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Dürremanagement an der Dreisam

Im Einzugsgebiet der Dreisam, wie in vielen anderen Gebieten Deutschlands, kommt es bei Dürreereignissen zu negativen Auswirkungen. Diese Auswirkungen betreffen eine Vielfalt an sozioökonomischen und ökologischen Systemen. Typische betroffene Sektoren im Untersuchungsgebiet sind dabei Land- und Forstwirtschaft, Energiegewinnung, öffentliche Wasserversorgung sowie aquatische Ökosysteme. Verschiedene Szenarien prognostizieren eine Zunahme und Intensivierung von Dürreereignissen, und somit auch ihrer Auswirkungen. Aufgrund der Komplexität analysiert das Vorhaben unterschiedliche Fragestellungen im für die Dreisam relevanten kleinskaligen Maßstab. Inhaltliche Fragen sind unter anderem: Wie kann die bestehende Messinfrastruktur verbessert und erweitert werden? Welche Risiken bestehen und welche Maßnahmen der Landnutzung haben diese wie beeinflusst? Welche kurz-und langfristigen Maßnahmen können die Bevölkerung aktiv in den Prozess des Dürremanagements einbinden? Wie lässt sich ein nachhaltiges, beschlussfähiges Dürremanagement im Einzugsgebiet umsetzen? Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einen partizipativen Ansatz zum Dürremanagement für mesoskaligen Einzugsgebiete am Beispiel der Dreisam, um so Antworten auf die Fragen liefern zu können.

Erste Antworten für all diese Fragestellungen und weitere Informationen zu dem Projekt Dürremanagement an der Dreisam finden sich auf der extra für Projekte eingerichteten Webseite der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Neben dem Projekt Dürremanagement an der Dreisam sind dort noch weitere „Drought“ (Dürre) Projekte des Lehrstuhls für Umwelthydrosysteme zu finden.

Projektdaten

Projektnummer 2019-09
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Professur für Umwelthydrosysteme Fakultät für Umwelt und natürliche Ressourcen Universität Freiburg
Laufzeit 01.10.2019 - 30.09.2022
Zuschuss 137.632€

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

ARTHYMES Archaea Transform Hydrogen to Methane for Energy Storage
Offenburg

Methanisierung von Wasserstoff als Speicher für Überschussenergie

Wind- und Sonnenenergie stellen einen wachsenden Anteil am deutschen Strommarkt. Beide Energiequellen sind jedoch stark wetterabhängig, so dass die Einspeisung ins Stromnetz zwischen Überschüssen und Unterversorgung schwankt. Stromspeicher können diese Schwankungen ausgleichen, sind aber noch nicht flächendeckend vorhanden. Bisher kamen vor allem Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz, die aber allein den Speicherbedarf nicht decken können. Auch Elektroautos, zeigt ein vorheriges Innovationsfondsprojekt, eignen sich prinzipiell als Speicher für überschüssige Energie. Angesichts ihres nur langsam wachsenden Marktanteils sind auch sie bisher nicht als Stromspeicher im großen Maßstab geeignet. Das Erdgasnetz hingegen bietet eine Speicherkapazität von 200 TWh, ein Vielfaches der momentan benötigten etwa 15 TWh. Um elektrische Energie ins Gasnetz einzuspeisen, wird diese genutzt, um in einem elektrolytischen Prozess zuerst aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Anschließend wird der Wasserstoff biologisch in Methan umgewandelt. Diese Technik ist jedoch bisher nur im Labormaßstab erprobt; die einzelnen Faktoren und beteiligten Mikroorganismen sind noch kaum erforscht. Das Projekt der Hochschule Offenburg untersuchte diesen Prozess der biologischen Methanisierung ausführlich und analysierte, inwiefern sich Wasserstoff als Cosubstrat für Biogasanlagen eignet. Biogas entsteht in einer anaeroben Fütterungskette, in der sich aus Substrat – also Energiepflanzen, Grünschnitt oder Abfallstoffen – zuerst Kohlendioxid und Wasserstoff und schließlich Methan bildet. Rohbiogas enthält allerdings immer noch 30 bis 50 Prozent CO2, das aufwändig ausgefiltert werden muss, bevor das Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Durch Zugabe von zusätzlichem Wasserstoff aus Überschussstrom zum Gärprozess kann auch das restliche CO2 zu Methan umgewandelt werden. Um dieses bisher nur im Labormaßstab erprobtes Verfahren der in situ-Methanisierung zu optimieren, erforschten die Offenburger Wissenschaftler verschiedene Verfahren, um den Wasserstoff in den Vergasungsprozess einzuschleusen, so dass er optimal durch die beteiligten Mikroorganismen, den Archaeen, verwertet wird, ohne diese zu beschädigen. Mit ihren weitreichenden Erfahrungen in der Biogasforschung analysierten die Forscher der Hochschule verfahrenstechnische, mikrobiologische, chemische und physikalische Aspekte der Methanisierung. Die Hochschule setzt sich hierbei die Entwicklung eines Moduls zum Ziel, dass nach Maßstabsübertrag in etwas 7000 deutschen Biogasanlagen integriert werden könnte. Das Projekt trägt so zur Lösung zweier Problemfelder bei: Zum einen bietet es große Speicherkapazitäten für Überschussenergie, zum anderen macht es Biogasanlagen ökologisch und ökonomisch effizienter, indem es den Substratbedarf reduziert. Weil das mit Methan behandelte Biogas kaum noch CO2 enthält, entfällt auch die aufwändige Aufbereitung, bevor das Gas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Durch Einbringen von Wasserstoff über blasenfreie Membranbegasung in Biogasanlagen kann ohne pH-Regulation die Methankonzentration im Rohbiogas auf 80-90 % gesteigert werden. Dabei steigt der pH-Wert an, wird aber noch von der Mikrobiologie toleriert. Die Wasserstoffkonzentration im Produktgas liegt bei wenigen Prozent. Der eingespeiste Wasserstoff wird nahezu vollständig umgesetzt. Methankonzentrationen von nahezu 100 % werden ohne pH-Regulation nur temporär erreicht, da der durch den CO2-Verbrauch auftretende extreme pH-Wert zu Schädigungen der Mikrobiologie führt. Ein Langzeitbetrieb mit solch hohen Methankonzentrationen ist jedoch bei pH-Regulation/Pufferung denkbar. Neben hochgasdurchlässigen, relativ teuren Membranen scheinen unter Berücksichtigung der Grenzwerte für die blasenfreie Begasung auch preisgünstigere Membranmaterialien geeignet zu sein. Die im Projekt getesteten Membranen zeigten kaum Biofilmbildung, so dass sie bei ausreichender Stabilität vermutlich auch längerfristig eingesetzt werden können.

Bioenergiedorf Hägelberg
Steinen-Hägelberg

Bioenergiedorf Hägelberg

Seit 2006 mit Jühnde bei Göttingen bundesweit das erste Bioenergiedorf an den Start ging, sind etliche andere Gemeinden dem Beispiel gefolgt. Dass eine Bürgerinitiative in Eigeninitiative auf regionale und regenerative Energiequellen umstellt, ist jedoch bisher einzigartig. In Hägelberg, einem Ortsteil von Steinen, gründete sich zu diesem Zweck die Interessengemeinschaft Energie aus Bürgerhand. Die Vorteile beim Projekt Bioenergiedorf liegen auf der Hand: Die Wärme zentral aus regionaler Biomasse zu erzeugen, macht unabhängig von fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas und verkürzt die Transportwege. Gleichzeitig stärkt es die regionale Wirtschaft, wenn heimische Unternehmen Biomasse produzieren, Biogas- oder Solaranlagen liefern und installieren oder die komplexe Logistik organisieren. Gerade in ländlichen Gegenden, aus denen junge, qualifizierte Arbeitskräfte oft in die Stadt abwandern, entstehen so Arbeitsplätze. Regionale Rohstoffe wie Holz oder Reststoffe wie Grünschnitt zu nutzen, erhält außerdem die von Land- und Holzwirtschaft geprägte Schwarzwaldlandschaft. Hägelberg, das hat das Interdisziplinäre Zentrum für nachhaltige Entwicklung (IZNE) der Universität Göttingen bestätigt, eignet sich bestens dafür, Bioenergiedorf zu werden: Die waldreiche Umgebung versorgt die Gemeinde mit Pellets oder Hackschnitzeln aus Restholz. Biomasse wie Gülle, Mist oder Pflanzen können auch die landwirtschaftlichen Betriebe liefern. Gleichzeitig liegt die Gemeinde am südlichen Rande des Schwarzwalds, so dass bereits viele Dächer mit Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen ausgestattet sind. Auch die Größe ist mit 750 Einwohnern ist ideal um das geplante Wärmenetz aufzubauen. Zu Beginn des Projektes evaluieren Experten, wie viel Energie Hägelberg überhaupt benötigt, wie groß das Potential an Biomasse ist und welche Kosten dabei für die Bürger entstehen. Aus diesen Daten entsteht ein Konzept für die zukünftige Energieversorgung des Ortes aus Biomasse. Basis dafür soll eine Biogasanlage werden, dessen Gas ein Blockheizkraftwerk (BHKW) in Strom und Wärme umwandelt. Die Wärme speist die eigens gegründete Betreiberfirma in die Nahwärmeleitungen ein, den über das Erneuerbare Energien-Gesetz vergüteten Strom ins Stromnetz. Während der Heizperiode unterstützt ein Holzhackschnitzelheizwerk das BHKW, notfalls kann auch ein Reservekessel Wärme liefern. Das Beispiel Hägelberg zeigt, dass das Projekt Bioenergiedorf über energiewirtschaftliche Aspekte hinausreicht. Die Bürgerinitiative vernetzt die Gemeinde auch sozial und stärkt das Engagement der Bürger für ihre Gemeinschaft. Gerade für kleine Gemeinden eröffnen sich hier Potentiale, die sowohl die Energieversorgung als auch die wirtschaftliche und soziale Entwicklung berühren. Mehr Informationen bei der IG Energie aus Bürgerhand .

Das KI-BHKW – Datenorientierter Service für intelligent & vorausschauend gesteuerte BHKW
Freiburg

Das KI-BHKW

„Wie stiftet man Mehrwert durch mehr Werte?“ Für das Energiesystem der Zukunft sind traditionelle Ansätze der Wärmebedarfsprognose zu überdenken. In einem gemeinsamen Innovationsprojekt nutzen E-MAKS und NEXT Data Service unter anderem die Daten fernauslesbarer Verbrauchszähler, um mit intelligenten Algorithmen den Einsatz von Blockheizkraftwerken zu optimieren. Das Ökosystem der Wärmebereitstellung wandelt sich hin zu dezentralen Energiezellstrukturen. Dabei rücken Kleinstanlagen und Quartierskonzepte gekoppelt mit Direktvermarktungsmechanismen in den Fokus. Diese zukunftsfähigen Konzepte erfordern sehr viel mehr Flexibilität und Individualität. Damit steigt die Komplexität für Wärmebedarfsprognose und -beschaffung und für den Betrieb der Anlagen im wirtschaftlichen Optimum. In der Konsequenz sind diese neuen Ansätze noch nicht wirtschaftlich. Gemeinsam mit der NEXT Data Service AG widmet sich die E-MAKS GmbH & Co. KG dieser Herausforderung. Die Unternehmen untersuchen gemeinsam die Realisierbarkeit von datengetriebenen Dienstleistungen und entsprechenden Geschäftsmodellen. Dazu entwickeln sie technologische Werkzeuge und intelligente Algorithmen, die sich insbesondere die seit Neustem sehr viel höhere Granularität von Verbrauchsdaten zu Nutze machen. Mit dem Projekt bewerten die Partner die Machbarkeit und Nutzen datengetriebener maschineller Lernverfahren. Diese Verfahren realisieren eine kurzfristige Prognose von Wärmebedarfen für Blockheizkraftwerke (BHKW). Sie werden dabei sowohl Erlöse aus der Stromproduktion als auch die Dynamik der technischen Seite berücksichtigen und Störgrößen, wie z.B. den Einsatz von Pufferspeichern oder unterschiedlichen Verbrauchsszenarien bewerten. Die Partner sind sich sicher: Mit der Nutzung der zunehmend verfügbaren Daten erschließen Akteure in der Energiewirtschaft Datenpotenziale, mit denen sie sich erfolgreich vom Wettbewerb absetzen. Das Vorhaben „ DaS KI BHKW – Datenorientierter Service für KI-gestützte BHKW-Fahrweise “ wird durch den Innovationsfond Klima- und Wasserschutz der badenova gefördert. Dem Projektantrag ist dabei ein intensiver Dialog von NEXT und E-MAKS mit den verbundenen Unternehmen badenova Wärmeplus, Syneco und badenova vorausgegangen. Im Rahmen von „Data Service Ideation Workshops“ diskutierten die Partner die Fragestellung, wie neue Geschäftsmodelle für Data Driven Services auf Basis vorhandener Daten innoviert werden können. Die identifizierten Service-Ideen wurden priorisiert und diese Projektidee für die erste Machbarkeitsprüfung ausgewählt. Basierend auf der Methodik der NEXT wird im Projekt nun innerhalb eines halben Jahres ein sogenannter MVP (minimal viable product) umgesetzt, der mit minimalen Mitteln einen Machbarkeitsnachweis für den gewinnbringenden Einsatz der Daten liefern soll. Untersucht wird auch mit welcher Granularität und durch welche Kombination unterschiedlicher Datensätze eine Optimierung hervorgerufen werden kann. Mit dem agilen Projektmanagement-Ansatz wird das Projekt in kleinen Iterationszyklen und kontinuierlicher Rückkopplung vorangetrieben. Damit werden Projektrisiken früh erkannt und eine flexible Nachsteuerung ermöglicht. Zusätzlich spiegelt das Projektteam monatlich im Management den Fortschritt und entscheidet hier über vorzeitigen Abbruch wegen Zielverfehlung oder Fortsetzung. Das Vorgehen erlaubt einen ressourcenoptimierte Machbarkeitsstudie auf deren Basis über die Skalierung und Weiterentwicklung des Ansatzes entschieden werden kann. Wie ein Wärmenetz optimiert werden kann, damit unterschiedliche dezentrale Wärmeerzeuger möglichst effizient zusammenspielen, wird auch im Zusammenschluss des Wärmenetz Kehl pilothaft umgesetzt, einem anderen ebenfalls vom Innnovationsfonds geförderten Projekt.