehört dazu auch die Entwicklung einer Fischsperre für Kraftwerksbauten, wie sie besonders häufig vorkommen: Das Kraftwerk nimmt dabei nicht die ganze Breite des Flusses ein, sondern nur einen Teil des Stroms. Mit einem Gatter aus Kunststoff verhindern die Kasseler Forscher, dass die Fische auf ihrer Wanderung in den Kraftwerkskanal einschwimmen und den Weg durch das ursprüngliche Mutterbett des Flusses wählen. Es sei angedacht, in der Fulda bei Fulda-Kämmerzell eine Pilotanlage zu bauen, sagt Dr. Hassinger.

Klimatisieren mit der Kraft der Sonne? Was zunächst paradox klingt ist aus technologischer Sicht heute machbar.

Sonnenenergie kann wärmen und kühlen. – (c) Rainer Sturm / Pixelio

Durch die Kombination von Solarthermie und Adsorptionstechnologie kann aus Wärme für die Kühlung von Gebäuden Kälte gewonnen werden. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU fördert jetzt einen breit angelegten Praxistest für solare Klimatisierungsanlagen. Die beteiligten Partner Solvis GmbH & Co. KG, SorTech AG, Fraunhofer ISE und die Hochschule Offenburg suchen hierfür interessierte Teilnehmer.

“Das Prinzip von solarbetriebenen Adsorptionskältemaschinen ist einfach und raffiniert zugleich”, erklärt Tomas Núñez, Projektleiter am Fraunhofer ISE. “Wie bei herkömmlichen Kältemaschinen wird Kälte durch Verdampfung eines Kältemittels erzeugt. Im Unterschied zur konventionellen Kältetechnik wird jedoch nicht Strom sondern Solarwärme als Antriebsenergie genutzt.” Und in Jahreszeiten mit hohem Klimatisierungsbedarf gibt es meist Sonne im Überfluss. Das nützt nicht nur der Solaranlage, deren Komponenten wie Speicher und Kollektoren besser ausgelastet sind, sondern auch der Umwelt. Gegenüber konventioneller Kältetechnik wird durch den Einsatz von solarbetriebenen Adsorptionskältemaschinen bis zu 80% Strom eingespart. Zudem werden keine klimaschädlichen Kältemittel, sondern nur reines Wasser zur Kälteerzeugung verwendet.

Dass das Prinzip der Solaren Kühlung marktreif ist, haben das Fraunhofer ISE, das sich seit vielen Jahren mit dieser Technologie befasst, und seine Projektpartner bereits in verschiedenen Demonstrationsanwendungen bewiesen. Anlagen in ganz Europa klimatisieren u.a. Verkaufsräume, Büros, Betriebskantinen oder Schulungsräume.

Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE selbst kühlt z. B. seit 2007 eine Adsorptionskältemaschine der Firma SorTech AG Kantine und Küche über die Zuluft. Die Kältemaschine wird von einer 22 m² großen Kollektorfläche – mit Hochleistungsflachkollektoren der Firma Solvis GmbH & Co. KG – angetrieben. Im sommerlichen Betrieb dient die Wärme aus der Solaranlage zum Antrieb der Adsorptionskältemaschine. Die beim Kühlungsprozess entstehende Abwärme wird über Sonden an das Erdreich abgegeben. Reicht die Solarstrahlung einmal nicht aus, stellt das Heiznetz zusätzliche Antriebswärme bereit, um den Kühlbetrieb aufrecht zu erhalten. Im winterlichen Betrieb wird die Wärme aus den Erdreichsonden mit Hilfe der Adsorptionsmaschine – die nun als Wärmepumpe fungiert – auf das für Heizzwecke erforderliche Temperaturniveau gebracht. Den Antrieb der Kältemaschine übernimmt nun das Heiznetz. Dabei erreicht die Wärmepumpe einen thermischen COP (Coefficient of Performance) von bis zu 1,5. Der Wirkungsgrad der Wärmequelle wird so um bis zu 50 % erhöht.

In einem Verbundprojekt, gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), den Partnern Fraunhofer ISE, Hochschule Offenburg, SorTech AG und Solvis GmbH & Co. KG sollen zehn Anlagen zur solaren Kühlung im Leistungsbereich 5-30 kW installiert und mit Messtechnik versehen werden. Privathaushalte und Unternehmen, die an einer Teilnahme an diesem breit angelegten Praxistest interessiert sind, können sich unter dem u. g. Kontakt melden. “Das Bedarfsprofil ist nicht festgelegt und kann sowohl dem eines Wohn- als auch Bürogebäudes entsprechen. Im Zuge des Projekts wird jede Anlage individuell ausgelegt, dimensioniert und mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet”, erläutert Walter Mittelbach, Geschäftsführer der SorTech AG. Die eingesetzten Komponenten sind hochwertige Produkte der Firmen Solvis GmbH & Co. KG für die Solar- und Systemtechnik und SorTech AG für die thermisch angetriebene Kältetechnik.

Für Teilnehmer ergeben sich folgende Vorteile: Neben einem Preisnachlass von 20 Prozent auf die Anlagen profitieren sie von einer kostenlosen, regelmäßigen Überprüfung und Wartung des Systems sowie von einer kostenlosen, messtechnischen Überwachung und Auswertung des Betriebs durch die Hochschule Offenburg und das Fraunhofer ISE. “Der Kunde erhält eine komplette Systemlösung – angepasst an seine individuellen Bedürfnisse – bis zum Abschluss des Projekts im Dezember 2012″, beschreibt Ralf Kynast von der Solvis GmbH & Co. KG den Grundgedanken des Projekts.

Auch die Uni Kassel forscht an einer Sorptionsanlage mit Sonnenenergie. Diese ist in der Lage, die Raumtemperatur um 10 Grad anzuheben. Die Kasseler Anlage hat jedoch noch keine Marktreife erlangt.