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Geothermie

weitere Buchkapitel

Kapitel 1. Grenzen des Wachstums

Der Klimawandel als Folge menschlichen Fehlverhaltens von Produktion und Konsumtion ist weltweit und für jedermann an großflächigen Umweltzerstörungen spürbar. Die Verwüstung landwirtschaftlicher Nutzflächen, das Abschmelzen der Eisgletscher an den Polkappen oder in den Hochgebirgen, das Absterben der Wälder und nicht zuletzt die Erwärmung der Erdatmosphäre bilden markante Zeichen dafür, dass der Mensch das zerstört, von dem er seit vielen Tausend Jahren gelebt hat und zukünftige Generationen leben müssen. Ein Schritt, den Klimaveränderungen Einhalt zu gebieten, besteht in der Reduzierung der CO2-Emissionen, vor allem in der Einstellung der Verstromung fossiler Energieträger aus Braun- und Steinkohle.

Bernhard Adler, Martin Dykstra, Michael Winterstein

10. Wärmelehre

Hier werden die Begriffe Temperatur und Wärmemenge definiert. Phasenübergänge fest-flüssig-gasförmig und die dabei notwendigen Wärmemengen werden erläutert und die verschiedenen Arten des Wärmetransportes diskutiert. Die Frage der Temperaturmessung und die dazu optimalen Messgeräte wird behandelt. Die Hauptsätze der Thermodynamik und ihre Folgerungen für die Energie-Umwandlung von thermischer in mechanische oder elektrische Energie werden am Beispiel des Carnot-Prozesses erläutert und die Unmöglichkeit eines Perpetuum-Mobiles begründet. Als ein wichtiger Teil der realen Thermodynamik wird die Physik der Verdampfung von Flüssigkeiten und ihre Kondensation behandelt und technischen Verfahren zur Verflüssigung von Gasen vorgestellt. Zum Schluss wird als Anwendungsbeispiele die technische Realisierung verschiedener Energie-Umwandlungs-Methoden diskutiert und an Hand von Abbildungen illustriert.

Wolfgang Demtröder

Kapitel 2. Idee, Ziele und Herausforderungen der deutschen Energiewende

Die Energieversorgung Deutschlands befindet sich in einem beschleunigten Strukturwandel (Energiewende-Transformation). Dies bringt einige Governance-Herausforderungen mit sich, die sich insbesondere aus dem weitgehenden Umstieg auf regenerative Energieträger und einer beträchtlichen Steigerung der Energieeffizienz ergeben. Mit dem Ausstieg aus der Kernenergie und der Kohleverstromung steigen nicht nur die Anforderungen an das System der Stromversorgung, sondern es stellen sich auch wichtige Fragen bzgl. der problemgerechten politischen Steuerung dieser Prozesse.

Thomas Göllinger

Kapitel 29. Aspekte nachhaltigen Wirtschaftens im Mittelstand am Beispiel MANN & SCHRÖDER COSMETICS

Jedes produzierende Unternehmen verursacht CO2-Emissionen, ganz gleich, welche Größe es hat oder wie nachhaltig und sparsam es wirtschaftet. Als mittelständisches Familienunternehmen im Haar- und Körperpflegebereich befasst sich MANN & SCHRÖDER COSMETICS aus Siegelsbach bereits seit einigen Jahren intensiv mit dem Thema „CO2-Reduktion und Ausgleich“ bei der Herstellung seiner Produkte. Denn umweltfreundliches Verhalten ist auch bei den Konsumenten zu einem immer bedeutenderen Kriterium bei der Entscheidung für ein Unternehmen und der Verwendung dessen Produkte geworden.

Jan Englert, Angelina Straub

Kapitel 4. Managementkonzeption „Triple R-Supply Chains“

Auf Basis der Problemanalyse wird in diesem Kapitel ein Managementrahmen samt spezifischer Maßnahmen für resiliente Lieferketten entworfen. „3R“ oder „Triple R“ steht dabei für die dreifache Resilienz, in drei Kernfunktionen (Make, Buy, Deliver) sowie über drei Umsetzungsperspektiven (strategisch, taktisch, operativ).

Florian C. Kleemann, Ronja Frühbeis

Kapitel 2. Unterschiedliche Akteure, Marktrollen und ihre Bedeutung

Energiepolitik ist Teil jeder Handlungsebene der Politik. Sie kann sowohl auf internationaler als auch auf nationaler Ebene vorangetrieben werden. Dabei beschränkt sich dieses Buch auf den nationalen und europäischen Gesetzgeber.

Marcel Linnemann

Kapitel 1. Abriss der Entwicklung des Energiemarkts

Die Anfänge der Elektrizitätswirtschaft liegen in der Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Entdeckung des Dynamo-Prinzips von Werner von Siemens, womit sich erstmals in großem Umfang Elektrizität erzeugen ließ. Allerdings starteten die kommerzielle Nutzung und Erzeugung von elektrischer Energie erst später. Wer Strom benötigte, musste ihn selbst erzeugen, indem er einen Dynamo mit einer Dampfmaschine oder einem Wasserrad koppelte.

Marcel Linnemann

Kapitel 2. Aspekte der Dezentralität

Eine dezentrale Energieversorgung ist zunächst unabhängig von der Wahl des Energieträgers. Vielmehr spielen Aspekte der verbrauchernahen, in der Fläche verteilten Bereitstellung von Energie – namentlich Elektrizität, Wärme und Kraftstoffe – die maßgebliche Rolle. Siedlungsräume entstanden bevorzugt dort, wo natürliche Ressourcen und technologische Entwicklung eine Versorgung sicherstellten. Die Vernetzung und ein Energiemix machen weniger abhängig von einzelnen Einflüssen wie der Witterung oder dem Ausfall von Erzeugern. Dabei hilft der zeitliche und räumliche Ausgleich durch den Netzbetrieb, insbesondere auch bei einer Erzeugung aus fluktuierenden Energieträgern. Die weiter unten folgenden Abschnitte (Abschn. 2.2 und 2.3) werden die technischen Details hierzu aufzeigen. Zunächst sollen jedoch soziale und ökonomische Aspekte betrachtet werden. Die Dezentralität von Infrastrukturen führt zu einer breiten Palette an sozialen und ökonomischen Auswirkungen, Auswirkungen, ohne deren Berücksichtigung viele Diskussionen über regenerative Energien nicht verstanden werden können.

Christian Synwoldt

Kapitel 1. Technologien

Der Übergang zu einer regenerativen Energieversorgung entspringt keineswegs einer ökologisch-romantischen Vorstellung, sondern ist von sachlichen Notwendigkeiten geprägt. Interessanterweise gehen technische und soziale Aspekte dabei Hand in Hand: Das Ausbeuten endlicher Vorräte an Energieträgern führt zwangsläufig zur Anreicherung von Abgasen in der Atmosphäre und nichtflüchtigen Abfallstoffen im Meer. Beide Vorgänge finden langsam und schleichend statt, sodass sie nach menschlichem Empfinden kaum wahrzunehmen sind. Auch die Folgen für Klima und Landnutzung, Nahrungsketten und Gesundheit sind nur auf langen Zeitskalen zu beobachten. Doch gerade das schleichende Fortschreiten birgt die Gefahr, dass die an sich bekannten Bedrohungen gegenüber der Tagespolitik und kurzatmigen Schlagzeilen ins Hintertreffen geraten. Am Beispiel der Energieklippe (Abschn. 2.2.4) wird deutlich, wie ein allmählicher Prozess abrupt in eine Katastrophe münden kann – technisch wie sozial:

Christian Synwoldt

Kapitel 3. Strommarkt

Bis zur Novellierung des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) im Jahr 1998 war die Elektrizitätswirtschaft in Deutschland durch vertikal integrierte Monopolunternehmen gekennzeichnet. Dabei obliegen die Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung einem Anbieter. Hieraus resultierenden organisatorischen Vorteilen stehen mögliche Ineffizienzen und Wettbewerbsnachteile gegenüber. Im Zuge der Liberalisierung konnten jedoch nur bedingt Vorteile erreicht werden.

Christian Synwoldt

Open Access

Good Governance and the Regulation of the District Heating Market

This chapter discusses how the fundamental values of energy democracy and energy justice and the principles of good governance can play a role in developing a more consistent approach towards the regulation of the energy sector and, more in particular, in dealing with the challenges of regulating the heat transition in the Netherlands in a just way. Energy justice and energy democracy are energy specific concepts that are gaining influence when interpreting and applying the principles of good governance in the energy sector. Both concepts are based on the awareness that the energy transition is a matter for all citizens of the European Union and should not be ignored by policymakers and independent regulators. The heat transition in the Netherlands significantly impacts the position of consumers, prosumers and vulnerable customers, as an ever-larger group of consumers will be disconnected from the gas grid and will be connected to heat networks. Energy democracy and energy justice and the principles of good governance are important values that should guide policy-makers in making choices that affect consumer participation and the protection of vulnerable customers in the heat transition. It is elaborated how energy democracy and energy justice and the principles of good governance indeed can provide a useful framework within which advantages and disadvantages can be weighed of regulatory choices to be made when modernising the regulation of the heat market in a just way. In particular, there remains a lot to gain in terms of flexible regulation and supervision as well as the facilitation of consumer/prosumer participation in the Netherlands. Because it is likely that most heat consumers will remain locked in for a relatively long time in natural monopolies facilitated by older generation heat networks and the lack of alternative heating, substantive consumer-participation could yield positive results regarding community engagement in heat network management and heat supply.

Saskia Lavrijssen, Blanka Vitéz

6. Antriebe

In den über 100 Jahren des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen hat sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler und einer Anfahr-/Schaltkupplung als bevorzugtes Antriebskonzept durchgesetzt und behauptet. Im Spannungsfeld zwischen immer strikteren Emissionsgrenzwerten und steigenden Anforderungen bezüglich des Treibhausgasausstoßes findet aktuell allerdings wieder eine Diversifizierung des Antriebsstranges statt. Moderne Hubkolbenmotor-Technik für Otto- und Dieselmotoren prägen neben der Elektromobilität, den Hybridfahrzeugen und den Brennstoffzellenvarianten die absehbare Zukunft. Verbrennungsmotoren bilden für viele Fahrzeugmodelle noch längerfristig die Basis der Antriebsenergie, beinhalten sie doch noch immer, auch mittels alternativer Kraftstoffe, deutliche Entwicklungspotenziale. Abgasnachbehandlung, Aufladung und Optimierung der Nebenaggregate sind weitere wichtige Themen. Die Getriebevarianten werden immer zahlreicher, wie die Beispiele Doppelkupplungsgetriebe oder Allradantriebskonzepte zeigen. Für den Übergang in die fernere Zukunft zeichnet sich ein Wettkampf zwischen Elektroantrieben mit Energiespeichern und der Brennstoffzellentechnologie ab.

Dr.-Ing. Henning Baumgarten, Dr.-Ing. Marius Böhmer, Dipl.-Ing. Michael Hinz, Dr.-Ing. Martin Nijs, Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger, Dipl.-Ing. Mike Souren, Dr. Matthias Thewes, Bernd Lindemann, Thomas Flecke, Axel König, Dr. Joschka Schaub, Dr. Markus Schönen, Dr.-Ing. Dominik Lückmann, Dr. Dennis Bönnen, Dipl.-Ing. Emmanuel Jean, Markus Huber, Dr. Klaas Kunze, Prof. Jakob Andert, Dr. Andreas Krings, René Scheer, Konstantin Etzold, Marc Klawitter, Dr. Michael Stapelbroek, Dr. rer.-nat. Jörg Kaiser, M.Sc. Mehdi Hosseininasab, M. Sc. Alexander Sauer, Prof. Rick W. De Doncker, Jochen Henn, Dipl.-Ing. (FH) Peter Antony, Christoph Schildhauer, Dr. Andreas Haag, Dr. Christian H. Mohrdieck, Dr.-Ing. (FH) Uwe Sontheimer, Dr.-Ing. Gerhard Gumpoltsberger, Dr. Jürgen Greiner, Dr. sc. techn. Alexander Bartha, Peter Frey, Dr.-Ing. Robert Plank, Berthold Krautkrämer, Reinhart Malik, Dr. Peter Solfrank, Ing. Hermann Pecnik, Dipl.-Ing. Heribert Lanzer, Georg Eichner, Gerhard Kurz, Dr.-Ing. Bastian Lehrheuer, Benedikt Heuser, Prof. Dr. Helmut Eichlseder

2. Methodik und Modellaufbau zur Sektorenkopplung im Gesamtenergiesystem (GES)

Eine methodische Herangehensweise an die Planung erfordert die Abbildung der Planungsaufgabe auf der Modellebene. Damit lassen sich die Konzepte mathematisch beschreiben und in einem Simulationspfad überprüfen. Zu diesem Zweck wird in diesem Kapitel zunächst ein Energie-Hub-Modell vorgestellt. Dieses ermöglicht die systematische Beschreibung der multimedialen Energiesysteme auf verschiedenen Ebenen. Wie eine solche Beschreibung entwickelt werden kann, wird anhand eines Beispiels erläutert. Im Folgenden wird das Vorgehen bei der konzeptionellen Planung von Energiesystemen erläutert und mit Beispielen aus der europäischen Ebene illustriert. Zahlreiche andere Beispiel sowie ein Überblick über die gängigen Optimierungsmethoden, wie szenarienorientierte Planung, dynamische oder lineare Programmierung, vervollständigen das diskutierte Planungsproblem.

Przemyslaw Komarnicki, Michael Kranhold, Zbigniew A. Styczynski

1. Einführung – klimapolitische Ziele der nachhaltigen Energieversorgung

Der Einsatz von mechanischer und dann elektrischer Energie bei der Produktion von Gütern hatte einen erheblichen Einfluss auf den Lebenskomfort der Menschen. Die Lebenserwartung ist seit Beginn des 20. Jahrhunderts erheblich gestiegen und mit ihr die Zahl der auf der Erde lebenden Personen. Es gibt jedoch weiterhin erhebliche Unterschiede im Pro-Kopf-Energieverbrauch zwischen Industrie- und Entwicklungsländern, was zu einem immer noch hohen Anstieg an Treibhausgasemissionen führt. In diesem Kapitel werden auf der Grundlage einer Ist-Analyse die Szenarien zukünftiger Entwicklung des Energieverbrauchs vorgestellt und diskutiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der nachhaltigen Entwicklung des gesamten Energiesystems der Zukunft. Ausgehend von den Beispielen aus Deutschland, wo die Energiewende seit 30 Jahren vorangetrieben wird, und aus der EU werden die möglichen Entwicklungen bis 2050 skizziert und ausführlich diskutiert. Die nationalen und internationalen Pläne gehen davon aus, dass die Emissionen deutlich reduziert werden müssen, um den Klimawandel abzuschwächen. In diesem Zusammenhang ist bis zum Jahr 2050 ein emissionsfreies Energiesystem erforderlich. Die möglichen Wege dorthin werden in diesem Kapitel skizziert. Die erfolgreiche Umsetzung der Sektorenkopplung wird bei der Erreichung dieser Ziele eine wichtige Rolle spielen.

Przemyslaw Komarnicki, Michael Kranhold, Zbigniew A. Styczynski

19. Klima und Entwicklung

Der bisher erreichte wirtschaftliche und soziale Fortschritt von Entwicklungsländern steht in seiner Fortsetzung unter dem Fragezeichen sich verschlechternder Umweltbedingungen weltweit und in den Entwicklungsregionen selbst. Hierunter versteht man eine ganze Reihe krisenhafter Phänomene, in erster Linie den globalen Klimawandel und seine wirtschaftlichen Konsequenzen, damit verbunden auch zunehmende Luftverschmutzung und Wasserknappheit in etlichen Großregionen der Dritten Welt. Dazu treten die zunehmende Erschöpfung wichtiger Energie- und Rohstoffreserven, fortschreitende Entwaldung, der Rückgang der Artenvielfalt, der natürlichen Riffe und Biosphären. Vielfach wurde schon zu berechnen versucht, um wie viel das wirtschaftliche Wachstum korrigiert werden müsste, wenn diese Faktoren berücksichtigt würden, mit relativ deprimierendem Ergebnis. So würde allein der Anstieg der Erderwärmung im zu erwartenden Maß das globale Bruttoinlandsprodukt um bis zu sechs Prozent mindern, in den am stärksten betroffenen Regionen um deutlich mehr (World Bank 2013; Revesz et al. 2014). Die genannten wirtschaftlichen Fortschritte weltweit und insbesondere auch mancher schnell wachsenden Entwicklungsländer werden also auch durch die Ausbeutung der natürlichen Ressourcen erkauft.

Joachim Betz

Kapitel 4. Westliche Theorien und Chinas Energiepolitik

Viele Länder der Welt stehen derzeit unter dem Druck der Energiewende, die sich aus verschiedenen Aspekten wie Energieversorgungssicherheit, Umweltschutz, Beschränkung der globalen Erwärmung, nachhaltiger wirtschaftlicher Entwicklung und sozialer Akzeptanz ergibt. Um untersuchen zu können, ob sich die Energie-Governance in China, insbesondere in der Provinz Shandong, von der in anderen Ländern unterscheidet, was die Manifestation des China-Modells im Bereich der Umwelt- und Energie-Governance bedeuten würde, ist es erforderlich, zunächst die in den westlichen Industrieländern am weitesten verbreiteten Theorien der Energie- und Umweltpolitik darzustellen, die dort ihren Ursprung haben und die die ökologische Modernisierung in diesen Ländern prägen.

Jingxue Chen

Kapitel 5. Fallstudie: Shandongs Energie-Governance-Modell

Shandong ist innerhalb Chinas eine Provinz mit einem hohen Energie- und Ressourcenverbrauch. Die auf Kohle beruhende Energiestruktur und der hohe Energieverbrauch haben zu einem Engpass geführt, der die wirtschaftliche und soziale Entwicklung Shandongs einschränkt. Obwohl im Jahr 2018 das BIP Shandongs zu den drei höchsten in China gehörte, besteht darin ein erheblicher Unterschied zu den beiden führenden Provinzen Guangdong und Jiangsu.

Jingxue Chen

Sichere Datenkommunikation für die Smart City

Die Urbanisierung schreitet schnell voran. Um die schnell wachsenden Städte nachhaltig entwickeln zu können, müssen diese „smart“ werden. Digitale Technologien verbessern die Infrastrukturen und Angebote einer Stadt signifikant. Allerdings wächst dadurch das Datenvolumen stark. Es entstehen neue Anforderungen an den Daten-Traffic, die Performance, Sicherheit und Verfügbarkeit von Netzen. Erforderlich sind Kommunikationslösungen, die nicht nur für eine zuverlässige und hoch performante Datenkommunikation sorgen, sondern darüber hinaus die Cyber-Bedrohungen, denen intelligente Städte aufgrund der zunehmenden Vernetzung sowie Digitalisierung ausgesetzt sind, wesentlich reduzieren.

Sven Meise

Industrial Smart Grids – Ein Beitrag für ein nachhaltiges Energiesystem

Im Zuge einer wachsenden Volatilität in der Energieversorgung werden industrielle Verbraucher zunehmend in die Balance des Energiesystems einbezogen. Sich flexibel dem Energieangebot anzupassen stellt die industrielle Produktion vor große Herausforderungen und Risiken. Das Konzept des Industrial Smart Grid (ISG) bietet das Potenzial einer sicheren Energieversorgung und zusätzlich die Möglichkeit zur Entkopplung von Preisschwankungen auf dem Energiemarkt. Die Kombination aus regenerativen Energiequellen, Energiespeichern und einer energieflexiblen Produktion ermöglicht eine nachhaltige Energieversorgung der Industrie. Unternehmen, die sich in diesem Umfeld frühzeitig positionieren, haben die Möglichkeit, Wettbewerbsvorteile im nationalen und internationalen Umfeld zu erschließen und gleichzeitig einen wichtigen Beitrag für die Realisierung eines nachhaltigen Energiesystems zu leisten.

Alexander Sauer, Sebastian Weckmann

Kapitel 6. Mikrobetrachtung inklusive Anwendungsfälle

Hat das vorhergehende Kapitel Fallbeispiele für Länder – also auf Makroebene – aufgezeigt, so wird im sechsten Kapitel anhand einiger Fallbeispiele auf Mikroebene das „Wie“ der digitalen Dekarbonisierung für einzelne Unternehmen erläutert. Die Anwendungsfälle sind nicht fiktiv, sondern konkrete Projekte aus den Sektoren Infrastruktur, Industrie, Wohnwirtschaft und Energieversorgung, welche die Autoren in den letzten Jahren mit der vorgestellten Methode der Digitalen Dekarbonisierung bearbeitet haben. Besonderer Fokus wird in diesen Beispielen auf die Wirkung von Regulatorik, der Komplexität von Multi-Stakeholder-Systemen und der anspruchsvollen Aufgabe der Dekarbonisierung urbaner Wärmeversorgung gelegt. Mithilfe dieser Beispiele ist der Leser in der Lage, die Vorzüge der digitalen Dekarbonisierung vollends zu erfassen und sie in der Praxis anzuwenden.

Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Kapitel 3. Handlungsoption Digitale Dekarbonisierung

Im dritten Kapitel wird das Konzept der Modellierung von Energiesystemen als Grundlage für die Identifikation der wirksamsten Maßnahmen zur Digitalen Dekarbonisierung eingeführt. Energiebedarfe werden dazu mit der optimalen Kombination aus vorhandenen und zukünftigen Technologien für die Versorgung mit Strom, Wärme, Kühlung, Antriebsenergie, Trinkwasser und chemischen Energieformen gedeckt. Freiheitsgrade sind hierbei langfristig die Auswahl der Komponenten und kurzfristig deren optimierter Betrieb. Die Basis für bestmögliche Auslegung und Betrieb der Energiesysteme sind Prognosen der Energiebedarfe und eine Datenbank mit den technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften der verfügbaren Komponenten. Insbesondere bei den wirtschaftlichen Annahmen muss mit Szenarien gearbeitet werden, denn die zukünftige Entwicklung wesentlicher Grundgrößen – wie zukünftige Zinssätze, Primärenergiepreise oder konjunkturbedingte Nachfrageschwankungen – sind zum Zeitpunkt der Investition in Komponenten mit Abschreibungszeiträumen von über zehn Jahren und mehr unbekannt.

Oliver D. Doleski, Thomas Kaiser, Michael Metzger, Stefan Niessen, Sebastian Thiem

Chapter 1. Introductory Remarks

This chapter presents introductory remarks on geomathematically oriented aspects about the history and methodology of Earth’s gravitational field determination. The origin of mollifier approximation is explained and its specific role within the book is pointed out.

Willi Freeden

Kapitel 2. Heizen und Kühlen mit thermoaktiven Bauteilsystemen

Als thermoaktive BauteilsystemeThermoaktives Bauteilsystem (TABS) (kurz TABS) werden im Allgemeinen TemperierungssystemeTemperierungssystem bezeichnet, die die Gebäudemasse durch bauteilintegrierte, wasserführende Rohrregister aktiv in die Klimatisierung von Räumen mit einbeziehen. Es gibt diverse Arten und Bezeichnungen für TABS. Die Normen und Richtlinien DIN EN 15377 [10], DIN EN 1264 [11] und VDI 6034 [12] befassen sich unter anderem mit dieser Art von FlächentemperiersystemenFlächentemperiersysteme.

Elmar Bollin, Martin Schmelas

1. Einführung

Die Welt ist veränderbar. Ob dies zum Vor- oder Nachteil geschieht, hängt von den Menschen ab, die die Veränderungen bewirken. Wissenschaft und Technik haben in den letzten 200 Jahren die Welt in einer Weise verändert, die vorher undenkbar schien: auf der einen Seite entstand in den Industrieländern ein unglaublicher Wohlstand, der auf der anderen Seite aber eine Umweltzerstörung nach sich zieht, die eine bedrückende gesellschaftliche und politische Tragweite hat. Dass es so nicht weitergehen darf, dass unser Lebensstil sich ändern muss und kann, ist inzwischen vielen Menschen klar geworden. Vor 50 Jahren war diese Einsicht zwar noch nicht so weit verbreitet, aber Veränderungen setzten in der Bundesrepublik Deutschland seit den 1960er- und 70er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts mit der Entwicklung des Umweltbewusstseins und eines ökologischen Wertewandels ein. In der Folge entwickelten sich neue Wissenschaftsthemen und Forschungsbereiche. Sie legten den Grundstein für eine Veränderung der seitdem anhaltenden Diskrepanz zwischen Wohlstand und Umweltzerstörung.

Gerd Stadermann

17. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz

Das Ziel des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) war es, Strom aus diesen Quellen wirtschaftlich zu machen, so Anreize für innovationsfreudige Firmen zu schaffen und in den Ausbau der Erneubaren zu investieren. Dies gelang durch zwei Regelungen: eine Abnahmegarantie für erneuerbaren Strom durch die Netzbetreiber sowie eine Umlage der Erzeugungskosten auf die Strompreise. Diese Umlage für den erneuerbaren Stromanteil steht auf jeder Stromrechnung mit drauf. Ihre Höhe wird an der Strombörse in Leipzig berechnet. Der Besitzer einer Wind-, Wasserkraft-, Photovoltaik- oder Bioenergieanlage, der seinen Strom ins Netz einspeist, bekommt auf diese Weise eine kostendeckende Vergütung seiner Stromgestehungskosten. Je mehr Erzeuger an das Stromnetz angeschlossen sind – je mehr Ökostrom ins Netz fließt – desto mehr Umlage muss gezahlt werden, damit alle Erzeuger die ihnen zustehende Vergütung erhalten. Dies ist heute energiepolitische Realität in Deutschland und inzwischen in über 60 Staaten der Erde. Michaele Hustedt, die später das EEG mitentwickelte, resümiert: „Das EEG hat die Welt verändert“ [1].

Gerd Stadermann

13. Vom Wegbereiter zum Wegbegleiter der Energiewende – die DGS und der FVEE

Es ist nicht leicht und wahrscheinlich sogar unmöglich, in einer Zeit, in der technologisches Neuland betreten wird, die wissenschaftliche Forschung und Entwicklung an Universitäten von der Entwicklung technischer Innovationen durch Handwerker und Firmen klar abzugrenzen. Im vorliegenden Buch werden vor allem die Spitzen der Forschungserfolge betrachtet, aber es waren auch viele Aktivitäten, tausendfache kleine Forschungsergebnisse, technische Verbesserungen und partielle Innovationen, die die Technologien der erneuerbaren Energien so robust und leistungsstark gemacht haben, wie sie heute sind.

Gerd Stadermann

11. Solarenergieforschung in Bayern – von der LMU zur Gründung des ZAE Bayern

In diesem Kapitel geht es nicht um Strom sondern um Wärme. Es werden die wissenschaftlichen Grundlagen von Solarkollektoren und der Speicherung solarer Wärme eingehend behandelt. Da die Solarthermie ungerechtfertigter Weise als einfache, oft sogar als primitive Technologie dargestellt wird – vor allem die Photovoltaik zur Erzeugung von Elektrizität gilt als Hochtechnologie – soll hier mehr Verständnis für Solarkollektoren zur Wärmeerzeugung geweckt werden. Um die Technik angemessen und auf Augenhöhe mit der Erzeugung von Solarstrom beurteilen zu können, muss man tief in die Physik eintauchen. Die wissenschaftliche Leistung von Professor Rudolf Sizmann, der sich besonders der Solarthermie gewidmet hat und dessen Forschung in diesem Kapitel behandelt wird, lässt sich ohne eingehende Betrachtung seiner thermodynamischen Grundlagenforschung weder verstehen noch würdigen.

Gerd Stadermann

14. Kassel – von der Gesamthochschule zum Institut für Solare Energieversorgungstechnik

Wer nach Kassel kommt, dem fällt der Herkules, das Wahrzeichen der Stadt, ins Auge. Das Denkmal ist der Ausgangspunkt der berühmten Wasserspiele, die zusammen mit dem Bergpark 2013 zum UNESCO-Weltkulturerbe ernannt wurden. Diese Wasserspiele sind künstlich angelegt und technisch von einmaliger Raffinesse. Das Wasser, das so spektakulär in Kaskaden den Hang hinunterstürzt, wird erst einmal gesammelt, durch unterirdische Rohrleitungen zum Ausgangspunkt geführt und dann in vielerlei Art zum Fließen gebracht und zwar alles ohne Pumpen. Im Grunde sind die Wasserspiele eine riesige Maschinerie, die physikalisch gesehen ein von Regen und Wetter abhängiges, sich regenerierendes System bildet [1]. Es ist im 18. Jahrhundert von den hessischen Landgrafen Carl und Wilhelm IX. erbaut worden und diente der höfischen Gesellschaft zum ergötzlichen Zeitvertreib, sollte aber auch symbolisieren, dass ein absolutistischer Regent die Naturgewalten beherrscht [2]. Heute drohen die Wasserspiele zu versiegen, da sich die erforderliche Wassermenge für das „Wassertheater“ – wie sie auch genannt werden – im obersten Wasserbecken nicht mehr periodisch sammeln kann, weil es aufgrund des Klimawandels nicht mehr genug regnet. Ist dies ein gartenkünstlerisches Sinnbild für die Irreversibilität der Veränderung ökologischer Systeme – oder einfach: der Naturzerstörung wie wir Menschen sie betreiben?

Gerd Stadermann

4. Die Programmstudie der DFVLR und KFA Jülich – die sechs „grünen Bände“

Zu Beginn seiner Amtszeit gab Bundesforschungsminister Hans Matthöfer 1974 eine umfassende Studie in Auftrag, die die Potenziale der erneuerbaren Energien klären sollte. Prädestiniert für die Durchführung einer solchen Studie waren die damaligen Großforschungseinrichtungen, allen voran die Forschungszentren in Jülich und Karlsruhe. Sie arbeiteten damals zwar ausschließlich an Atom- und Kernforschungsthemen, aber hier gab es viele Experten, die technologisches Know how auf dem Gebiet der Energieforschung besaßen. Doch das galt inzwischen vor allem auch für die DFVLR in Stuttgart (siehe Kap. 3 und 5 ). Sie wollte sich ebenfalls an einem solchen Forschungsprogramm beteiligen. „Wir hatten aber bis dahin keine derartige Forschungsgruppe“, erinnert sich Dr. Joachim Nitsch, doch es hieß „da gibt es doch in Lampoldshausen einen jungen Wissenschaftler, der redet immer was von Umwelt und dergleichen mehr, fragen wir den doch mal, ob der sich an so etwas beteiligen will – und das war ich. Der damalige Leiter der Studiengruppe an der DFVLR in Köln-Porz, Dr. Wilfried Grasse, fragte mich, ob ich mir vorstellen könne, da mitzumachen und ich habe ja gesagt. So entstand 1973/74 die Forschungsgruppe Energiesysteme, die an der ersten Studie im Rahmen der Arbeitsgemeinschaft der Großforschungseinrichtungen zu erneuerbaren Energien mitarbeitete. Als sich dann herausstellte, dass dies eine länger dauernde Arbeit wird, schlug ich vor, dazu eine permanente Gruppe aufzubauen.“ Der damalige Vorstandsvorsitzende der DFVLR, Prof. Dr. Hermann L. Jordan, war den nichtnuklearen Energien gegenüber sehr aufgeschlossen, und so wurde die Gruppe am DFVLR Stuttgart eingerichtet, anfangs mit drei Mitarbeitern: Thomas Schott, Helmut Klaiß und Joachim Nitsch. Daraus ist dann die Studiengruppe Energiesysteme, später die Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung, entstanden. Sie entwickelte viele Jahrzehnte lang Szenarien und erarbeitete Langzeitstudien zum Ausbau der erneuerbaren Energien, die der Bundesregierung und verschiedenen Ministerien Richtschnur und Perspektive zur Forschungsförderung gaben.

Gerd Stadermann

Wasserstoff und Brennstoffzellen für sektorübergreifende Mobilität

Derzeit werden Fahrzeuge nahezu ausschließlich durch Otto- oder Dieselmotoren angetrieben. Sie stellen zurzeit das kompakteste Fahrzeug-Antriebssystem mit einem sehr hohen Entwicklungsstand dar. Nachteilig sind die heute fast vollständige Abhängigkeit von nur einer Primärenergiequelle, dem Erdöl, der relativ geringe Gesamtwirkungsgrad über einen typischen Fahrzyklus, die toxischen Emissionen NOx, HC, CO, PM sowie der Ausstoß des Treibhausgases CO2. Forderungen nach Minderung dieser Nachteile führten zur Entwicklung neuer Antriebskonzepte.

Christian Mohrdieck, Uwe Sontheimer

Wie Schwerlast-Lkw in der Mobilität der Zukunft zur Milderung des Klimawandels beitragen können

In diesem Kapitel stellen wir Möglichkeiten vor, wie Schwerlast-Lkw in der Mobilität der Zukunft zur Milderung des Klimawandels beitragen können. Das Kapitel ist in vier Abschnitte unterteilt. Im ersten Abschnitt erläutern wir die aktuelle Situation und die Komplikationen bei der Milderung des Klimawandels im Hinblick auf Schwerlastfahrzeuge. Außerdem gehen wir auf die Bilanzen ein, die im Folgenden von Bedeutung sind. Im zweiten Abschnitt sind vier Maßnahmen aufgeführt, mit denen bei schweren Lkw der Ausstoß von Treibhausgaben gesenkt werden kann. Für diese vier Maßnahmen beschreiben wir die jeweiligen technischen Möglichkeiten. Im dritten Abschnitt stellen wir die Ergebnisse aus der Modellierung von Szenarien vor, mit denen die CO2-Emissionen von schweren Nutzfahrzeugen bis zum Jahr 2050 um 80 % im Vergleich zu 1990 reduziert werden können. Im Einzelnen werden die Ergebnisse zweier Szenarien vorgestellt: das Szenario der ausgewogenen Energieträger und das Szenario des beschleunigten Wandels. Im vierten Abschnitt ziehen wir Schlussfolgerungen und geben einen Ausblick auf notwendige Maßnahmen.

Stefan Pischinger, Michael Wittler, Philipp Wienen

Chapter 24. Mit klarer Haltung die Zukunftsfähigkeit der Region München mitgestalten

Die Stadtwerke München als Puls von Stadt und Region

Die Stadtwerke München (SWM) zählen mit ihren Geschäftsfeldern Energie, Trinkwasser, Mobilität, Telekommunikation, Bäder und dem Stadtportal muenchen.de sowie dazugehörigen Leistungen zu den größten Infrastruktur-Unternehmen Deutschlands.Um das traditionsreiche Unternehmen in eine erfolgreiche Zukunft führen und einen Beitrag dazu leisten zu können, die Metropolregion München als Smart Region erstrahlen zu lassen, wurde für die SWM eine wichtige haltungs- und strategieweisende Basis entwickelt. Diese besteht aus einer ambitionierten Vision und einer motivierenden Mission, die die Mitarbeiter anspornt und den gemeinsamen Weg des Konzerns beschreibt. Ebenfalls wurde eine Markenstrategie entwickelt, die die Einzelmarken stärkt und Synergien für den Gesamtkonzern hebt. Zusätzlich nehmen auch die Markenarchitektur und das Portfolio eine Schlüsselposition bei der Wahrnehmung des Angebotes durch (potenzielle) Kunden ein. Aus diesem Grund wurden diese ebenfalls unter Einbeziehung der Kundenmeinung überarbeitet und vereinfacht.In einem nächsten Schritt galt es, die entwickelte Basis zum Leben zu erwecken. Dies erfolgte auf Grundlage eines veranschaulichenden Zukunftsbildes und der Leitidee „Der Puls unserer Stadt“, die bei relevanten Anspruchsgruppen in der Region wahrnehmbar gemacht werden sollte. Die daraus resultierende Leitlinie, die über alle Themen die gleiche Botschaft erzählt und sich konsequent an der Marke ausrichtet, findet sich in der Botschaft der SWM wieder: „Wir kümmern uns um Münchens Zukunft → M/Zukunft.“ Diese Kernbotschaft stellt die Basis einer Kampagne der SWM dar, die zudem eine klare Verbindung zu den Handlungsfeldern der SWM knüpft und somit als Beweisführung für ihre Kompetenz entlang der aufgezeigten Bereiche dient.Insgesamt gehen die SWM mit dieser richtungsweisenden strategischen Basis und der einhergehenden Kampagne einen großen Schritt zur Stärkung des Gesamtkonzern und leisten einen wichtigen Beitrag für die Stadt und Smart Region München.

Franz-Rudolf Esch, Andreas Brunner, Jana Tabellion

Chapter 17. Energieerzeugung in der Smart Region

Infolge der im Jahr 2000 durch die Bundesregierung eingeleiteten Energiewende kam es hinsichtlich der elektrischen Energieerzeugung immer wieder durch Anpassungen und Neuausrichtungen zu einem kompletten Wandel des Energieversorgungskonzeptes. Während in der Vergangenheit die elektrische Energie nahezu ausschließlich aus fossilen Energieträgern sowie aus Kern- und Wasserkraft gewonnen wurde, werden heute bereits 40 % des Stroms regenerativ erzeugt. Dieser Wandel bewirkt nicht nur eine Veränderung in der Erzeugung von ursprünglich zentralen Großkraftwerken hin zu einer kleinteiligen Erzeugung mittels regenerativen Energieerzeugungsanlagen, sondern er erfordert auch einen Umbau der Übertragungs- und Verteilungsnetze. Für die regionale Infrastruktur bedeutet dies eine Abkopplung von monopolistischen zentralen Strukturen bei der Erzeugung, hin zu mehr Selbstständigkeit und Erhalt der eigenen Wertschöpfung. Dieser sehr kapitalintensive Prozess erfordert eine große Bereitschaft der Bevölkerung in der Region hinsichtlich der Akzeptanz regenerativer Energieerzeugungsanlagen wie z. B. Windkraft-, Photovoltaik- oder Biogasanlagen und wird die ländlichen Gebiete am stärksten prägen. Das zeitweise Überangebot und der zu anderen Zeiten auftretende Mangel an regenerativ erzeugter elektrischer Energie wird zu einer Kopplung der Sparten Strom, Wärme, Gas und Mobilität führen und den Austausch zwischen ländlichen und urbanen Räumen weiter steigern. Dazu werden smarte Netze (Smart Grids) und neue Speicher grundlegend sein. Zur aktiven Steuerung der unterschiedlichen Sparten und Speicher bilden sowohl Verbrauchs-/ Erzeugungsdaten der Konsumenten als auch Wetterprognosen die Grundlage. Intelligente Algorithmen werden zukünftig das Zusammenspiel bestimmen.

Ingo Jeromin

3. Internationale Entwicklungstrends in der Energiewirtschaft

Die allgemeine Zusammensetzung der Primärenergieträger hat sich in den letzten 30 Jahren verändert, jedoch dominieren die fossilen Energieträger auch weiterhin mit einem Anteil von etwa 80 %. Mehrere internationale Studien haben die Entwicklungspfade der Energieproduktionssysteme in verschiedenen Ländern untersucht und prognostiziert. Die CIGRE hat unter anderem die Arbeitsgruppe C6.15 eingesetzt, die sich mit der Speicherung elektrischer Energie befasst und von den Autoren dieses Buches geleitet wurde. Die Ergebnisse dieser Studie, aktualisiert mit den neuesten Daten, werden in diesem Kapitel vorgestellt. Dabei wird vermehrt auf die Systematik der Studie eingegangen und die für 2011 prognostizierten Entwicklungen mit dem bestehenden, aktuellen Stand verglichen. Es zeigt sich, dass die erwarteten Anteile der erneuerbaren Energieproduktion in einigen Ländern, z. B. in China, die Prognosen übertroffen haben. Was die Anwendung der EES anbelangt, so hinken die meisten Länder jedoch hinter der prognostizierten installierten Kapazität hinterher.

Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

10. Ausgewählte Anwendungen

In Produktionsanlagen mit kontinuierlicher Fertigung werden Stoffbahnen verschiedener Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Textilien oder Papier erzeugt und in unterschiedlichen Sektionen bearbeitet. Der Aufgabe entsprechend durchlaufen die Stoffbahnen dabei verschiedene Bearbeitungsschritte mit elastischen oder plastischen Verformungen, Beschichtungen oder speziellen Behandlungen. Am Ende der Bearbeitung werden die Stoffbahnen meist in Wickeln gespeichert.

Dierk Schröder, Joachim Böcker

6. § 6 Klimaschutzrecht

Durch menschliche Aktivitäten verursachte, sogenannte anthropogene Emissionen erhöhen die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre und bewirken einen globalen Temperaturanstieg. Im Vergleich zum vorindustriellen Niveau (1880) ist die mittlere Jahrestemperatur um 1,5 Grad Celsius gestiegen. Für den Zeitraum bis 2100 prognostiziert der sogenannte Weltklimarat, das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), je nach zugrunde gelegtem Emissionsszenario eine globale Erderwärmung zwischen 0,9 bis 5,4 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau. Die Folgen eines solchen Klimawandels sind vielfältig und regional unterschiedlich stark ausgeprägt: Einerseits bewirkt der Anstieg der globalen Mitteltemperatur, dass Gletscher tauen, Eisschilde an Masse verlieren, sich Ozeane erwärmen und der mittlere Meeresspiegel steigt. Andererseits könnten sich Jahreszeiten und Niederschlagsmuster verändern und zur Verschiebung von Klima- und Vegetationszonen führen. Dies könnte die Bodenfruchtbarkeit und in der Folge die Nahrungsmittelproduktion sowie die Artenvielfalt beeinträchtigen. Davon wären insbesondere Entwicklungsländer betroffen. Zudem ist damit zu rechnen, dass Extremereignisse wie Hitzeperioden, Wirbelstürme, Dürren, Starkregen und Überflutungen häufiger und in extremerer Ausprägung auftreten werden. Der Klimawandel ist mit den genannten Folgen schon heute auf allen Kontinenten feststellbar. Es sind die Entwicklungsländer, die besonders unter diesen Auswirkungen zu leiden haben.

Susanna Hoffmann-Much

4. § 4 Wasserrecht

Das Wasser gehört zu den wichtigsten Grundlagen des menschlichen, tierischen und pflanzlichen Lebens. Es wird vom Menschen in vielfältigster Weise genutzt. Neben seiner Verwendung als Trink- und Brauchwasser ist es wichtiges Produktionsmittel für Industrie und Handwerk. Es wird zur Stromproduktion in Wasserkraftanlagen benötigt und dient der Kühlung von Kernkraftwerken.

Anne-Barbara Walter

§ 11 Ausnahmen

Langenberg/Zehelein, Betriebskosten- und Heizkostenrecht, 8. Aufl., München: Verlag C. H. Beck 2016; Lammel, Heizkostenverordnung, 4. Aufl. 2015; Schmidt-Futterer, Mietrecht, Kommentar, 13. Aufl., München: Verlag C. H. Beck 2017; Wall, Der Grundsatz der Wirtschaftlichkeit bei Erfassung der Heiz- und Wasserkosten, WuM 2002, 130;

Dietmar Wall

Die energetische Sanierung des HVB-Tower – Technische Revitalisierung eines denkmalgeschützten Wahrzeichens Münchens

Ein urbanes Wahrzeichen, ein Pionierprojekt für deutsche Hochhausarchitektur der 1980er Jahre und ein innovatives Büroraumkonzept: All diese Merkmale vereint der HypoVereinsbank-Tower, kurz HVB-Tower, in München. Der HVB-Tower ist eine Skulptur, ein Unikat mit einer bis heute faszinierenden Konstruktion und Anmutung. Das ikonische und denkmalgeschützte Gebäude der Architekten Walther und Bea Betz wurde 2015 von HENN einer energetischen Sanierung sowie einer völligen Neugestaltung seiner Innenräume unterzogen.

Gunter Henn

2. Grundlagen

In diesem Kapitel werden zunächst einige Grundlagen vermittelt, die für das weitere Verständnis der nachfolgenden Kapitel von besonderer Bedeutung sind.Die ersten beiden Abschnitte wenden sich dabei an InformatikerInnen, die bislang noch keine tieferen Kenntnisse über die Funktionsweise der Energiewirtschaft erlangt haben. Abschn. 2.1 stellt zunächst die Wertschöpfungskette der deutschen Energiewirtschaft dar. Es wird beschrieben, welche Aufgaben im Rahmen des technisch-physikalischen und des kaufmännischen Energieflusses entstehen und welche Akteure dabei miteinander interagieren. Dabei konzentrieren wir uns in diesem Lehrbuch auf die Versorgung mit leitungsgebundener Energie. Der Hauptfokus wird dabei auf die elektrische Energie gelegt, da diese besondere Ansprüche für Steuerung und Regelung stellt. Durch die sog. Energiewende entstehen dabei aktuell ganz neue Herausforderungen, denen insbesondere auch durch Methoden und Verfahren der Energieinformatik begegnet werden soll. Diese Herausforderungen und die entsprechenden Konsequenzen werden in Abschn. 2.2 dargestellt.

Alexander Stuckenholz

Kapitel 7. Biosphärische-technosphärische Transformationen – Dreißig praktikable Vorsätze

In diesem Praxiskapitel werden dreißig geniale Naturlösungen als Ausgangspunkt für technosphärische Anwendungen herausgestellt. Sie orientieren sich weitgehend an den in den vorherigen Kapiteln beschriebenen genialen Beispielen aus der evolutionären Natur. Unstreitig nutzt die Natur auch Routineprozesse während ihrer Entwicklungsstadien, jedoch immer mit Bedacht, nie absolut und dauerhaft, sondern ändert die Routine dort, wo es erforderlich ist, z. B. unter Berücksichtigung von Systemgrenzen (z. B. bei Nahrungsknappheit) und im Sinne einer nachhaltigen Weiterentwicklung zur Stärkung der Überlebensfähigkeit. In der Technosphäre gilt dieser Automatismus eher selten bis gar nicht. Wird eine Gewohnheitsroutine angestoßen, dann wird sie nicht selten mehrfach durchlaufen, auch wenn die erwartete Belohnung nicht mehr so üppig ausfällt oder sogar zur Belastung wird und somit über den Zeitpunkt einer notwendigen Routineänderung hinaus bestehen bleibt. Die Tendenz einer Teufelskreisspirale wird erkennbar mit allen schädlichen Konsequenzen, die sich daraus ergeben können. Das gilt im Privatbereich (Sucht nach zuckerhaltigen Süßigkeiten) genauso, wie im beruflichen/sozioökonomischen, politischen/gesellschaftlichen Bereich (Sucht nach Anerkennung, Sucht nach Bestätigung, Sucht nach Macht etc.).

E. W. Udo Küppers

Kapitel 7. Restnutzung der Sanierungsobjekte oder Aufbereitungsrückstände

Was Sie tun können, wenn Sie Ihr Grubenwasser eines Tages ausreichend gereinigt haben oder was, wenn Ihr Bergwerk saniert ist, beschreibt Kap. 7. Am Ende bleiben Ihnen das ehemalige Bergwerksgelände und die Abfallstoffe einer Grubenwasserreinigung. Welche Optionen Sie haben, Ihr Bergwerk oder das Bergwerksgelände einer Nachnutzung zuzuführen ist Kernpunkt des ersten Teils in diesem Kapitel, das Ihnen eine Auswahl an tatsächlich existierenden Objekten vorstellt.Am interessantesten ist vielleicht das Hotel im Steinbruch in Shanghai. Abschließend erfahren Sie, wie wir künftig die Abfallstoffe der Grubenwasserreinigung verwenden können. Wesentliches Ziel des Kapitels ist es darzulegen, dass im Bergbau eine teilweise Nachhaltigkeit sensu v. Carlowitz möglich ist. Am Ende des Kapitelshabe Sie das Wissen überNachnutzungsoptionen eines Bergwerksgeländes oder für die Reststoffe der Grubenwasserreinigung.

Christian Wolkersdorfer

Kapitel 22. Ökodesign

Entwicklung von Produkten mit verbesserter Ökobilanz

Jedes Produkt hat über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg Auswirkungen auf die Umwelt (z.Bs. durch den Verbrauch von Ressourcen und die Entstehung von Abfällen). Es wird zunehmend anerkannt, dass Hersteller und Verbraucher eine gemeinsame Verantwortung tragen, dafür zu sorgen, dass die negativen Umweltauswirkungen, die durch die Herstellung und den Konsum von Produkten und Systemen entstehen, so gering wie möglich sind, oder dass wir sicherstellen können, dass wir positive (oder netto-neutrale) Auswirkungen aus unserer Nutzung der Ressourcen des Planeten ziehen. Ökodesign ist ein Weg, um den Produktentwickler durch einen strukturierten Ansatz zur Verbesserung der Umwelt in jeder Phase des Produktentwicklungsprozesses und unter Berücksichtigung aller Phasen des Produktlebenszyklus zu unterstützen. Dieses Kapitel stellt eine kurze Geschichte und den aktuellen Stand der Praxis des Ökodesigns vor und führt einen strukturierten Ansatz für das Ökodesign ein, der sich auf zwei komplementäre Ansichten konzentriert: top-down, den designgetriebenen Ansatz und bottom-up, den ökologischen Lebenszyklusansatz. Verwandte Praktiken, Strategien, Richtlinien und Werkzeuge werden vorgestellt, um zu veranschaulichen, wie Ökodesign in den Entwicklungsprozess integriert werden kann.

Tim C. McAloone, Daniela C. A. Pigosso

Kapitel 10. Turbulente Strömungen

Dieses Kapitel befasst sich mit der Berechnung von turbulenten Strömungen. Die Art der Turbulenz und drei Methoden zu ihrer Simulation werden beschrieben: direkte und Large-Eddy-Simulation und Methoden, die auf Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen basieren. Einige weit verbreitete Modelle in den beiden letztgenannten Ansätzen werden beschrieben, einschließlich Einzelheiten in Bezug auf Randbedingungen. Beispiele für die Anwendung dieser Ansätze, einschließlich des Vergleichs ihrer Ergebnisse, werden vorgestellt.

Joel H. Ferziger, Milovan Perić, Robert L. Street

Kapitel 5. Wie lange reichen unsere Rohstoffe?

Die Rohstoffvorräte sind keine statische Größe. Die wirtschaftlich nutzbare Menge der Rohstoffe wird von zahlreichen sich dynamisch und sich mitunter sehr schnell verändernden Bedingungen auf Angebots- wie auf Nachfrageseite definiert. Diese Veränderungen sind kaum vorherseh- oder abschätzbar. Die Rohstoffexploration weist in der Regel eine Versorgungssicherheit von mindestens 30 Jahren nach. Sie sichert daher nicht nur den aktuellen Bedarf, sondern auch die Versorgung der nächsten Generationen. Weiter gehende Prognosen sind wenig verlässlich und haben sich in der Vergangenheit als meist zu pessimistisch erwiesen.

Volker Wrede

Kapitel 6. Der Planet wird geplündert – oder: Ist genug für alle da?

Eine Rohstoffverknappung setzt Regelmechanismen in Gang, durch die die Exploration verstärkt wird und die eine höhere Rohstoffeffizienz bewirken. Die Substitution der fossilen Energieträger Kohle und Erdöl allein durch erneuerbare Energien dürfte schon von deren Flächenbedarf her nicht realisierbar sein. Erdgas als relativ sauberer Energieträger wird noch für viele Jahrzehnte unverzichtbar bleiben. Politische Instabilitäten und Monopolbildungen können die Verlässlichkeit der Rohstoffversorgung negativ beeinflussen. Die Fortschritte bei der Rohstofferkundung, der Bergbautechnik und bei der Effizienz der Rohstoffnutzung und des Transportwesens überwiegen bei Weitem den Anstieg des Rohstoffbedarfs, so dass heute mehr Rohstoffe zur Verfügung stehen als jemals zuvor. In der Folge sinken die Rohstoffpreise langfristig in Relation zu den übrigen Lebenshaltungskosten.

Volker Wrede

Open Access

9. Wie Industrieproduktion nachhaltig gestaltet werden kann

Auch wenn bereits Fortschritte hin zu einer nachhaltigeren Industrieproduktion erzielt wurden, so ist der Status quo noch weit von wirklicher Nachhaltigkeit entfernt. Um einen nachhaltigen Gleichgewichtszustand zu erreichen, muss die Emission von Treibhausgasen fossilen Ursprungs in die Atmosphäre gänzlich eingestellt werden. Dieses ist verbunden mit einer tiefgreifenden Transformation der Industrie.

Dr. Stefan Wolf, Max Michael Jordan, Dr. Inessa Seifert, Dr. Marco Evertz, Roman Korzynietz

Open Access

1. Einführung

Die österreichische Tourismusbranche kann auf viele Jahrzehnte einer wirtschaftlich erfolgreichen Entwicklung zurückblicken und leistet einen wesentlichen Beitrag zur bundesweiten Gesamtwirtschaftsleistung und -beschäftigung. Ein Großteil des Sommer- und Wintertourismus in Österreich ist mit Aktivitäten in der Natur verbunden und somit höchst sensitiv auf Änderungen des Klimas – vor allem hinsichtlich Niederschlagsmengen und Temperaturen. Der Klimawandel hat somit einen großen Einfluss auf die Nachfrage durch Touristinnen und Touristen sowie auf das Angebot an Attraktionen in Österreich (Köberl et al. 2014).

Prof. Dr. Ulrike Pröbstl-Haider, Dagmar Lund-Durlacher, Gudrun Obersteiner, Franz Prettenthaler, Andrea Damm, Petra Stolba

Open Access

13. Ableitung von Handlungsoptionen

Bevor im Einzelnen auf die grundsätzlichen Strategien und Handlungsoptionen eingegangen wird, ist es wichtig, die dem Bericht zugrunde liegende Vision zu verdeutlichen.Der Tourismus unterscheidet sich von anderen Wirtschaftszweigen dadurch, dass die Kunden wesentlich flexibler sind und sehr rasch – oftmals von einer Saison auf die andere – „mit den Füßen abstimmen“. Wie die Darstellungen in Kap. 1 zeigen, hat diese Abhängigkeit durch eine Zunahme kürzerer Reisen und der sogenannten Stand-by-Touristen eher noch zugenommen. Daher kommt es im Tourismus nicht nur darauf an, ob und inwieweit das Angebot der österreichischen Tourismusbranche klimagerecht ist, sondern auch ob und wieweit es gelingt, den Kunden gezielt zu beeinflussen (Njoroge 2015).

Prof. Dr. Ulrike Pröbstl-Haider, Nina Mostegl, Andrea Damm, Franz Prettenthaler, Dagmar Lund-Durlacher, Astrid Gühnemann, Robert Steiger, Marc Olefs, Herbert Formayer, Claudia Hödl, Christoph Neger

Open Access

8. Indooraktivitäten und damit zusammenhängende Einrichtungen

Der Aufbau und Ausbau von landschaftsunabhängigen Angeboten, wie Wellness- und Indoorsportanlagen, wird häufig in Zusammenhang mit einer Förderung des Ganzjahrestourismus genannt und als Möglichkeit gesehen, die Winter- bzw. Schneeabhängigkeit von Alpendestinationen zu verringern. Solche schneeunabhängigen Angebote scheinen vor allem für Destinationen in tieferen Höhenlagen eine geeignete Möglichkeit zu sein, sich an die veränderten klimatischen Bedingungen anzupassen und eine Saisonverlängerung in den Sommer und Frühherbst hinein zu erzielen (Müller und Weber 2007; Müller et al. 2007; Scott und McBoyle 2007; Siegrist und Gessner 2011; Clivaz et al. 2012).

Prof. Dr. Ulrike Pröbstl-Haider, Claudia Hödl, Kai Illing, Robert Ranzi, Oliver Fritz

48. Primärenergien

Die in den Brennstoffen als chemische Energie gespeicherte Sonnenenergie wird durch Oxidation der brennbaren Bestandteile Kohlenstoff, Wasserstoff und andere Elemente wieder in Wärme umgesetzt. Als Oxidationsmittel dient meist Luft, mitunter auch mit Sauerstoff angereichert, seltener reiner Sauerstoff. Verbrennungsvorgang s. Bd. 1, Abschn. 44.1. Einen Vergleich auf der Basis Steinkohleneinheiten (SKE), Joule und kcal zeigt Tab. 48.7.

Prof. Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner, Dr.-Ing. Christian Bratfisch, Hendrik Hasenclever, Kathrin Hoffmann

47. Grundsätze der Energieversorgung

Um eine nachhaltige Energiewirtschaft zu schaffen, sollten Energiepolitik und Wirtschaft darauf ausgerichtet sein, Verbrennungsprozesse einzuschränken, Solar‑ und Windenergie verstärkt einzusetzen und die erforderliche Energie so rationell wie möglich zu nutzen. Tab. 47.1 zeigt den Primärenergieverbrauch in Deutschland aus dem Jahr 2018. In den Industrieländern ist der Energieverbrauch seit 1980 zwar rückläufig, jedoch in den restlichen Ländern steigt er weiter an. Der Einsatz der verschiedenen Primärenergien zeigt Abb. 47.1. Dabei ist anzumerken, dass neben den SI-Einheiten weltweit im Energiebereich noch länder- oder sektorspezifische Einheiten verwendet werden. Als Beispiel ist in Abb. 47.1 der Weltenergieverbrauch in der in Deutschland gebrauchten Einheit t SKE angegeben.Die EU verpflichtete sich freiwillig, ihre CO2‐Emissionen bis zum Jahr 2000 auf dem Niveau von 1990 zu stabilisieren. Dieses Ziel hat sie zum gegenwärtigen Zeitpunkt erreicht.Im Rahmen des Kyoto‐Protokolls von 1997 einigten sich die 15 Länder, aus denen die EU damals bestand, darauf, bis 2012 ihre gesamten Treibhausgasemissionen um 8 % unter das Niveau von 1990 zu reduzieren. Dieses Gesamtziel wurde für jeden Mitgliedstaat – je nach dessen Fähigkeit, die Emissionen einzudämmen – in ein konkretes, rechtsverbindliches Ziel umgesetzt (s. Tab. 47.2).

Prof. Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner, Hendrik Hasenclever, Kathrin Hoffmann

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Florian Langenscheidt, Peter May

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Florian Langenscheidt, Peter May

9. Nutzung tiefer geothermischer Systeme

Neben der Sonnenenergie und der aus der Massenanziehung und Bewegung von Himmelskörpern resultierenden Energie zählt auch die im Erdinneren gespeicherte Wärme zu den regenerativen Energiequellen. Diese geothermische Energie kann mit Hilfe offener und geschlossener Systeme nutzbar gemacht werden.

Dr.-Ing. Sebastian Janczik, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr. Ben Norden, M.Sc. Lucas Sens

8. Nutzung von Umgebungswärme

Unter dem Begriff „Umgebungswärme“ wird der Energieinhalt der Umgebungsluft, des oberflächennahen Erdreichs, von Grundwässern (Aquiferen) oder auch von fließenden oder stehenden Oberflächengewässern verstanden. Diese in unserer unmittelbaren Umgebung enthaltene thermische Energie ist im Sinne der Energietechnik und nach menschlichen Maßstäben erneuerbar und damit unerschöpflich; d.h. es ist regenerative, klimaneutrale Energie. Aufgrund des typischerweise geringen Temperaturniveaus ist aber diese thermische Energie nicht unmittelbar zur Deckung der Wärmenachfrage für den Menschen nutzbar; zur technisch sinnvollen Nutzbarmachung wird deshalb i. Allg. eine weitere Systemkomponente, eine sogenannte Wärmepumpe, benötigt.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, M.Sc. Lucas Sens, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher, Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler

2. Grundlagen des regenerativen Energieangebots

Die Energieströme auf der Erde speisen sich aus verschiedenen Quellen, die im Folgenden zunächst dargestellt werden. Dabei hat aber an der gesamten auf der Erde umgesetzten Energie die Sonnenenergie einen Anteil von nahezu 100%; d.h. sie dominiert eindeutig das „Energiesystem Erde“. Dabei trägt die Solarenergie nicht nur direkt, sondern in vielerlei Hinsicht auch indirekt zum globalen Energiesystem bei; beispielsweise wird die von der Sonne auf die Erde eingestrahlte Energie innerhalb der Atmosphäre geschwächt und dabei teilweise in andere Energieformen (z.B. Wind, Wasserkraft) umgewandelt. Deshalb wird im Folgenden auf den Aufbau und die wesentlichen Eigenschaften der Erdatmosphäre ebenfalls näher eingegangen. Diesem schließt sich die Bilanzierung der globalen Energieströme an, bevor die einzelnen potenziell von der Menschheit nutzbaren Energieströme bzw. regenerativen Energien im Detail dargestellt werden. Dabei wird jeweils auf die entsprechenden Grundlagen eingegangen, bevor die räumliche und zeitliche Variationsbreite dargestellt wird, die letztlich die jeweilige technische Nutzung (mit-)bestimmt.

Dr. Dipl.-Met. Beate Geyer, Dr.-Ing. Klaus Jorde, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Prof. Dr. Iris Lewandowski, Dr. Ben Norden, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher, Prof. Dr.-Ing. Andreas Wiese

16. Wärmenetze

Wärmenetze dienen der leitungsgebundenen Verteilung von thermischer Energie. Sie verbinden Wärmequellen mit Wärmeabnehmern. Diese Wärmeverteilung erfolgt vorrangig mit dem Ziel der Deckung der Nachfrage nach Raumwärme und für industrielle Anwendungen. Im Vergleich zu individuellen, dezentralen Lösungen ergeben sich für Wärmenetze immer dann Vorteile, wenn hohe Wärmenachfragedichten vorliegen und/oder lokal/regional „überschüssige“ Wärme vorhanden ist; darunter ist beispielsweise Abwärme aus Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozessen (KWK-Prozessen) zu verstehen, die am Standort der Konversionsanlage nicht energiewirtschaftlich genutzt werden kann und deshalb als „Abfall“ oder ggf. als „Nebenprodukt“ anzusehen ist. Hohe Wärmenachfragedichten, die eine Nutzung dieser Abwärme ökonomisch vielversprechend erscheinen lassen, finden sich beispielsweise in stark besiedelten Siedlungsgebieten und in Industriegebieten; deshalb sind in den großen europäischen Städten bzw. in den entsprechenden Metropolregionen in der Regel derartige Wärmenetze vorhanden [16.1].

Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich

10. Zusammenfassender Vergleich

In den Kapiteln 3–9 werden verschiedene Möglichkeiten zur Wärme- und/oder Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien detailliert diskutiert; dabei werden jeweils die physikalischen Grundlagen und die Technik bzw. Systemtechnik umfassend dargestellt sowie ausgewählte ökonomische und ökologische sowie weitere Energiesystem-relevante Zusammenhänge und Kenngrößen ermittelt. Damit ist noch keine Aussage darüber getroffen, wie die einzelnen Techniken für die Nutzbarmachung erneuerbarer Energien untereinander und im Vergleich zu den jeweiligen Möglichkeiten zur Nutzung fossiler Energieträger – im Hinblick auf die Erfüllung einer bestimmten Versorgungsaufgabe – zu bewerten sind. Daher werden im Folgenden einzelne der hier untersuchten Möglichkeiten zur Nutzung erneuerbarer und fossiler Energien kursorisch gegenübergestellt. Dabei können aber immer nur Systeme bzw. Techniken sinnvoll miteinander verglichen werden, welche die gleiche End- bzw. Nutzenergie bereitstellen (d.h. Strom, Wärme). Deshalb wird bei der folgenden Gegenüberstellung im Wesentlichen unterschieden zwischen den Möglichkeiten zur Stromerzeugung, ggf. auch im Rahmen einer Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), und einer Wärmebereitstellung.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, M.Sc. Lucas Sens

1. Einführung und Aufbau

Ziel der Ausführungen dieses Buches ist es, die Möglichkeiten und Grenzen einer Nutzung des regenerativen oder erneuerbaren Energieangebots umfassend darzustellen und vertieft zu diskutieren. Deshalb werden sowohl die physikalischen und technischen Grundlagen dargestellt als auch unterschiedliche Kenngrößen erarbeitet, die eine umfassende Einordnung dieser Optionen in das Energiesystem ermöglichen. Um dem Anspruch einer einfachen, verständlichen und transparenten Darstellung der z. T. sehr verschiedenartigen Möglichkeiten zur Nutzung regenerativer Energien möglichst nahe zu kommen, sind die einzelnen Kapitel, in denen die unterschiedlichen Varianten erläutert werden, vergleichbar aufgebaut – soweit dies möglich und sinnvoll ist.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, M.Sc. Lucas Sens, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher

Kapitel 7. Planungskoordination

Die Planung ist die Grundlage der späteren Bauausführung. „Bauen ohne Plan ist planlos bauen.“ In der Planungsphase können Sie das Projekt noch beeinflussen. Planungen lösen Kosten, Termine und Qualitätsanforderungen aus. Ein stetiger Abgleich der Aufgaben und der Planungsbeteiligten ist unerlässlich. Indem Sie diese hinterfragen können Sie durch richtige Entscheidungen und Beratungen die Kosten und Qualitäten beeinflussen und zugleich sicherstellen.

Sven Schirmer

2. Inverse Probleme der Geodäsie

Ein Abriss mathematischer Lösungsstrategien

Der vorliegende Beitrag beschftigt sich mit mathematischen Lösungspotentialen und Strategien für inverse Probleme in der Geodsie. Die Dilemmata hinsichtlich Existenz, Eindeutigkeit und Stabilität eines Lösungsprozesses werden beschrieben. Die Notwendigkeit zur Regularisierung wird herausgestellt, spezifische Eigenschaften der Regularisierungsverfahren werden kurz skizziert.

Willi Freeden, Helga Nutz

2. Die bisherige Umsetzung der Energiewende in Deutschland

In diesem Kapitel werden die bisherigen Ergebnisse der Energiewende bilanziert. Die erreichte Verringerung der Treibhausgasemissionen wird mit anderen Ländern verglichen und die Wirksamkeit bisheriger Klimaschutzmaßnahmen beurteilt. Dabei zeigt sich, dass Deutschland zwar eine gewisse Verringerung der Treibhausgasemissionen erreicht hat, dafür aber unnötig viel Geld ausgibt und seit einigen Jahren deutlich weniger für das Klima erreicht als die meisten anderen EU-Staaten. In diesem Zusammenhang werden auch die Folgen des deutschen Atomausstiegs für den Klimaschutz erörtert.

Andreas Luczak

Nachhaltigkeit im Handel am Beispiel von ROSSMANN

Der Handel hat aufgrund seiner intermediären Stellung zwischen Hersteller und Konsumenten eine Schlüsselfunktion, insbesondere bei einer verstärkten Produkt- und Logistik-Nachhaltigkeit. Er kann auf Lieferantenseite auf eine ressourcenschonendere und umweltverträglichere Rohstofferzeugung und Produktherstellung dringen, selbst nachhaltige Akzente z. B. in der Warenlogistik setzen und so den anwachsenden Konsumentenwünschen nach einem nachhaltig ausgewiesenen Produktangebot Rechnung tragen und diese damit zugleich verstärken. Das Drogeriemarktunternehmen ROSSMANN setzt hier schon seit vielen Jahren wegweisende Akzente, u. a. durch die Initiative zur Abschaffung von Mikroplastik. Besondere Impulse gehen dabei von der Unternehmerfamilie Roßmann aus. (Im Folgenden wird, wenn das Unternehmen gemeint ist, immer die Schreibweise ROSSMANN verwendet. Wenn Familienmitglieder gemeint sind, wird die Schreibweise Roßmann genutzt.)

Raoul Roßmann, Kristin Butzer-Strothmann, Friedel Ahlers

Kapitel 6. Bewertungen

Während das vorherige Kapitel im Schwerpunkt die implizierten Perspektiven der Ordensleute auf die Ziele fokussierte, rückt in diesem Kapitel der reflektierte Blick der Ordensleute auf das Thema in das Zentrum der Analyse. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, welche Bewertungen mit der Glokalisierung der Ziele einhergehen. Es treten bei der Analyse explizierter Bewertungen des Ziels und seiner Entwicklung gemeinsame Wissensbestände sehr deutlich hervor. Die Kontrastierung von Bewertungsperspektiven zur Bedeutung der Ziele und ihrer Entwicklung zeigt, dass zur Konstruktion des Ziels als Ordensziel die explizite Integration in etablierte Sinnstrukturen zur Identität der Gemeinschaften vonnöten ist. Trotz der unterschiedlichen Diagnosen sehen viele Ordensleute die Ziele mit Verweis auf Tradition und Charisma des Ordens als integrale Ordensziele an. In Bezug auf die Bewertung des Ziels zeigt sich die Gemeinsamkeit von Ordensleuten mit unterschiedlichen handlungsleitenden Orientierungen also gerade in den Bewertungsmaßstäben und den Bezügen zu geteilten Sinnstrukturen mit Blick auf die Bedeutung des Ziels für den Orden, weniger in den Bewertungen hinsichtlich deren Umsetzung und Entwicklung.

Jiska Gojowczyk

Tagungsbericht

Auf der ATZlive-Konferenz Heavy-Duty, On- und Off-Highway Motoren in Friedrichshafen am Bodensee diskutieren über 190 Teilnehmer und 22 Aussteller über die Herausforderungen, die auf den Transportsektor und die Landwirtschaft in den nächsten Jahren zukommen. Im Fokus der Diskussionen steht vor allem die Senkung von Treibhausgas (GHG)-Emissionen. Synthetische Kraftstoffe scheinen hier ein nötiges Mittel, um die im Pariser Abkommen vereinbarten Ziele zu erreichen.

Marc Ziegler

11. Der Energiebedarf der Welt

Ohne Energie läuft nichts. Energie ist eines der zentralen Elemente in einem System. Die Bedürfnisse der Menschheit lassen sich nur durch eine ausreichende Bereitstellung von Energie befriedigen. Dazu werden heute zahlreiche Energieträger wie

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

10. Nationales Energierecht

Mit dem Gesetz über Energiedienstleistungen und andere Energieeffizienzmaßnahmen wird die allgemeine Erreichung von Energieeinsparzielen und Energieeinsparrichtwerten verfolgt. Entsprechende Maßnahmen müssen angemessen und wirtschaftlich sinnvoll sein. Energielieferanten sind verpflichtet ihre Endkunden über Energiedienstleister und Anbieter von Energieaudits bzw. Energieeffizienzmaßnahmen zu unterrichten. Unternehmen müssen regelmäßig Energieaudits durchführen, entweder im Rahmen eines Energie- oder Umweltmanagementsystems oder nach den Vorgaben der DIN EN 16247-1 Energieaudits. Für Personen, die ein Energieaudit durchführen, werden bestimmte Anforderungen an die Fachkunde gestellt.

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

12. Der Energiebedarf für Deutschland

Deutschland schöpft seinen Energiebedarf noch heute überwiegend durch die Verwendung fossiler Energieträger und der Kernenergie. Letztere ist auf absehbare Zeit ein Auslaufmodell. Um einen nationalen Beitrag gegen den Klimawandel zu leisten, müssen erhebliche Maßnahmen zur Substitution der fossilen Energieträger getätigt werden. Bis 2050 hat sich die Bundesregierung dazu ambitionierte Klimaschutz- und Energieziele gesetzt (Tab. 12.1). Im Vergleich zu 1990 sollen die Treibhausgasemissionen bis 2050 um mindestens 80–95 % reduziert werden. Dazu ist eine Reduktion des Energieverbrauchs und eine Steigerung der Energieeffizienz notwendig. So soll der Primärenergieverbrauch im Vergleich zu 2008 bis zum Jahr 2050 um 50 % sinken. Der Bruttostromverbrauch soll sich im gleichen Zeitraum um 25 % verringern. Für die Reduktion des Wärmebedarfs sind keine längerfristigen Ziele vorhanden, obwohl er einer der wesentlichen Energieverbraucher ist. Neben Strom und Wärme spielt der Verkehr eine weitere wichtige Rolle. Bis 2050 soll sich hier der Endenergieverbrauch um 40 % vermindern.

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

Kapitel 2. Die Umweltgeschichte in Schlüsseldaten

Wie wandelten sich die Kenntnisse zu unserer Umwelt, zu unseren Wirkungen auf die Umwelt und zu den Wirkungen der Umwelt auf uns in den vergangenen zwei Jahrtausenden? Wie gingen Menschen und Institutionen mit dem sich ändernden Wissen um? Welche Umweltveränderungen traten auf? Im zweiten Kapitel werden diese Fragen für 260 Umweltgeschichten gestellt und chronologisch beantwortet. Die Intensität der Umweltveränderungen nimmt vom frühen Mittelalter bis in das frühe 14. Jahrhundert zu. Die kombinierte Wirkung von menschlichen Eingriffen in die Natur und Extremereignissen führt dann zu einer Folge von Katastrophen, die in der großen Pestpandemie Mitte des 14. Jh. kulminieren. Nach einer kurzen Phase, in der sich die Natur teilweise erholt, wachsen die Eingriffe von Menschen wieder. Sie erreichen im 20. und im 21. Jh. geradezu beängstigende Ausmaße. Der massive Klimawandel, die Zerstörung von Lebensräumen und das dramatische Artensterben resultieren.

Hans-Rudolf Bork

Kapitel 7. Möglichkeiten der Energierückgewinnung

Ohne sichere EnergieversorgungEnergieversorgung ist keine sichere Wasserwirtschaft möglich. Energie- und Wasserwirtschaft sind häufig in betrieblichen Organisationsstrukturen miteinander verkoppelt. In einer modernen betrieblichen Wasserwirtschaft nach dem Kreislaufprinzip ist Energie eine der wichtigsten Einflussgrößen – sowohl in wirtschaftlicher als auch in technischer Hinsicht.

Rolf Stiefel

Privates Baurecht

Inhalte des Kapitels Privates Baurecht sind das Bauvertragsrecht mit den seit dem 01. Januar 2018 geltenden Bestimmungen der §§ 650a-v BGB, die Allgemeinen Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen (VOB/B), die Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (VOB/C), das Vergaberecht für öffentliche Aufträge nach dem Gesetz gegen Wettbewerbsbeschränkungen (GWB), der Vergabeverordnung (VgV), den Allgemeinen Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen (VOB/A) und der Verordnung über die Vergabe von öffentlichen Aufträgen im Bereich des Verkehrs, der Trinkwasserversorgung und der Energieversorgung (Sektorenverordnung – SektVO), Leistungsbilder und Honorare für Architekten und Ingenieure nach der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure 2013, und der Schriftenreihe, Hefte 1 bis 37, des Ausschusses der Verbände und Kammern der Ingenieure und Architekten für die Honorarordnung e. V. (AHO) sowie die außergerichtliche Streitbeilegung in der Bau- und Immobilienwirtschaft.

Horst Franke, Claus Jürgen Diederichs, Michael Peine, Matthias Sundermeier

Kapitel 6. Welche Lösungsoptionen bieten sich an?

Um die Ökosystemleistungen zu schonen und die planetaren Grenzen einzuhalten, müssen biogene Kohlenstoffquellen für diejenigen Branchen priorisiert werden, die auf kohlenstoffhaltige Rohstoffe angewiesen sind. Diese Branchen sollen Biomasse, Reststoffe der Verarbeitung und Produkte nach der Nutzung vollständig verwerten und so die Bioökonomie in Richtung Kreislaufwirtschaft entwickeln. Geeignete Verfahrenskonzepte sind die Koppel- und Kaskadennutzung sowie die Rezyklierung. Dazu gehört auch die Verwertung gasförmiger Kohlenstoffquellen, die den natürlichen Kohlenstoffkreislauf um einen technischen Kreislauf ergänzt. Diese Verfahren sind energieintensiv und verlangen deshalb die Integration der Bioökonomie in den Energiesektor.

Manfred Kircher

Kapitel 14. Umwelteinflüsse

Die Umstellung auf nachhaltigen Energie- und Ressourcenverbrauch ist heute die wichtigste Aufgabe der Menschheit. Dazu gehört auch eine emissionsneutrale Energieversorgung für den Straßenverkehr. In diesem Abschnitt wird dieses umfangreiche Thema zunächst schlaglichtartig anhand von Kennzahlen und politischen Zielvorgaben eingeführt. Danach werden die Emissionen beim Betrieb von Pkw in unterschiedlichen Szenarien durch die Aufstellung von Well-to-Wheel Analysen verglichen. Letztlich ist jedoch eine ganzheitliche Betrachtung erforderlich, also mit Berücksichtigung der energetischen und Materialaufwände für die Fahrzeugherstellung, für das Recycling sowie für Aufbau und Betrieb der Tankinfrastruktur. Das Kapitel schließt mit einem kleinen Einblick in diese Life Cycle Analysen.

Martin Doppelbauer

Kapitel 5. Maßnahmen in den 1980er Jahren

Gemäß der erlassenen Energieverordnung vom 30. Oktober 1980 ist die Zentrale Energiekommission beim Ministerrat für die Herausarbeitung der langfristigen Entwicklung der energetischen Basis und für die Durchsetzung der rationellen Energieanwendung in allen Gesellschaftsbereichen zuständig. Das Gesetz über den Fünfjahrplan 1986 bis 1990 vom 27. November 1986 fordert, die rationelle Energieanwendung zur entscheidenden Quelle für die Deckung des wachsenden Energiebedarfes zu entwickeln und dafür insbesondere die Mikroelektronik zu nutzen. In der Smogverordnung vom 2. November 1989 werden 20 Smoggefährdungsgebiete benannt, davon mit 7 die meisten in Sachsen. Im Beschluss über die Begründung und Auflösung von Ministerien und zentralen Staatsorganen vom 21. Dezember 1989 werden mit Wirkung vom 1. Januar 1990 das Ministerium für Kohle und Energie und die Arbeitsgruppe Rationelle Energieanwendung beim Ministerrat aufgelöst. Das Buch endet mit dem Ministerratsbeschluss vom 1. März 1990, der die sofortige Stilllegung des Tagebaues Olbersdorf verfügte und damit die geplante Abbaggerung von Teilen der Stadt Zittau einschließlich des Standortes der Hochschule verhindert hat.

Wilhelm Riesner

Kapitel 6. CO2-Emissionen und Indikatoren bis 2017 und notwendige Szenarien zur Einhaltung des 2-Grad- bzw. 1,5-Grad-Ziels

Mit dem 2-Grad- und 1,5-Grad-Ziel (Kap. 1) kompatible Emissions-Szenarien bis 2050 für Nord-Afrika zeigt Abb. 6.1. Der entsprechende Verlauf der Indikatoren ist in Abb. 6.2 wiedergegeben. Die dazu notwendigen prozentualen jährlichen Änderungen bis 2030 für die beiden Ziele sind detaillierter in Abb. 6.3 wiedergegeben.

Valentin Crastan

Chapter 2. Energiewirtschaftliche Analyse

In Kap. 2 wird für den eurasischen Kontinent die Entwicklung aller maßgebenden Größen, wie Bevölkerung, Bruttoinlandsprodukt, detaillierter Energieverbrauch und CO2-Emissionen bis 2017 analysiert. Der Kontinent wird entsprechend dem gegenwärtigen Entwicklungsstand in drei Regionen unterteilt, nämlich Westeuropa, Osteuropa und Eurasien.

Valentin Crastan

Kapitel 7. Weitere Daten der Länder Afrikas

Ägypten und Algerien sind die bevölkerungsreichsten Länder von Nord-Afrika. Der Nachhaltigkeitsindex von Nord-Afrika müsste bis 2030 für das 2-Grad-Ziel weniger als 190 g CO2/$ und für das 1,5-Grad-Ziel etwa 130 g CO2 erreichen. Die entsprechenden Werte für 2050 sind 160 g CO2/$ und 80 g CO2/$.

Valentin Crastan

Chapter 3. CO2-Emissionen und Indikatoren bis 2017 und notwendige Szenarien zur Einhaltung des 2-Grad- bzw. 1,5-Grad-Ziels

Mit dem 2-Grad- und 1,5-Grad-Ziel kompatible Emissions-Szenarien bis 2050 für Westeuropa zeigt Abb. 3.1. Für Westeuropa liegen bereits Daten von 2018 vor. Für das 1,5-Grad-Ziel ist die Stagnation der Emissionen von 2014 bis 2017 als empfindlicher Rückschritt zu bezeichnen.

Valentin Crastan

Kapitel 5. Energiewirtschaftliche Analyse

In diesem Kap. 5 des Bandes „Europa + Eurasien und Afrika“ [1] wird die Energiewirtschaft des afrikanischen Kontinents, ausgehend von aktualisierten Daten der IEA und des IMF, neu analysiert. Mit Ausnahme von Nord-Afrika und der Republik Südafrika ist der afrikanische Kontinent stark unterentwickelt. Dank seines demographischen und wirtschaftlichen Potenzials sowie Energiereserven wird er aber weltweit an Bedeutung zunehmen.

Valentin Crastan

9. bio innovation park Rheinland – Gewerbeflächenprofilierung durch Klimaschutzmaßnahmen

Die Stadt Meckenheim, im Süden von Nordrhein-Westfalen gelegen, hat bis zum Jahr 2020 ein Gewerbegebiet erschlossen. Ziel der städtischen Wirtschaftsförderung ist es, das neue Gebiet durch Klimaschutzkriterien zu profilieren. Im Vorfeld wurde dazu im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative untersucht, wie ein klimaneutraler Wissenschafts- und Gewerbepark entstehen könnte. Mit der konsequenten Anwendung von Ansiedlungskriterien soll nun erreicht werden, dass sich Unternehmen ansiedeln, die zum Branchencluster „bio innovation“ gehören, mit nachwachsenden Rohstoffen bauen und ihren Betrieb nachhaltig führen. Erste Erfolge sind bereits zu verzeichnen.

Dirk Schwindenhammer

Kapitel 2. Strommarkt 2.0 – Chance einer energieorientierten Losgrößen- und Reihenfolgeplanung

Bei der Entwicklung einer Entscheidungsunterstützung für eine energieorientierte Losgrößen- und Reihenfolgeplanung ist ein umfassendes Verständnis zum Energieeinsatz in der industriellen Produktion sowie den möglichen Marktmechanismen im Strommarkt 2.0 notwendig. Dementsprechend stellt dieses Kapitel den Zusammenhang zwischen dem Energieeinsatz in der industriellen Produktion, dem Wandel des Strommarkts sowie den vorhandenen Konzepten einer energieorientierten Produktionsplanung dar. Zunächst wird in Abschnitt 2.1 die hohe Relevanz von Energie für produzierende Unternehmen aufgezeigt.

Christoph Johannes

Kapitel 9. Enhanced-Geothermal-Systems (EGS), Hot-Dry-Rock Systeme (HDR), Deep-Heat-Mining (DHM)

Mit dem Enhanced-Geothermal-SystemEnhanced Geothermal System (EGS) (EGS) soll der tiefere Untergrund als Wärmequelle zur Stromerzeugung und Wärmegewinnung genutzt werden. Synonyme sind Hot-Dry-RockHot-Dry-Rock (HDR) (HDR) oder Deep-Heat-Mining (DHM). Der Begriff HDR stammt aus der Anfangsphase dieser Technologie-Entwicklung, in der man noch von „trockenen“ Verhältnissen in großer Tiefe im kristallinen Grundgebirge, also im Wesentlichen in Graniten und Gneisen, ausging.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Chapter 8. Hydrothermale Nutzung, Geothermische Dublette

Bei den hydrothermalen Systemen wird zwischen Systemen mit niedriger und hoher Enthalpie (Wärmeinhalt) unterschieden. Beim ersten System erfolgt eine Nutzung des im Untergrund vorhandenen warmen oder heißen Wassers entweder direkt oder über Wärmetauscher zur Speisung von Nah- oder Fernwärmenetzen, zur industriellen bzw. landwirtschaftlichen Nutzung oder für balneologische Zwecke. Bei Temperaturen über 120 °C ist eine wirtschaftlich vertretbare Stromproduktion möglich. Das thermale, warme oder heiße Wasser entstammt Grundwasserleitern (Aquifere). Beim zweiten System sind die Temperaturen so hoch, dass eine direkte Nutzung von Dampf oder einem Zweiphasenfluid zur Stromerzeugung möglich ist.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 4. Geothermische Nutzungsmöglichkeiten

Die unterschiedliche Tiefenlage der Wärmegewinnung und Nutzungsmöglichkeit der geothermischen Energie bedingt eine Unterteilung in oberflächennahe und tiefe geothermische Systeme. Der Übergang ist allerdings fließend. Eine Unterscheidung zwischen tiefer und oberflächennaher Geothermie ist jedoch deshalb sinnvoll, weil neben den unterschiedlichen Techniken zur Energiegewinnung unterschiedliche geowissenschaftliche Parameter zur Beschreibung der Nutzungsmöglichkeiten erforderlich sind.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 3. Geothermische Energie-Ressourcen

Physikalisch betrachtet ist EnergieEnergie die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Es gibt verschiedene Energieformen. Man unterscheidet zwischen mechanischer Energie (kinematische oder potentielle Energie), thermischer, elektrischer und chemischer Energie.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 7. Geothermische Brunnenanlagen

In Bereichen, in denen gut durchlässige Grundwasserleiter vorliegen und in denen das Grundwasser bis knapp unter der Erdoberfläche ansteht und in entsprechender Güte zur Verfügung steht, bietet es sich an, eine geothermische BrunnenanlageBrunnenanlage. geothermische zur oberflächennahen energetischen Nutzung der Erdwärme als Entzugsquelle zum Betrieb einer Wärmepumpe zu installieren. Brunnenanlagen können zum Heizen und/oder zum Kühlen verwendet werden. Synonyme Begriffe sind ZweibrunnensystemeZweibrunnensystem, Wasser-Wasser-WärmepumpenanlagenWasser-Wasser-Wärmepumpenanlage oder GrundwasserwärmepumpeGrundwasserwärmepumpe. In jedem Fall handelt es sich um eine unmittelbare Nutzung von oberflächennahem Grundwasser zur Energiegewinnung.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 5. Potentiale und Perspektiven geothermischer Energienutzung

Geothermie ist eine erneuerbare Energiequelle, dem Auskühlen durch technische Systeme folgt stets ein Nachfließen von Wärme aus tieferen Schichten oder von der Oberfläche. Die Quellen, aus denen sich diese Wärmeströme speisen, der Wärmestrom aus dem Erdinneren, der radioaktive Zerfall in der Erdkruste, die Sonnenstrahlung, sind in menschlichen Zeiträumen unerschöpflich (Abschn. 1.3). Die Frage, ob die Nutzung von Erdwärme nachhaltig ist, ob sie also auch künftigen Generationen zur Verfügung steht, lässt sich dagegen nicht pauschal beantworten, sondern sie stellt sich in jedem Einzelfall neu abhängig vom Systemkonzept und der Dimensionierung der Anlage.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 6. Erdwärmesonden

Die Nutzung oberfächennaher GeothermieGeothermieoberflächennahe ist insbesondere unter dem Aspekt der niedrigen, zur Verfügung stehenden Temperaturen zu betrachten. Um oberflächennahe Geothermie zur Beheizung von Gebäuden nutzen zu können, ist daher der Einsatz einer WärmepumpeWärmepumpe unerlässlich, denn aus dem Untergrund können nur einige wenige Grad Celsius Temperatur gewonnen, bzw. nur eine geringe Wärmemenge entzogen werden. Die höchsten mit oberflächennahen geothermischen Nutzungen durch Erdwärmesonden gewinnbaren Temperaturen liegen in Anhängigkeit von der Sondentiefe und den natürlichen Gegebenheiten in der Größenordnung von etwa 10–12 °C. Die Temperaturanhebung auf die gewünschten Heiztemperaturen besorgt dann die Wärmepumpe.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 12. Bohrtechnik für Tiefbohrungen

Die Bohrkosten in der Tiefengeothermie machen bis zu 70 % der Gesamtkosten eines Geothermieprojektes aus. Die in der Tiefengeothermie zum Einsatz kommende BohrtechnologieBohrtechnologie stammt größtenteils aus der Erdölindustrie. In der Geothermie ergeben sich jedoch aus der Kombination von hohen Temperaturen, großen Volumenströmen sowie langfristigen Nutzungen bei teilweise hohen Gehalten an aggressiven Bestandteilen im Wasser weitergehende Anforderungen an die Bohrtechnologie.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 14. Hydraulische Untersuchungen, Tests

Bereits während des Abteufens einer Tiefbohrung werden erste hydraulische Tests in hangenden Schichten außerhalb des geplanten Nutzhorizontes durchgeführt. Weitergehende umfangreiche hydraulische Untersuchungen erfolgen nach Abschluss der Bohrarbeiten. Dazu gehören Langzeittests, Zirkulationsversuche oder Tracertests im geplanten Nutzhorizont.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 13. Geophysikalische Untersuchungen

Geophysikalische UntersuchungsverfahrenUntersuchungsverfahren, geophysikalisches erlauben einen indirekten Einblick in den Untergrund. Es wird zwischen Verfahren von der Erdoberfläche aus und Verfahren vom Bohrloch aus unterschieden. Bei den geophysikalischen Bohrlochuntersuchungen wird zwischen Verfahren, die in der ausgebauten oder in der noch nicht ausgebauten Bohrung aussagekräftig sind, differenziert.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 2. Geschichte geothermischer Energienutzung

Geothermische Energie, Wärme aus dem „Schoß der Mutter Erde“, ist eine dem Menschen schon seit vielen 1000 Jahren bekannte Energiequelle. Die Thermalwässer und heißen Quellen wurden nicht nur für praktische Zwecke, wie zum Baden, für Trinkkuren, zur Gewinnung von Gasen oder Mineralsalzen durch Eindampfen, um Essen zuzubereiten oder für Heizzwecke genutzt, sondern sie hatten weltweit zuerst insbesondere eine religiöse oder mythische Bedeutung. Sie waren Sitz von Göttern, verkörperten Götter oder hatten göttliche Kräfte.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 15. Hydrochemische Untersuchungen

Thermales Tiefenwasser spiegelt die Herkunft, die Zirkulationsdauer und die Wechselwirkungen mit dem Umgebungsgestein wider. Die meisten Tiefenwässer weisen eine erhöhte Mineralisation und Gasgehalte auf. Um Aussagen zu den Eigenschaften des geförderten ThermalwassersThermalwasser und den möglichen Auswirkungen zu treffen, ist die genaue Kenntnis der Inhaltsstoffe eine grundlegende Voraussetzung für den erfolgreichen Langzeitbetrieb der geothermischen Anlage.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 1. Thermisches Regime der Erde

ImErneuerbare Energie Statusbericht Ren21 (2017) des “Renewable Energy Policy Network for the 21st Century” steht, dass die Erneuerbaren Energien weltweit im Jahr 2016 gegenüber 2015 um etwa 168 GWel (9,1 %) angestiegen sind. China verzeichnete in 2016 weltweit die höchste Wachstumsrate an Erneuerbaren Energien auf dem Stromsektor (U.S. Department of Energy 2016). In weit über 60 Ländern werden die Erneuerbaren Energien politisch und finanziell unterstützt.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 11. Potentielle Umweltauswirkungen bei der Tiefen Geothermie

Die Umwandlung in Strom oder Nutzwärme ist frei von CO2- und Rauchgasemissionen wie Rußpartikeln, Schwefel- und Stickoxiden. Der Betrieb von Geothermieanlagen ist prinzipiell sehr umweltverträglich. Im Normalbetrieb, wie auch bei Störfällen sind schädliche Umwelteinflüsse von technischer Seite durch die Verwendung von hochwertigen Baumaterialien und einer sehr ausgereiften Technik mit zahlreichen Sicherungseinrichtungen nahezu ausgeschlossen.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Chapter 10. Geothermische Nutzungen in Hochenthalpie-Gebieten

Der Großteil der geothermischen Stromproduktion wird heutzutage aus Hochenthalpie-Gebieten, die bereits in geringen Tiefen hohe Temperaturen aufweisen, durch Dry-Steam- oder Flash-Steam-Systeme gewonnen. Diese Systeme nutzen das druckentlastete und dadurch dampfförmige, heiße Thermalfluid als Arbeitsmittel, um eine Turbine zur Stromerzeugung anzutreiben. Zusätzliche Technologien wie ORC- oder Kalina-Anlagen sind also nicht notwendig

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 5. Planet — Ökologie und Natürliche Lebensgrundlagen

Wie schützen wir die natürlichen Lebensgrundlagen?

Der Kernpunkt der Nachhaltigen Entwicklung ist die Bewahrung der natürlichen Lebensgrundlagen. Damit ist mehr gemeint als ein reiner Naturschutz oder die für den Aufbau von Gesellschaft und Wirtschaft notwendigen Ressourcen. Die Bewaldung der natürlichen Lebensgrundlagen ist Voraussetzung für das Überleben von Mensch und Kultur. Wichtige Aspekte sind ökologisch vernünftiges Verhalten, sowie der Schutz der Ressourcen und der Umwelt.

Prof. Dr. Ulrich Holzbaur

Kapitel 9. Nachhaltig leben

Was können wir persönlich tun?

Ein nachhaltiges Leben – d. h. ein mit der Nachhaltigen Entwicklung verträgliches Verhalten – ist der Zielzustand für die Menschheit. Es gibt dafür viele Ansatzpunkte. Das Handeln des Einzelnen kann im Privatleben – Konsum, Mobilität, Wohnen – liegen oder im beruflichen oder ehrenamtlichen Engagement.

Ulrich Holzbaur

Kapitel 8. Umsetzung und Strategien

Wie können wir eine Nachhaltige Entwicklung erreichen?

Um eine Nachhaltige Entwicklung zu erreichen, müssen viele Akteure in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichen Strategien zusammenwirken. Die Umsetzungsstrategien für eine Nachhaltige Entwicklung gehen von der Nachhaltigkeitswirksamkeit und den Handlungsmöglichkeiten der einzelnen Beteiligten aus.

Prof. Dr. Ulrich Holzbaur

Raumrelevantes Umweltrecht

Die Bauleitplanung regelt die Nutzung von Grundstücken, indem sie bestimmte Ntzungen zulässt. Oft führt sie bisher ungenutzte Grundstücke einer baulichen Nutzung zu, die bisher für den Naturhaushalt oder das Landschaftsbild von Bedeutung waren. Des weiteren kann die neue Nutzung zu Konflikten mit der Wasserwirtschaft, der Luftreinhaltung und des Lärmschutzes führen. Da die Bauleitplanung alle durch sie hervorgerufenen Konflikte möglichst lösen, zumindest aber ansprechen soll, muss sie sich mit den umwelttechnischen und umweltrechtlichen Problemen der beabsichtigten baulichen Nutzung auseinandersetzen. Zudem kann die Bauleitplanung auch vorbeugend wirken, um schädliche Umwelteinwirkungen zu verhindern.

Hans Walter Louis

Raum- und Stadtentwicklung

Raumentwicklung dient der räumlichen Organisation von anthropogenen Nutzungen der Erdoberfläche. Raumentwicklung muss hinsichtlich Flächennutzungen, Freiraumstrukturen, Naturräumen und Infrastrukturen den Zielen der Nachhaltigkeit folgen. Sie unterliegt der staatlichen Verantwortung, d. h. sie wird hierarchisch von EU, Bund, Ländern, Regionen und Kommunen geplant und umgesetzt. Aufbauend auf Abschätzungen des Bedarfs an Anlagen und Flächen sowie auf Analysen der Raumstrukturen folgen sie raumbezogenen Leitbildern und räumlichen Ordnungsprinzipien wie Siedlungsachsen und Zentrale-Orte-Systemen.Stadtentwicklungsplanung dient dementsprechend der Organisation räumlicher Strukturen von baulichen Nutzungen und von Bebauung, von Infrastrukturanlagen und Freiräumen auf der Ebene von Städten und Gemeinden. Dazu werden strategische Konzepte und rechtlich wirksame Pläne wie Flächennutzungspläne für das Gemeindegebiet und Bebauungspläne für Gemeindeteile verknüpft und in Arbeits- sowie Entscheidungsprozessen unter Beteiligung von Fachplanern, Bürgerschaft, Wirtschaft aufgestellt und durch die legitimierten politischen Gremien („Räte“) beschlossen. Die Städte entwickeln sich, aufbauend auf ihren historischen Grundlagen, unter veränderten Anforderungen ständig weiter und folgen dabei den Leitbildern der Stadtentwicklung. Stadtentwicklungsplanung dient der Versorgung der Bewohner und der Wirtschaft mit Infrastruktureinrichtungen und -leistungen.

Klaus J. Beckmann

Kapitel 17. Abschließende Bewertung und Zusammenfassung

In den vorangehenden Kapiteln haben Autoren der akademischen und der angewandten Forschung, der Großindustrie, des Mittelstands und von Start-ups ihre Sicht auf das Nutzungspotenzial von C1-Gasen, insbesondere von CO2 und CO, aber auch von Methan dargestellt. Das abschließende Kap. 17 untersucht, wo sich die Autoren einig sind, wo unterschiedliche Meinungen deutlich werden und welches Gesamtbild zum ökonomischen Potenzial und zu den ökologischen und gesellschaftlichen Auswirkungen der C1-Verwertung sich daraus ableiten lässt.

Manfred Kircher

Kapitel 13. CO- und CO2-Nutzung und Nachhaltigkeit

Die Nutzung von CO2 und Co ist nur sinnvoll, wenn dadurch die Nachhaltigkeit der Konversionsprozesse und der resultierenden Produkte gesteigert werden kann. Kap. 13 definiert zunächst den Begriff der Nachhaltigkeit, um sich dann auf die ökologischen Aspekte der Konversion von C1-Gasen zu Chemikalien und Energieträgern zu konzentrieren.

Michael Carus

Kapitel 1. CO2 und CO: nachhaltige Kohlenstoffquellen für die zirkuläre Wertschöpfung

Die heutige Wirtschaft beruht zu einem großen Teil auf fossilen Energie- und Kohlenstoffquellen. Mit der fortschreitenden Energiewende zu emissionsfreien Energien wird der Bedarf an Kohlenstoffquellen zwar abnehmen, aber organische Chemieprodukte und auch Treibstoffe für bestimmte Anwendungen werden weiterhin auf kohlenstoffhaltige Rohstoffe angewiesen sein. Dieses Buch diskutiert schwerpunktmäßig das Potenzial von C1-Gasen (CO2, CO) als industrieller Kohlenstoffquelle, den Stand der Technik der Konversionstechnologien und mögliche Produkte. Kap. 1 führt in das Thema ein und stellt den Aufbau des Buches vor.

Manfred Kircher, Cornelia Bähr, Dennis Herzberg, Thomas Schwarz

Kapitel 7. Energieumwandlung

Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Unterschiedliche Energieformen können daher lediglich von der einen in die andere umgewandelt werden. Unter der elektrischen Energieumwandlung werden all jene Vorgänge verstanden, die eine nichtelektrische Energieform in eine elektrische umformen. Hierzu ist auch der Begriff der elektrischen Energieerzeugung gängig. Will man sich einen Überblick über Möglichkeiten der Energieumwandlung im Allgemeinen verschaffen, ist es sinnvoll, sich zunächst mit den Energiequellen, den Energievorräten und dem Energiebedarf sowie mit den damit verbundenen Reichweiten zu befassen. Darüber hinaus ist es wichtig zu verstehen, wie die Elektrizitätswirtschaft funktioniert. Es wird erklärt, wie Energieversorgungsunternehmen arbeiten, was ein Verbundnetz ist und wie sich Strompreise bilden. Anschließend werden verschiedene Arten von Energieumwandlungsanlagen in Form von Kraftwerken behandelt. Ein großer Teil des Kapitels beschäftigt sich mit thermischen Kraftwerken und deren Funktionsweise (Verbrennungsprozess, Kesselanlage, Dampfprozess, Dampfturbinen, Gasturbinen und Kraft-Wärme-Kopplung). Auch wenn in Deutschland (Stand 2013) ein Beschluss zum AusstiegAusstieg aus der Kernenergie aus der KernenergieKernenergieausstieg vorliegt, ist es sinnvoll die verschiedenen Arten von Kraftwerken und deren Betriebsweise zu kennen. Deshalb werden der Leichtwasserreaktor, der Hochtemperaturreaktor, der Schwerwasserreaktor, der Schnelle Brüter und der Fusionsreaktor erklärt. Auch die Themen Reaktorsicherheit und Gefahrenpotentiale werden mit Blick auf die Vorfälle im Jahre 2011 in Fukushima betrachtet. Im weiteren Verlauf wird auf die verschiedenen Arten der regenerativen Energieumwandlung eingegangen: Möglichkeiten der Energieumwandlung aus Wasserkraft, Windkraft, Solarstrahlung, Biomasse und Geothermie werden vorgestellt. Ebenso wird die Wasserstofftechnologie erklärt. Ein in Zukunft vielfältigerer Energiemix stellt die Einhaltung der Netzstabilität vor neue Herausforderungen. Daher wird auf die wichtige Funktion der Netzregelung eingegangen. Abschließend wird das Thema der rationellen Energieanwendung und der Technikfolgenabschätzung behandelt. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der CO2-Problematik, den Klimaschutzabkommen, den Emissionsrechtehandel und der Auswirkung auf Arbeitsplätze.

Richard Marenbach, Johann Jäger, Dieter Nelles

Kapitel 5. Erzeugungsanlagen mit Nutzung Erneuerbarer Energien

Die erforderlichen Eigenschaften der Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien können nicht in klassischen Generatoren sichergestellt werden. Unterschiedliche Generatorsysteme werden in Bezug auf die Einsatzeignung in Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien gegenübergestellt. Deren elektrische Eigenschaften werden im Hinblick auf Volatilität des ins Netz eingespeisten Stromes behandelt. Die systemtechnischen Anforderungen der Netzkodizes an das statische und dynamische Verhalten der Erzeugungsanlagen bei volatiler Leistungseinspeisung sowie bei Netzfehlern sind zusammengefasst und erläutert. Aus der Analyse des volatilen Verhaltens der Erzeugungsanlagen werden Möglichkeiten für die Reduzierung der internen Verluste und dadurch die Steigerung der Erträge gezeigt. Die Netzrückwirkungen werden vom Gesichtspunkt der Standardisierung, Messung, Messverfahren, Berechnung und Beurteilung betrachtet.

Boris Valov

Kapitel 2. Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien

Aus erneuerbaren Energieträgern kann elektrische und/oder thermische Energie gewonnen werden. Welche Energieart am Ausgang einer Energieerzeugungsanlage höhere Priorität bekommen soll, hängt vom Anlagentyp (statische oder rotierende) und von ihrem Auslegungsziel (Strom- oder Wärmeerzeugung) ab. Das Verfahren der Elektroenergieerzeugung aus Energien des Windes, der Sonnenstrahlung, des fließenden Gewässers und der Wasserströmungen auf See sind kurz beschrieben. Allgemeine technische Eigenschaften der Windenergieanlagen, PV-Anlagen, Wasserkraftwerke, Biomasse- und Biogasanlagen sowie Stromerzeugungsanlagen aus Energien von Gezeiten, Wellen und Meeresströmungen werden aufgezeigt.

Boris Valov

Kapitel 13. Heizungssysteme

Das Heizungs- und Warmwasseraufbereitungssystem ist in der Regel das Herzstück des häuslichen Energiekonzeptes. Weitere Hauptbestandteile im HeizungssystemHeizungssystem sind die Wärmespeicherung, die Verteilung und die Wärmeübertragung. Die Wärmeübertragung ist verantwortlich für den thermischen Energieübergang vom Heizungssystem an die Wohnfläche. Alle Systemkomponenten müssen auf die thermische Energiewandlungsanlage (oder einfach die Heizung) abgestimmt sein, damit eine vorteilhafte Interaktion zwischen den einzelnen Hauptbestandteilen stattfinden kann. Häufig werden in den einzelnen Systembereichen auch Kombinationen eingesetzt. So stellt eine Gasbrennwerttherme kombiniert mit einer Solarthermieanlage eine geläufige Anlagenkombination dar.

Nicolei Beckmann

Kapitel 5. Gesetzliche Rahmenbedingungen

Die gesetzlichen Anforderungen an den Bausektor sind vielseitig und haben sich über Jahrzehnte weiterentwickelt. Daher fällt es schwer, einen Überblick über die Verantwortlichkeiten und Zusammenhänge zu behalten. Für ein besseres Verständnis erfolgt ein Blick in die Historie zum gesetzlichen Mindestwärmeschutz im HochbauHochbau . Der Begriff Hochbau beschreibt alle Baukörper, die sich mehrheitlich oberhalb der Erdoberfläche befinden, als Gegenpart zum Tiefbau.

Nicolei Beckmann

Kapitel 5. Analyse von stationären/portablen Anwendungen mit grünem Wasserstoff

Es gibt eine Vielzahl von H2-Energiewandlern für stationäre und portable Anwendungen auf dem Markt. Unter einem stationären System werden Systeme verstanden, die fest an einen Ort gebunden sind. Daneben gibt es portable Systeme, die mithilfe von Fahrzeugen an unterschiedliche Orte transportiert werden können.

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 3. Analyse von Umwelt- und ökonomischen Merkmalen von grünem Wasserstoff

Wie bereits in Kapitel 1.4.2 diskutiert sind die ökologischen Auswirkungen durch den heutigen Einsatz von fossilen Energieträgern auf der ganzen Erde zu spüren. Sie reichen von extremen Wetterphänomenen durch Klimaerwärmung und Meeresspiegelanstieg über Artensterben (Diaz 2019), Umweltverschmutzungen durch fossile Energieträger und volkswirtschaftliche Abhängigkeiten von Rohstoffen und Energieressourcen bis hin zu Krisen, Kriegen und Auseinandersetzungen um Energieressourcen, um nur einige Konfliktherde hier zu nennen (Nerem et al. 2018; Masson und Delmotte 2018; Baier 2015; Hutter 2018; Kropp A. 2019; Tol 2018).

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 8. Empirische Studie zu Geschäftsmodellen für grünen Wasserstoff

Das Ziel der empirischen Studie ist es, auf Fragen zur Bewertung von Geschäftsmodellen für H2 als grünen nachhaltigen sekundären Energieträger in den Bereichen stationäre und mobile Anwendungen, Antworten zu erhalten. Diese Antworten dienen dazu die in den Kapiteln durchgeführten Berechnungen, Analysen aus Studien und Argumentationen mit empirischen Erhebungsdaten zu vergleichen und so zu bewerten. Die Daten stammen aus einer Befragung von Wasserstoff Experten.

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 7. Analyse von Power to - X -Anwendungen mit grünem Wasserstoff

Unter Power-to-X-Prozessen werden energetische Umwandlungsprozesse von elektrischer Energie aus volatilen erneuerbaren Energiequellen in unterschiedliche Ausgangsprodukte, wie H2, synthetische Gase und synthetische flüssige Treibstoffe mithilfe von Elektrolyse verstanden. Diese Ausgangsprodukte dienen als Energiespeicher volatiler Energiequellen und können je nach Nachfrage beliebig in den drei Energiesektoren Wärme, Strom und Mobilität verteilt werden. Diese Möglichkeit, die Energie aus volatilen Quellen zu speichern und beliebig in den Energiesektoren einzusetzen, wird zukünftig für den Energietransformationsprozess und für die Sektorenkopplung (integrated energy) eine wichtige Rolle spielen (Christopher J. 2018; DENA 2018b, 2018a; Foit et al. 2017; Perner J. 2018; Schmidt et al. 2017; Tichler 2014; van Leeuwen 2018; Zapf 2017).

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 9. Hauptbeiträge und Zusammenfassung

Die Nutzung konventioneller Energieträger als treibende Kraft des Wohlstandes ist aufgrund massiver Umwelt- und Klimaveränderungen und der damit einhergehenden gesellschaftlichen Probleme und Risken für die nächsten Generationen nicht mehr verantwortbar. Heutige konventionelle fossile Energieträger müssen durch nachhaltige Energiequellen ersetzt werden, auch wenn diese volatilen Eigenschaften haben. Diese Transformationsprozesse des Energiesystems sind notwendig, um die hohen Mengen an Emissionen von Kohlendioxiden und anderen klima-, gesundheits- und umweltschädlichen Stoffen in den Lebensräumen zu reduzieren, die bei den heutigen Energieumwandlungsprozessen durch Verbrennungs- und chemischen Vorgänge stattfinden.

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 1. Grundlagen zum Forschungsgebiet

In der Naturwissenschaft wird Energie mit der Fähigkeit gleichgesetzt, eine Wirkung zu zeigen. Energie hat die Fähigkeit, externe Effekte zu erzeugen, z. B. als mechanische Arbeit, Wärme oder Licht (Osterhage 2019; Hassel et al. 2018; Döring 2019; Engel und Reid 2019; Mardorf 2019; Osterhage 2019). Physikalisch betrachtet kommt Energie in unterschiedlichen Formen vor: als potentielle , kinetische, chemische, elektrische, nukleare oder thermische Energie (Dohlus 2018).

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 8. Das Fragenstellen als Methode der Raumerschließung – Selbstorganisierte Exkursionen von Studierenden für Studierende

Exkursionen zählen in der Geographie zu den grundlegenden Methoden, die der Raumerkundung und -erschließung im Gelände dienen. Ein Ziel von Exkursionen ist es, Erkenntnisgewinnungsprozesse bei Studierenden vor allem durch Wahrnehmungsprozesse anzubahnen. In diesem Zusammenhang besitzt das Entwickeln von Fragen große Potenziale, da dem Fragenstellen als Strategie im Erkenntnisgewinnungsprozess eine hohe Bedeutung zugesprochen wird. Im vorliegenden Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, in dem eine Exkursion von den teilnehmenden Studierenden selbst organisiert wird. Im Rahmen eines Vorbereitungsseminars planen die Studierenden in Kleingruppen jeweils einen Exkursionstag einer siebentägigen Exkursion in die nördliche Toskana (Italien). In der vorlesungsfreien Zeit wird die Exkursion von den einzelnen Exkursionsgruppen durchgeführt und im Anschluss täglich ausführlich reflektiert. Das Exkursionskonzept wird durch die Methode des Fragen-an-den-Raum-Stellens geprägt, indem diese Strategie der Erkenntnisgewinnung den Fokus auf den konkreten Exkursionsraum richtet. Die von den Studierenden vor, während und nach dem Studienmodul gestellten Fragen begleiten den gesamten Planungs-, Durchführungs- und Reflexionsprozess der Exkursion. Durch diesen konstruktivistischen Zugang können die Studierenden ihren individuellen Interessen nachgehen und Schwerpunkte im Exkursionsraum wählen. Das Exkursionskonzept stellt ein gelungenes und bewährtes Beispiel für die Verknüpfung von fachlichem und fachdidaktischem Lernen dar.

Anne-Kathrin Lindau, Tom Renner

Grundlagen für ein CO2-armes Wirtschaften

Die Jugendbewegung „Fridays for Future“ schafft, was diverse UN-Konferenzen zuvor nicht vermochten: die Gesellschaft und Politik für den Klimawandel, seine Folgen und Gegenmaßnahmen zu sensibilisieren. Der Beitrag beschäftigt sich mit folgenden Fragen: Aber wie können gute Absichten in tatsächliches Handeln übertragen werden? Und wie können vor allem Unternehmen ihren CO2-Ausstoß steuern?

Elmer Lenzen, Sonja Scheferling

Kapitel 8. Die Kernenergie angesichts von Klimawandel und Energiekrise

Unsere Energieversorgung und insbesondere unsere Mobilität basieren fast ausschließlich auf fossilen Brenn- und Treibstoffen. Deren Reserven sind bald einmal aufgebraucht und das freigesetzte CO2 führt zum Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre und ist damit die Hauptquelle des globalen Klimawandels, der früher oder später zu einer existenziellen Bedrohung der Menschheit werden könnte. In diesem Kontext sollte die Rolle der Kernenergie neu beurteilt werden, denn sie könnte bei der Bewältigung des Klimawandels eine wichtige Rolle spielen.

Hansruedi Völkle

Kapitel 2. Märkte der Bioökonomie

Die Bioökonomie generiert in Deutschland einen Umsatz von 360 Mrd. EUR. Der traditionelle Markt der Bioökonomie ist die Ernährung. Auch die Holzverarbeitung ist Teil der bestehenden Bioökonomie. In den Wirtschaftssektoren Konstruktionsmaterialien, Papier, Textilfasern, Chemie, Pharma, Wärme, Strom und Kraftstoffe hat die Bioökonomie dagegen erhebliches Wachstumspotential. Der damit einhergehende Bedarf an bio-basierten Rohstoffen wird allerdings mit der Flächennutzung für die Ernährung in Wettbewerb geraten. Deshalb hat die wachsende Bioökonomie auch auf die Märkte der Ernährung Auswirkungen. Das Kapitel diskutiert den heutigen Stand der Bioökonomie in den genannten Branchen sowie das zukünftige Potential und begrenzende Faktoren.

Manfred Kircher

Kapitel 5. Mit welchen Risiken leben wir?

Jede Technik, sei es zur Energieerzeugung, für die Mobilität, den Warentransport oder für industrielle Prozesse, bringt nicht nur Nutzen, sondern auch Risiken. Wenn der Mensch nicht auf die Vorzüge solcher Technologien verzichten will, muss er lernen, so damit umzugehen, dass er die Kontrolle darüber behält und dass die zusätzlichen Risiken kontrollierbar und so niedrig wie möglich bleiben. Viele Pannen, Unfälle und Katastrophen sind auf menschliches Fehlverhalten oder Versagen zurückzuführen, seltener auch auf kriminelle Absichten. Der Sicherheitskultur kommt daher oberste Priorität zu. Dazu gehört auch die entsprechende Ausbildung und Motivation der verantwortlichen Mitarbeitenden, verbunden mit einer kontinuierlichen sicherheitstechnischen Überprüfung und Nachrüstung aller technischen Anlagen und Einrichtungen während ihrer gesamten Betriebszeit. Eine wichtige Funktion haben hier auch kompetente und unbestechliche Bewilligungs- und Aufsichtsbehörden.

Hansruedi Völkle

Kapitel 5. Energietransitionsphasen in Dänemark, Deutschland und Frankreich

Das zentrale Ziel dieses Kapitels ist es, die Energietransitionsprozesse in Dänemark, Deutschland und Frankreich zu verstehen sowie die unterschiedlichen Transitionsphasen und -dynamiken herauszuarbeiten (vgl. 5.1, 5.2, 5.3). Dadurch werden bereits entscheidende Unterschiede im Ländervergleich bestimmt.

Meike Löhr

Kapitel 2. Sektoren der Bioökonomie

Der deutsche Bioökonomierat definiert die Bioökonomie als „die Erzeugung und Nutzung biologischer Ressourcen (auch Wissen), um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren im Rahmen eines zukunftsfähigen Wirtschaftssystems bereitzustellen“. Mit Produkten und Verfahren sind dabei biologische Rohstoffe und deren Verarbeitung zu Nahrungsmitteln, bio-basierten Materialien und Bioenergie gemeint. Dienstleistungen können beispielsweise die für die Bioökonomie spezifische Logistik von Ausgangsstoffen, die Entsorgung von Seitenströmen aus Produktionsverfahren oder die Recyclierung von Konsumentenprodukten nach Gebrauch sein. Die Wirtschaftssektoren der Bioökonomie beinhalten einerseits traditionell biobasierte Branchen wie die Ernährungswirtschaft sowie neue Bereiche wie die Chemie und andere Industrien, die erst teilweise biobasiert produzieren. Zehn Branchen werden vorgestellt und ihr zukünftiges Potential für die Bioökonomie diskutiert.

Manfred Kircher

13. Dezentrale energetische Quartiersversorgung als neues Feld lokaler Ökonomie

Der Ausbau erneuerbarer Energienerneuerbarer Energien führt zu Innovationen technischer und organisatorischer Art, sodass sich neue räumliche und ökonomische Strukturen im Energiebereich ergeben. Dies ermöglicht die Einbindung des Sektors Energie in lokalökonomische Systeme als neues Tätigkeitsfeld auf Quartiersebene. Der Beitrag legt dar, wie die planerischen Phasen des quartiersbezogenen energetischen Stadtumbaus Möglichkeiten für die Lokale Ökonomie bieten und wie Lokale Ökonomie die Etablierung von dezentralen Erneuerbaren-Energieanlagen in Quartieren begünstigen kann.

Christiane Büttner, Kersten Roselt

7. Abwärmenutzung in Industrie und Gewerbe

Die Nutzung von Abwärme in Industrie- und Gewerbebetrieben eröffnet erhebliche Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz. Die Unternehmen in Deutschland setzen 1670 Petajoule bzw. 460 Terawattstunden (460 Milliarden kWh) Energie im Jahr ein, um Wärme für die erforderlichen Produktions- und Verarbeitungsprozesse zu gewinnen [1]. Ein erheblicher Anteil wird dabei jedoch als ungenutzte Wärme in Form von Abwärme an die Umgebung abgegeben. Hier sind also noch große Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz vorhanden, die genutzt werden können.

Martin Dehli

Klimaschutz 4.0

Der anthropogene Klimawandel zählt zu den größten Herausforderungen der heutigen Gesellschaft. Verantwortlich für den Klimawandel ist mit einer hohen Wahrscheinlichkeit die kontinuierlich seit Beginn der Industrialisierung 1850 steigende Konzentration an Treibhausgasen (IPCC 2013b). Zu den wichtigsten Treibhausgasen in der Atmosphäre gehören Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O), Ozon (O3) sowie die fluorierten Gase (F-Gase). Sie zählen zu den Spurenstoffen in der Atmosphäre und betragen gerade mal 1 % der in der Luft enthaltenen Moleküle und Partikel; den größten Anteil nehmen Stickstoff (N, 78 %) und Sauerstoff (O2, 21 %) ein.

Katja Trachte

Keine Nachhaltigkeit ohne Energiewende

In der CSR-Berichterstattung müssen Klimaschutz und Energiewende eine zentralere Rolle spielen. Denn wenn es uns nicht gelingt, die Zielsetzungen der Agenda 2030 und des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen, wird dies zu gravierenden gesellschaftlichen Umwälzungen führen. Die Energieagentur Rheinland-Pfalz unterstützt Kommunen und ihre Bürger sowie Unternehmen auf ihrem Weg in eine neue Energiezukunft.

Thomas Pensel, Dagmar Schneider

Kapitel 4. Wirkungsabschätzung

In der WirkungsabschätzungWirkungsabschätzung geht es darum, die Informationen aus der Sachbilanz (d. h. die Ergebnisse mit den kumulierten Schadstoffemissionen und Ressourcenverbräuchen) für die KommunikationKommunikation und/oder die EntscheidungsunterstützungEntscheidungsunterstützung auf wenige (Umwelt-)Parameter zu verdichten. Eine Verdichtung bedeutet, dass eine GewichtungGewichtung oder Priorisierung der vorliegenden Informationen vorgenommen wird.

Rolf Frischknecht

21. Konzepte und Faktoren für Innovation bei Pfizer

Dare to Try, Start-up Hubs und Green Economy

Ein flexibles und dennoch formalisiertes Innovationsmanagement stellt heute einen wichtigen Wettbewerbsfaktor für Unternehmen dar. Das pharmazeutische Unternehmen Pfizer hat vor diesem Hintergrund den sogenannten Dare-to-Try-Ansatz implementiert, der als Katalysator für eine neue Innovations- und Experimentierkultur wirkt. Ein Ergebnis, das diese Struktur hervorgebracht hat, war das „Pfizer Healthcare Lab“ in Berlin, das eine flexible Plattform für Kooperationen zwischen Pfizer und verschiedenen Start-ups darstellte. Das Lab entwickelte sich bald zu einem Erfolgsmodell und wurde zum internationalen „Pfizer Healthcare Hub“ ausgebaut. Zudem wurden auch an anderen Standorten weitere Hubs eingerichtet, darunter der Produktionsstandort Freiburg, wo die Innovationsfelder Patientenorientierung und ökologische Nachhaltigkeit im Mittelpunkt stehen. Das innovationsfreundliche Umfeld im Land Baden-Württemberg wirkt sich dort zusätzlich als positiver Treiber aus.

Ekaterina Alipiev, Peter Neske, Ralph Lägel

Kapitel 1. Eine kurze Geschichte der Energienutzung

Energie ist die Voraussetzung aller natürlichen Prozesse. Keine Bewegung, keine Umwandlung eines Stoffes, keine chemische Reaktion und schließlich kein Leben ist ohne die Beteiligung von Energie denkbar. Genauer gesagt: jeder dieser Prozesse basiert auf der Umwandlung von Energie. Energie ist auch die Grundbedingung für die Existenz des Menschen und seiner Gesellschaften. Im Lauf der Geschichte hat der Mensch gelernt, sich unterschiedliche Energieträger anzueignen und durch geeignete Energietechniken nutzbar zu machen. Diese Entwicklung lässt sich jedoch nicht nur auf technische Fragestellungen reduzieren, sondern ist immer eng mit gesellschaftlichen Prozessen verknüpft.

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

Kapitel 3. Stromerzeugung und -speicherung

Elektrizität oder umgangssprachlich „Strom“ ist ein wichtiger Endenergieträger, dessen Bedeutung mit Fortschreiten der Energiewende weiter zunehmen wird. Wie wird der elektrische Strom gewonnen? Für die Bereitstellung von elektrischer Energie sind einige Umwege zu gehen, da die Energieformen nicht beliebig ineinander umwandelbar sind. So wird in einem Kohle- oder Gaskraftwerk aus der im Brennstoff gebundenen chemischen Energie über den Umweg der thermischen Energie zunächst mechanische und dann im Generator elektrische Energie gewonnen. Dieser klassische Kraftwerksprozess und seine klimaschädigenden Folgen sollen zu Beginn dieses Kapitels ausführlich beschrieben werden. In Kernkraftwerken macht man sich Kernbindungskräfte durch Kernspaltung oder -fusion zunutze, um thermische Energie und daraus mit einem konventionellen Kraftwerksprozess elektrische Energie zu gewinnen. Trotz erprobter Kraftwerkstechnik und hoher Sicherheitsstandards besteht jedoch ein Restrisiko für große Unfälle, wie zuletzt die Katastrophe von Fukushima belegt. Gibt es eine sichere nukleare Energieerzeugung? Löst die Kernfusion unsere Energie- und Klimaprobleme? Mit diesen Fragen beschäftigt sich dieses Kapitel ebenso wie mit der nach dem Verbleib des Atommülls.Regenerative Energien wie Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Biogas sind ebenso Ausgangspunkt von Energiewandlungsketten, die zu Elektrizität führen: aus Solarenergie gewinnen Photovoltaik-Anlagen die Elektrizität direkt und solarthermische Kraftwerke (CSP) über den Umweg thermischer Energie. Windenergieanlagen nutzen die kinetische Energie des Windes, Wasserkraftwerke die kinetische oder potenzielle Energie von Wasser.Auch aus Biomasse und Biogas wird über den Zwischenschritt der Verbrennung elektrische Energie gewonnen, im Gegensatz zu den mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken aber CO2-neutral. Bei Geothermie-Kraftwerken wird die thermische Energie zum Antrieb des Kraftwerksprozesses nicht durch Verbrennung gewonnen, sondern den Tiefen des Untergrunds entnommen.Die Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff, Methan oder Methanol durch eine sog. kalte Verbrennung mit Luftsauerstoff direkt in elektrische Energie um. Diese Technologie könnte in einem zukünftigen Energiesystem große Bedeutung erlangen. Die Elektrischen Energiespeicher beenden das Kapitel. Der wachsende Anteil erneuerbarer Energien wird den Bedarf an Energiespeichern innerhalb der Systeme zur Strom- und Wärmebereitstellung aufgrund des volatilen bzw. saisonalen Angebots zukünftig erheblich erhöhen. Energiespeicher sind keine Energiewandler, die aus einer Form von Primärenergie (fossil, nuklear oder regenerativ) Endenergie erzeugen. Die Aufgabe von elektrischen Energiespeichern besteht vielmehr darin, bereits erzeugten, aber nicht benötigten Strom zu lagern, bis wieder ein Bedarf entsteht. Die Speicherung der elektrischen Energie kann direkt in Kondensatoren oder Spulen und indirekt als chemische Energie in Batterien und Akkumulatoren sowie als mechanische Energie in Schwungradspeichern erfolgen. Die in der Diskussion stehenden Power-to-X-Technologien schließen diesen Abschnitt ab.

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

Kapitel 7. Energiepolitik in Deutschland

Ziel der Energiepolitik ist die langfristige Sicherstellung einer preisgünstigen, verbraucherfreundlichen, effizienten und umweltverträglichen Energieversorgung der Allgemeinheit. Bei der Organisation dieser Aufgabe hat sich in den letzten 20 Jahren in vielen europäischen Staaten ein Paradigmenwechsel vollzogen. Insbesondere bei den leitungsgebundenen Energieträgern Strom und Gas erfolgte eine Liberalisierung der Energiemärkte, die eine Abkehr von den bisherigen Gebietsmonopolen der Strom- und Gasversorger bedeutete. Während der Betrieb der Strom- und Gasnetze weiterhin als natürliches Monopol organisiert ist, unterliegen Energieerzeugung und -verteilung dem Wettbewerb. Der Netzzugang wird in Deutschland durch das zuletzt 2011 novellierte Energiewirtschaftsgesetz geregelt und von einer Regulierungsbehörde – der Bundesnetzagentur – überwacht.Die gleichzeitige Berücksichtigung von Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit führt häufig zu Zielkonflikten in der Energiepolitik. Viele Konfliktlinien weisen dabei ähnliche Konstellationen auf: während aus Sicht der Wirtschaftspolitik günstige Energiepreise im Vordergrund stehen, werden seitens der Umweltpolitik verstärkt Aspekte der Klima- und Umweltverträglichkeit eingefordert. Beispiele sind die seit Anfang der 80er Jahre andauernden Auseinandersetzungen um die Atomkraft oder die Diskussionen über eine zentrale oder dezentrale Struktur eines zukünftigen Energiesystems.

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

Kapitel 2. Energieformen und Energiebedarf

Energie ist eine physikalische Größe und tritt in unterschiedlichen Erscheinungsformen auf. In ihrer natürlichen, noch nicht technisch aufbereiteten Form, wird sie als Primärenergie bezeichnet. Dazu zählen Naturgas, Rohöl, Sonnenstrahlung oder Wind. Um Primärenergie als Wärme oder Arbeit nutzbar zu machen sind in der Regel Umwandlungsprozesse notwendig. Allerdings lassen sich Energieformen nicht beliebig ineinander überführen, sondern unterliegen technischen Grenzen, die durch die Thermodynamik beschrieben werden.Der weltweite Primärenergieverbrauch beträgt derzeit knapp 600 Exajoule – das ist eine sechs mit 20 Nullen – und beruht überwiegend auf fossilen Energieträgern. Bezieht man diese Zahl auf die gesamte Weltbevölkerung, so ergibt sich ein täglicher Primärenergiebedarf von etwa 60 kWh pro Einwohner. Der weltweite Primärenergiebedarf ist jedoch sehr ungleich verteilt: während ein Einwohner Deutschlands rechnerisch etwa doppelt so viel verbraucht, beträgt dieser Wert für einen Einwohner Indiens nur ein Drittel.

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

14. Energiepolitik

Das immense Wirtschaftswachstum in der VR China führt zu einem stark steigenden Energiebedarf, sodass China zum weltweit größten Verbraucher von Energie avancierte. Bisher war Kohle die Hauptenergiequelle zur Deckung des wachsenden Bedarfs. Die steigende gesundheitliche Belastung der Bevölkerung durch Smog und durch die Überschreitung der durch die Regierung gesetzten Kohlenstoffdioxidziele in weiten Teilen Chinas lässt neue Energieträger in den Vordergrund treten. Neben den erneuerbaren Energien, wie Windkraft, Solarkraft, Wasserkraft und Erdwärme, gehört die Kernkraft zu den wichtigsten neuen Energielieferanten.

Nils Wartenberg, Fabian Stein, Barbara Darimont

Zur internationalen Dimension der Energiewende

In diesem Kapitel wird die internationale Dimension der Energiewende behandelt. Obwohl in den meisten Industrie- und Entwicklungsländern fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas noch den Löwenanteil zur Energieversorgung beitragen, hat weltweit ein Umdenken in Richtung auf eine verstärkte Nutzung von Energieeffizienz und erneuerbare Energien begonnen. Das Kapitel erläutert, wie dieser Prozess begonnen hat, welche Länder eine Vorreiterrolle übernommen haben und mit welchen Politikinstrumenten und Institutionen die Energiewende vorangetrieben wird. Die Energiewende zielt auf einen kompletten Umbau des Energiesystems. Der Leser erhält einen Überblick über die zentralen Akteure der Energiewende. Ferner wird der Zusammenhang von Energiewende und ökologischem Problemdruck – Katastrophen wie Tschernobyl oder Fukushima oder dem immer deutlicher werdenden Klimawandel – erläutert.

Lutz Mez

Das Recht der Energiewende

Im folgenden Kapitel wird das Recht der Energiewende in seinen Grundstrukturen dargestellt. Dazu werden seine rechtlichen Charakteristika, seine wesentlichen Elemente sowie sein Verhältnis zu anderen Bereichen der Rechtsordnung, insbesondere dem Klimaschutzrecht analysiert. Ein besonderer Fokus wird auf die wesentlichen aktuellen Herausforderungen gelegt, denen die Rechtspolitik gegenwärtig auf dem Weg zu einer erfolgreichen Energiewende begegnet.

Michael Rodi

Energiewende im Wärmesektor – noch ein langer Weg

In diesem Kapitel geht es um die Energiewende im Wärmesektor, also die Umstellung von Heizungen auf erneuerbare Energien sowie eine Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden. Im Fokus des Kapitels steht der politische Steuerungsrahmen, wichtige Akteure im Politikfeld der erneuerbaren Wärme sowie die zentralen Herausforderungen und Hemmnisse einer Energiewende im Wärmesektor. Das Kapitel konzentriert sich auf drei ausgewählte Wärmeerzeugungstechnologien: Solarkollektoren zur Nutzung der Wärme aus der Sonne, Holzheizungen zur Nutzung biogener Wärme sowie Wärmepumpen zur Nutzung von Umweltwärme. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Wärmeerzeugung durch kleine Anlagen in Wohngebäuden (individuelle Wärmeversorgung).

Dörte Ohlhorst

Partizipation und bürgerschaftliches Engagement in der Energiewende

In diesem Kapitel wird Partizipation in der Energiewende, also die Beteiligung von Einzelpersonen, Institutionen und anderen Akteuren an Planungsverfahren, Energiewende-Strategien, konkreten Umsetzungsmaßnahmen und an Energieanlagen selbst behandelt. Die Beteiligungsformen werden differenziert in politische und soziale Partizipation (z. B. Öffentlichkeitsbeteiligung), bürgerschaftliches Engagement und materiell-finanzielle Partizipation (z. B. Bürgerenergie) sowie Optionen der direkten Demokratie (z. B. Referenden) und Arrangements partizipativer Governance (z. B. Klimaschutzrat) dargestellt. Näher betrachtet werden das Warum von Partizipation und die Effekte von Beteiligung. Abschließend werden Transformationen von Beteiligungsarten und -verhalten der vergangenen Jahre werden diskutiert.

Jörg Radtke, Ortwin Renn

Biographie der Energiewende im Stromsektor

Dieses Kapitel beschreibt die Biographie der Energiewende in Deutschland. Im Mittelpunkt stehen die zentralen historischen Ereignisse, relevante Akteure und prägende politische Maßnahmen. Der zeitliche Verlauf wird von den ersten Umwelt- und Energiekrisen in den 1970er-Jahren bis zu der jüngsten Debatte um den Kohleausstieg nachgezeichnet. Die Politik mehrerer Ebenen – von der kommunalen bis zur internationalen Ebene – steuerte den Prozess. Die spätere Dynamik der Energiewende ist jedoch nicht ohne das große Engagement zivilgesellschaftlicher Akteure zu erklären. Darüber hinaus haben verschiedene externe Einflüsse die Dynamik mitbestimmt. Auch wissenschaftlich-technische sowie unternehmerische Pioniere in der Energiewirtschaft spielten eine maßgebliche Rolle. Der Politik- und Innovationsprozess verlief nicht gradlinig, sondern als ein Aushandlungsprozess zwischen unterschiedlichen staatlichen, privaten und gesellschaftlichen Akteuren und deren Interessen.

Dörte Ohlhorst

Public Deliberation zu Klimarisiken und Negativen Emissionen. Möglichkeiten und Grenzen der Partizipation

Die globale Herausforderung des Klimawandels genießt eine hohe öffentliche und auch politische Aufmerksamkeit. Lösungsansätze erweisen sich jedoch als ausgesprochen komplex und durchaus auch umstritten. Ein bisher öffentlich wenig debattierter Ansatz ist dabei die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre, so genannte „Negative Emissionen“ oder „Carbon Dioxide Removal“ (CDR). Neue Technologien zum Zweck der CO2-Entfernung sind mit spezifischen Chancen und Risiken verbunden. Eine öffentliche und politische Meinungsbildung ist also notwendig – unter Einbindung von Experten, Betroffenen, Anspruchsgruppen und Politik. Doch wie kann Partizipation zu einem Thema gestaltet werden, das wenig bekannt und dabei zugleich komplex und herausfordernd ist? Der Beitrag präsentiert Erfahrungen und Lehren aus einem umfassenden Partizipationsprojekt zu „Negativen Emissionen“ in der Schweiz, getragen durch die Stiftung Risiko-Dialog und das Schweizerische Bundesamt für Umwelt. Dabei konnten (unterschiedliche) Erfahrungen sowohl mit einem Experten- wie auch einem Anspruchsgruppendialog gesammelt werden. Deutlich wird dabei, dass die Partizipation von Expertinnen und Experten in diesem Fall deutlich einfacher zu realisieren ist als jene einer breiten Öffentlichkeit, da letztlich ein globaler und gleichzeitig sehr rascher Einbezug nötig wäre.

Matthias Holenstein, Christoph Beuttler, Anna-Lena Köng, Somara Gantenbein

Bürgerentscheid zum Heizkraftwerk Nord in München. Nach der Abstimmung ist vor der Entscheidung

Im Rahmen eines Bürgerentscheids haben die BürgerInnen Münchens entschieden, das Heizkraftwerk Nord der Stadtwerke München aus Klimaschutzgründen abzuschalten. Im Beitrag wird zunächst dargestellt, welche unterschiedlichen Wirkungen solche Bürgerentscheide in Hinblick auf ihre Folgen, die Eindeutigkeit und Befriedung der Diskussion haben können. Ausgehend von einem knappen Abriss der Historie von Bürgerentscheiden in der jüngeren Geschichte der Stadt München werden der aktuelle Fall, seine Rahmenbedingungen und Einflussfaktoren, die handelnden Akteure und ihre Kommunikation dargestellt. Ausführlich ist zu lesen, dass bei der Entscheidungsfindung, also dem Bürgerentscheid, seine wesentlichen Folgen nicht oder nicht ausreichend dargestellt und diskutiert wurden. So wurde ein Beschluss gefasst, dessen Tragweite und mögliche Folgen der Bevölkerung intransparent blieben und in dessen Folge mehr Unklarheit über seine Legitimität und seine Wirkung besteht als zuvor. Daraus leiten sich mehrere grundsätzliche Fragen ab, z. B. ob mit lokalen Fragestellungen (Schließung eines Kraftwerks) überregionale Themen (Klimaschutz) sinnvoll behandelt werden können, wie sich die „Betroffenheit“ von einem Projekt abgrenzen lässt und welche Bedeutung moderne Kampagnenkommunikation für die Durchsetzung von Interessen hat.

Christoph Eichenseer

3. Energiemanagement – Energiebeschaffung für Unternehmen

Ohne Energie funktioniert nichts in der modernen Industriegesellschaft.

Olaf Schulze

Kapitel 3. Green Financing im Nachhaltigkeitsmanagement

Der leitende Gedanke und Sinn von Green Finance ist die Beschleunigung der gesellschaftlich gewünschten Veränderungsprozesse hin zu einer klimaneutralen Volkswirtschaft. Die besondere Finanzierungsform soll Mittel für Investitionen mobilisieren, die den Klimawandel umkehren oder zumindest erträglicher machen oder generell die Umweltsituation verbessern. Der Effekt von „grünen Finanzierungen“ ergibt sich aus der Verwendung des aufgenommenen Kapitals.

Dr. Hans-Werner Grunow, Christoph Zender

Kapitel 6. Die Nachhaltigkeitstaxonomie der Europäischen Union

Um nachhaltiges Wirtschaften und vor allem dessen Bewertbarkeit und Vergleichbarkeit zu fördern, wird die Europäische Union (EU) mehr Systematik in diesen Bereich bringen und im Hinblick auf Green Financing mehr Standards setzen. Dazu entwirft die EU mit ihrer sogenannten Taxonomie ein umfassendes Regelwerk für klimabezogene, umwelt- und sozialpolitisch nachhaltige Tätigkeiten. Ziel ist die Verankerung der künftigen Nachhaltigkeitstaxonomie im EU-Recht und die Schaffung einer Grundlage, um dieses Klassifikationssystem in verschiedenen Bereichen einzusetzen – zum Beispiel mit Normen, Kennzeichen, Orientierungspunkten zur Unterstützung umweltfreundlicher Lösungen oder für Aufsichtsvorschriften auf nationaler Ebene und mit Referenzgrößen zur Nachhaltigkeit.

Dr. Hans-Werner Grunow, Christoph Zender

Der VÖNIX als Nachhaltigkeitsbenchmark des österreichischen Aktienmarkts

Der VÖNIX (VBV Österreichischer Nachhaltigkeitsindex) ist die Nachhaltigkeitsbenchmark für den österreichischen Aktienmarkt. Er wurde 2005 als einer der ersten nationalen Nachhaltigkeitsindizes gestartet und umfasst jene rund 20–25 Unternehmen an der Wiener Börse, die in ökologischer und gesellschaftlicher Hinsicht führend sind. Der Beitrag beschreibt die umfangreichen Kriterien und Prozesse zur jährlichen Composition des Index und zieht eine Zwischenbilanz nach mittlerweile rund 14 Jahren. Dabei wird insbesondere auch auf den Zusammenhang zwischen Nachhaltigkeit und Anlageperformance eingegangen. Zum Abschluss des Kapitels wird der VÖNIX aus dem Blickwinkel des Klimaschutzes betrachtet: allgemein sowie illustriert mit zwei Unternehmensbeispielen.

Reinhard Friesenbichler

Die Oesterreichische Entwicklungsbank als Klimabank

Die Herausforderungen des Klimawandels sind in das Zentrum der Aufmerksamkeit der globalen Öffentlichkeit gerückt. Die Finanzierung von klimafreundlichen Vorhaben gewinnen dadurch an Bedeutung. Die dabei zu deckenden Finanzierungslücken sind enorm und bedürfen eines Zusammenwirkens aller relevanten Akteure und Akteurinnen, um das Ausmaß des Klimawandels reduzieren zu können. Die Oesterreichische Entwicklungsbank AG (OeEB), gegründet 2008, hat mit fast 300 Projekten in ihrem ersten Jahrzehnt zu nachhaltigem Wachstum und wirtschaftlicher Entwicklung weltweit beigetragen. Sie ist zu einem erfolgreichen Player in der österreichischen Entwicklungszusammenarbeit avanciert. In ganz Österreich leistet sie mittlerweile den größten Beitrag für Klimafinanzierungen in Entwicklungs- und Schwellenländern und unterstützt damit den Kampf gegen den Klimawandel. Dadurch trägt sie auch signifikant zum Erreichen der Sustainable Development Goals (SDG) bei.

Susanne Boesch, Nastassja Cernko, Sabine Gaber, Clemens Regehr, Michael Renz

Integration von CSR und Klimaschutz in das Kerngeschäft der Österreichischen Post AG

Die Österreichische Post AG begann bereits 2006 sich mit dem Thema Nachhaltigkeit auseinanderzusetzen und nahm dadurch eine Vorreiterrolle in der Logistikbranche ein. Sukzessive wurde das Themenfeld auf CSR ausgeweitet, die mittlerweile ein fixer Bestandteil im Kerngeschäft ist. Klimaschutz, Ressourcenschonung und Stärkung der Umweltsensibilisierung sind wesentliche Ziele im Umweltmanagement der Österreichischen Post AG. Ein Hauptbestandteil des Umweltmanagements ist die Initiative „CO2 NEUTRAL ZUGESTELLT“. Diese Initiative stellt die Klimastrategie der Österreichischen Post AG dar und ist als dreistufiges Programm konzipiert. Die drei Stufen umfassen eine Effizienzsteigerung in den Kernprozessen, den Einsatz alternativer Energien und als letzte Stufe die Kompensation der nicht vermeidbaren und verbleibenden CO2-Emissionen durch Unterstützung nationaler und internationaler Klimaschutzprojekte. Neben der Reduktion von CO2-Emissionen und somit einer Verbesserung der Umweltleistung trägt die Klimastrategie der Österreichischen Post AG im Unternehmen selbst zum wirtschaftlichen Erfolg bei, wie aus Kundenbindung und aktiver Nutzung des Logos „CO2 NEUTRAL ZUGESTELLT“ ersichtlich wird. Auch in Zukunft wird die Österreichische Post AG im Sinn von Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit agieren und den Fokus auf den weiteren Ausbau klimarelevanter Maßnahmen und Initiativen setzen.

Daniel-Sebastian Mühlbach, Lisa Pum, Ingeborg Schinninger

Ganzheitliche Entwicklung: Klimaschutz und Wissenschaft vereint im BOKU-CO2-Kompensationssystem

An der Universität für Bodenkultur Wien, kurz BOKU, wird überzeugend gezeigt, wie Wissenschaft im Dienst des Lebens für Klimaschutz und Entwicklung aktiv tätig ist. Als weltweit erste Universität entwickelt die BOKU seit 2012 eigene Entwicklungs- und Klimaschutzprojekte in Afrika, Asien und Lateinamerika. Die Projekte tragen massiv zu den unterschiedlichen Aspekten der 17 globalen Nachhaltigkeitsziele (SDG) bei. Und, was das SDG-Ziel 13 „Maßnahmen zum Klimaschutz“ anbelangt, kompensieren die BOKU bereits über 50.000 t CO2 über zukunftsorientierte forst-, wasser- und agrarwirtschaftliche Maßnahmen. Finanziert werden die Klimaschutz- und Entwicklungsprojekte durch Spenden von Privatpersonen, Lehrpersonal von Universitäten sowie von Unternehmen, die ihren CO2-Ausstoß freiwillig kompensieren möchten. Das sorgt für ein gutes Gewissen sowohl aufseiten der CO2-Verursachenden, denn schon die klimaneutralisierte Flugreise zum internationalen Meeting wird zur sinnstiftenden Tat, als auch aufseiten der Projektnehmer und -nehmerinnen, die durch die Kompensationszahlungen – gepaart mit fachlicher Kompetenz – finanzielle Mittel in die Hand bekommen, wichtige Entwicklungsmaßnahmen zu tätigen. Eine Win-win-Situation für alle Beteiligten ist entstanden, die u. a. als Vorzeigeprojekt beim R20 Gipfel 2019 ausgezeichnet wurde.

Alfred Strigl, Dominik Schmitz

Nachhaltigkeit in der Brau Union Österreich

Best Practice unter der Strategie „Brewing a Better World“

Mit meinem Beitrag möchte ich Mut machen, immer wieder neue Wege zu beschreiten und sich Herausforderungen zu stellen, die der Klimawandel unweigerlich mit sich bringt. Jeder Einzelne und jeder Betrieb kann einen Beitrag zur Agenda 2030 leisten – selbst dann, wenn der Schwerpunkt gar nicht im eigenen Kerngeschäft liegt. Als Bierbrauer liegt unser Fokus auf der Herstellung des natürlichen Lebensmittels Biers – hierfür benötigen wir ausreichend Wasser, Rohstoffe und Energie. Ressourcenschonendes Arbeiten tut nicht nur der Umwelt gut, gesparte Energie, eingespartes Wasser sind am Ende auch eingespartes Geld. Bier brauen ist „unser Bier“ – dafür die Energie aus erneuerbaren Quellen bereitzustellen oder unsere Abwärme aus dem natürlichen Gärprozess für die Gesellschaft auch nutzbar zu machen – das sind die spannenden Herausforderungen, denen wir uns gern gemeinsam mit unseren Partnern stellen. Mit der Grünen Brauerei Göss in Leoben, haben wir die erste 100%ig nachhaltige Großbrauerei, geschaffen, die zweite CO2-neutrale Brauerei in Schladming ist bereits in Umsetzung. In Graz Puntigam und in Schwechat werden ganze Stadtteile mit der biogenen Abwärme aus unserer Bierproduktion beheizt. Es gibt viele Chancen, durch fruchtbare Partnerschaften neue Ideen auf den Weg zu bringen und auch andere zu einem nachhaltigeren Handeln zu inspirieren und zu motivieren – sie müssen nur wahrgenommen werden.

Gabriela Maria Straka

Die lange Tradition des nachhaltigen Managements bei Ordenseinrichtungen

Ein (Zwischen-)Bericht aus dem Krankenhaus St. Josef in Braunau der Franziskanerinnen von Vöcklabruck auf dem Weg zur bilanziellen Energieautonomie bis zum Jahr 2020

Es hat eine langjährige Tradition in Österreich, dass katholische Orden einen wichtigen und aktiven Beitrag zum Gesundheits- und Sozialsystem leisten. Sie betreiben z. B. Krankenhäuser, Schulen, Alten- und Pflegeheime, Kindergärten, Hospize oder Studentenheime. Ich zeige am Beispiel des energiepolitischen Leitbilds im Krankenhaus St. Josef der Franziskanerinnen von Vöcklabruck in Braunau, dass dies ebenfalls traditionell stets unter dem Gesichtspunkt des sorgsamen und sparsamen Umgangs mit der Umwelt und den zur Verfügung stehenden Ressourcen geschehen ist und weiter geschieht. Ziel war die Sicherheit der Energieversorgung jederzeit (auch während der Bauphase) zu sichern, eine für den Klimaschutz bestmögliche Lösung zu suchen (Minimierung des CO2-Ausstoßes) sowie einen vom Land Oberösterreich vorgegebenen Kostenrahmen von 1,5 Mio. € einzuhalten. Das ist gelungen. Mit dem erfolgreichen Abschluss des Projekts im Dezember 2018 unter Einhaltung des Budgets konnten die jährlichen CO2-Emissionen um 50 % auf etwa 420 t gesenkt werden! „Wir achten und schützen die Umwelt als Schöpfung Gottes, daher gehen wir sparsam und bewusst mit unseren Ressourcen um.“ (Konventoberin Sr. Gisela Wiesinger und GF Erwin Windischbauer MAS).

Josef Brandauer

Green Meetings im Congress Centrum Alpbach

Grundlagen und Erfahrungsbericht zur Entwicklung von Alpbach als nachhaltige Tagungsdestination

Das Congress Centrum Alpbach verfolgt seit dem Jahr 2010 eine umfassende Nachhaltigkeitsstrategie und leistet damit in der Kongress- und Tagungsbranche einen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz. Mit den umgesetzten Maßnahmen als Green-Meeting-Anbieter hat sich das Unternehmen im deutschsprachigen Raum zu einem Best-Practice-Beispiel entwickelt. Im Buchbeitrag werden Rahmenbedingungen, Handlungsfelder und konkrete Ergebnisse der umgesetzten Maßnahmen des Alpbacher Green-Meeting-Projekts vorgestellt. Damit wurden allein im Congress Centrum Alpbach bereits mehr als 140.000 Teilnehmerinnen und Teilnehmer erreicht, die wiederum in ihrem eigenen Umfeld als wertvolle Multiplikatoren agieren.

Georg Hechenblaikner

Die Energiewende beginnt im Gebäude. Wie Unternehmen von grüner Gebäudetechnik profitieren

Die vorhandenen Energieeinsparpotenziale werden in Deutschland leider nur unzureichend ausgeschöpft. Der Schwerpunkt der Politik lag bisher auf dem Ausbau der Erneuerbaren Energien. Das ist grundsätzlich gut und richtig, doch dabei wurde die Verbrauchsseite vergessen. Wir sollten zu allererst darüber nachdenken, wie wir Energie einsparen können. In einem Bereich wie dem Gebäudesektor, der für ca. 30 % der jährlichen Treibhausgasemissionen verantwortlich ist, ist die Steigerung der Energieeffizienz ein wichtiger Erfolgsfaktor für die Energiewende. Mit der Energieeffizienzstrategie Gebäude( https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/energieeffizienzstrategie-gebaeude.html , aufgerufen am 29.01.2019) und dem Grünbuch Energieeffizienz( https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/gruenbuch-energieffizienz-august-2016.html , aufgerufen am 29.01.2019) hat das Bundeswirtschaftsministerium dies auch zum Ausdruck gebracht, es fehlt jedoch noch in der Umsetzung. Das Ziel von DAIKIN ist es, Gebäude noch energieeffizienter, CO2-neutraler und umweltfreundlicher zu kühlen, zu beheizen und zu belüften. Die genannten Beispiele zeigen, dass maximale Energieeffizienz und niedrige Energiekosten flächendeckend realisierbar sind, da die Technik und das Know-how schon heute vorhanden und ausgereift sind. Dies geht jedoch nur, wenn Investoren, Planer, Architekten, Hersteller, Handwerk, Politik und Endverbraucher an einem Strang ziehen und Gebäude ganzheitlich betrachten.

Gunther Gamst

Kapitel 3. Heutige und zukünftige Treibhausgasemissionen nach einer Life-Cycle-Analysis (LCA)

In diesem Kapitel werden die THG-Emissionen dargelegt, welche für Automobile mit unterschiedlichen Energieträgern und Antriebstechnologien einhergehen. Die Erhebung der THG-Emissionen erfolgt gemäß der Systematik einer Lebenszyklusanalyse (LCA). Die Verwendung von spezifischen THG-Emissionen ist u. a. für Vergleichszwecke vorteilhaft. Spezifische Emissionen werden auch als Emissionsfaktoren bezeichnet. Von besonderer Relevanz ist der Emissionsfaktor von Strom, da sich dieser für alle elektrischen Antriebstechnologien und strombasierten Kraftstoffe signifikant auf die gesamten THG-Emissionen auswirkt, welche mit diesen Technologien einhergehen. Es wird ein erneuerbarer Strombezug definiert, bei welchem nachweislich keinerlei direkte THG-Emissionen durch konventionelle Stromerzeugungsanlagen hervorgehen. Zudem werden bestehende Grünstromprodukte hinsichtlich ihrer Verursachergerechtigkeit bewertet. Letztlich werden die Emissionsfaktoren für unterschiedliche Strombezugsvarianten abgeleitet.

Martin Zapf, Hermann Pengg, Thomas Bütler, Christian Bach, Christian Weindl

Kapitel 5. Gesamtkosten nach der Total Cost of Ownership Methodik (TCO) – Differenzierung nach Antriebsspezifischen Kosten

In diesem Kapitel werden die einzelnen Bestandteile der Gesamtkosten analysiert, die in Summe über den Lebensweg eines Fahrzeuges entstehen. Es werden die Kostenbestandteile nach der Total Cost of Ownership (TCO) Methodik für die Referenzfahrzeuge betrachtet. Für Standardfahrzeuge werden diejenigen Kostenbestandteile einer TCO-Analyse untersucht, welche als kennzeichnend für eine Antriebstechnologie gelten, als Gesamtkosten (TCO) exkl. Steuern und Versicherungen bezeichnet. Neben Steuern und Versicherungszahlungen beinhalten diese Gesamtkosten auch keine Entsorgungs- bzw. Recyclingkosten. Die Energiepreise je Energieträger werden detailliert analysiert, aufgetrennt in die Kosten für Produktbeschaffung, Verteilung und Verkauf sowie Steuern. Die Energiekosten je Antriebstechnologie ergeben sich aus den Energiepreisen und dem Energieverbrauch der Fahrzeuge.

Martin Zapf, Hermann Pengg, Thomas Bütler, Christian Bach, Christian Weindl

Kapitel 6. Kosten- und Verbrauchsentwicklung zukünftiger Fahrzeugmodelle

Die zukünftigen Entwicklungen hinsichtlich des Verbrauchs und der Kosten von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebstechnologien werden an dieser Stelle untersucht. Zudem werden Preisprognosen für verschiedene Energieträger vorgestellt. Ein besonderer Fokus wird auf die zukünftigen Gasgestehungs- und Tankstellenkosten von Wasserstoff und synthetischem Methan wie auch auf die Stromkosten gelegt. Es wird gezeigt, dass sich vermutlich zukünftig die Herstellkosten von Fahrzeugen verschiedener Antriebstechnologien annähern. Dadurch steigt die Bedeutung der Energiekosten. Diesbezüglich wird eine deutliche Reduktion der Energiepreise für erneuerbare Energieträger sowie des Fahrzeugverbrauchs erwartet.

Martin Zapf, Hermann Pengg, Thomas Bütler, Christian Bach, Christian Weindl

11. Ökologische Verträglichkeit

Die Erneuerbaren Energien (EE), die dezentral das Angebot der Natur durch Abschöpfung umweltfreundlich (Kap. 1 ) nutzen, sind auch zur dezentralen Nutzung erdacht worden. Das zentralistische Einsammeln von natürlichen Energien und die ebenso zentralistische Verteilung wie bei den bisher genutzten fossil-nuklearen Großkraftwerk-Strukturen stehen im Widerspruch zur Philosophie der Erneuerbaren Energien selbst. Erneuerbare Energie sollte nicht erst gesammelt und dann wieder verteilt, sondern dezentral am Ort der Abschöpfung genutzt werden. Dem effizienten Umgang mit Strom ist dabei die oberste Priorität einzuräumen.

Jochem Unger, Antonio Hurtado, Rafet Isler

2. Energetische Beurteilungskriterien

Die klassische ingenieurmäßige Beurteilung von Energiesystemen allein mit Hilfe des Wirkungsgrades η ist nicht hinreichend. η = P P zu = E E zu $$ \eta =\frac{P}{P_{zu}}=\frac{E}{E_{zu}} $$ Neben der mit dem Wirkungsgrad beschriebenen Prozessgüte der Energieumwandlung spielt auch die gesamte für diesen Prozess benötigte Infrastruktur eine entscheidende Rolle. Diese Infrastrukturgüte wird mit dem Energie­Erntefaktorε beschrieben, der anzeigt, ob der Energieaufwand zum Realisieren eines Energie-Wandlungs-Apparates einschließlich der dazugehörigen gesamten Infrastruktur auch gerechtfertigt ist. ε = E E Infra = P T E Infra $$ \varepsilon =\frac{E}{E_{Infra}}\, =\, \frac{P\;T}{E_{Infra}} $$ Der Erntefaktor liefert im Grenzfall ε = 1 die anschauliche energetische Amortisationszeit TAM = EInfra/P.Die Prozess- und Infrastrukturgüte lässt sich gesamtenergetisch mit dem Globalwirkungsgrad δ = δ ( η, ε) universell als harmonisches Mittel zwischen dem Wirkungsgrad η und dem Erntefaktor ε darstellen. Systeme sind nur dann energetisch innovativ, wenn sowohl dη > 0 als auch dε > 0 und damit auch dδ > 0 realisiert wird. δ = E E zu + E Infra = η ⋅ ε η + ε $$ \delta =\frac{E}{E_{zu}+E{}_{Infra}}=\frac{\eta \cdot \varepsilon }{\eta +\varepsilon} $$ ε < 1 → Verlust der Energieautarkie $$ \varepsilon <\, 1\, \to \, \mathrm{Verlust}\ \mathrm{der}\ \mathrm{Energieautarkie} $$

Jochem Unger, Antonio Hurtado, Rafet Isler

6. Energiewirtschaft

Um konkrete Aussagen über sinnvolle Maßnahmen hin zu einer ökologisch geprägten Energiewirtschaft machen zu können, wird der energiewirtschaftliche Ausgangszustand im Nachkriegsdeutschland betrachtet. Dabei beschränken wir uns zunächst ganz bewusst auf die BRD (alte Bundesländer) als typisches Industrieland, das durch die Entwicklung neuer bzw. verbesserter Verfahren und Produkte im Rahmen des Welthandels bestehen konnte.

Jochem Unger, Antonio Hurtado, Rafet Isler

7. CO2-arme Technologien

Die heute gegenüber den Fossilenergien gängigen CO 2 -armen Energien Photovoltaik, Wind, Wasser, Biomasse, Geothermie und die Kernenergieenergie zur Bereitstellung von Strom werden im Folgenden detailliert betrachtet.

Jochem Unger, Antonio Hurtado, Rafet Isler

6. Erhebung und Darstellung baugeologischer Daten

Beim Entwurf boden- und felsmechanischer Aufgaben beruhen alle Berechnungen auf Daten, die reale geologische Gegebenheiten stark vereinfacht wiedergeben. Diese Idealisierung muss so erfolgen, dass der Entwurf der geologischen Situation bestmöglich Rechnung trägt, die für das Bauwerk wichtigen Daten also herausarbeitet, während alle unwichtigen Details beiseitegeschoben werden müssen. Insbesondere bei sehr komplexen geologischen Gegebenheiten erfordert das Erheben maßgeblicher geologischer Daten eine Vertrautheit mit bautechnischen Entwurfsmöglichkeiten und einen regen Gedankenaustausch zwischen Geologe und Ingenieur. Hier bereitet oft der übliche Lösungsweg des Ingenieurs, ein gegebenes Problem immer auf ein ebenes Problem zu reduzieren, erhebliche Schwierigkeiten, weil die geologische Situation in der Regel räumliche Lösungen aufzwingt. Ferner überschätzen manche Ingenieure die Rolle der Berechnung für den Entwurf, weil sich in der Praxis bei der Erhebung geotechnischer Daten oft unüberwindliche Schwierigkeiten ergeben, die so unsichere Eingangswerte bedingen, dass noch so aufwendige Berechnungen rundweg falsche Ergebnisse liefern, aber eben Ergebnisse vortäuschen.Die Darstellung der geotechnischen Daten muss den räumlichen Gegebenheiten Rechnung tragen, was vom Geologen und vom Ingenieur ein geschultes Vorstellungsvermögen voraussetzt. Beim Geologen ist diese Schulung in aller Regel nicht vorhanden, bei der Ausbildung der Ingenieure rückt sie bedauerlicherweise mehr und mehr in den Hintergrund.

Prof. Edwin Fecker

Kapitel 2. Energiewende in Deutschland

Die „Energiewende“ ist die wichtigste wirtschafts- und umweltpolitische Aufgabe in Deutschland und basiert neben dem Atomausstieg und dem Ausbau der EE – insbesondere Windkraft und Solarenergie – auf der Steigerung der Energieeffizienz.

Bartek Mika, Alexander Goudz

Kapitel 7. Konzept für den P2P-Stromhandel mittels Blockchain

Eine Potenzialbewertung hat gezeigt, dass sich für den P2P-Stromhandel unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten ergeben. Als besonders vielversprechend anzusehen ist dabei der dezentralisierte P2P-Handel, welcher eine neue Form der Interaktion ermöglicht. Dank des dezentral gesteuerten Transaktions- und Energieliefersystems könnten Intermediäre wie bspw. Stromversorger und Stromhändler/- börsen entfallen. Eine Analyse der regulatorischen Rahmenbedingungen zeigt jedoch, dass ein derartiges Konzept für Prosumer nur unter erschwerten energiewirtschaftlichen und bürokratischen Bedingungen möglich ist. Abhilfe könnte ein Dienstleistungsmodell schaffen, bei dem alle regulatorischen Verpflichtungen von dem Plattform-Anwender als Dienstleister übernommen werden. Ein Geschäftsmodell, welches eigenständig entwickelt wurde, umfasst eine dafür vorgesehene Infrastruktur, eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Prozessschritte im Rahmen einer Business Process Map sowie eine potenzielle Ausgestaltung der Blockchain.

Bartek Mika, Alexander Goudz

Entwicklung des Energieverbrauches im Bestand am Beispiel des TU Dresden-Campus

Mit Unterstützung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) finden an der TU Dresden seit 2015 Forschungen zur Campus-Energieeffizienz statt [1] [2]. Die besondere Herausforderung besteht darin, den ausgedehnten historischen Kerncampus an hohe Anforderungen der Institute hinsichtlich technischer Ausstattung, Sicherheit und Komfort anzupassen, gleichzeitig die schützenswerte Bausubstanz zu erhalten und möglichst wenig (insbesondere fossil erzeugte) Energie zu verbrauchen. Zunächst wurde die TU Dresden auf Grundlage vorhandener Verbrauchs- und Flächeninformationen der zurückliegenden 20 Jahre einer tiefgehenden energetischen Analyse unterzogen.

Annina Gritzki, Julia Seeger, Clemens Felsmann

Aktiv Stadthaus im Bestand

Prototypische Sanierung eines 50er Jahre MFH zum Effizienzhaus Plus Standard als millionenfach übertragbarer Baustein zur Erreichung der globalen Klimaziele.

Johannes Hegger, Gerhard Greiner, Thomas Wilken, Mathias Schlosser

2. Wärmeschutz

Unter dem Begriff Wärmeschutz werden alle Maßnahmen verstanden, die auf die Minimierung von Wärmeverlusten im Winter (energiesparender Wärmeschutz) und Wärmeeinträgen im Sommer (sommerlicher Wärmeschutz) bei Gebäuden abzielen. Weiterhin ist es die Aufgabe des Mindestwärmeschutzes, für ein behagliches und hygienisches Raumklima zu sorgen sowie Tauwasserbildung auf Bauteilinnenoberflächen zu vermeiden und das Risiko des Schimmelpilzwachstums zu minimieren.

Matthias Post, Peter Schmidt

6. Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien

Gemäß dem 1. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) aus dem Jahre 1935 erfolgte die Stromerzeugung in Deutschland vorrangig unter dem Gesichtspunkt minimaler Stromkosten bzw. -preise (s. a. 2.1.1 und 2.1.2). Der kostenoptimale Strommix aus fossil befeuerten Kraftwerken, Wasserkraftwerken und später Kernkraftwerken richtete sich neben betrieblichen Erfordernissen nach den aktuellen Preisen bzw. Kosten für die verschiedenen Primärenergieträger.

Adolf J. Schwab

5. Stromerzeugung in Kernkraftwerken

Kernkraftwerke sind grundsätzlich auch thermische Kraftwerke bzw. Dampfkraftwerke. In ihnen wird jedoch die zum Verdampfen des Wassers benötigte Wärme nicht durch Verbrennungsvorgänge, sondern durch Freisetzen von Kernenergie in Kernreaktoren gewonnen. Ein Problem der Kernenergie ist ihre geteilte gesellschaftliche Akzeptanz angesichts mehrerer massiver Reaktorunfälle in anderen Ländern und der Problematik der Endlagerung derzeit nur zwischengelagerter radioaktiver Abfälle.

Adolf J. Schwab

3. Energieressourcen – Energieverbrauch

Der Verbrauch elektrischer Energie unterliegt je nach Tageszeit, Wochentag und Monat zeitlichen Schwankungen, die in Tageslastdiagrammen grafisch dargestellt werden. Beispielsweise zeigt Bild 3.1 zwei typische Tageslastkurven höchster und niedrigster Spitzenlast der BRD.

Adolf J. Schwab

Kapitel 3. Frankreichs Rohstoffpolitik: Souveränität wahren

In diesem Kapitel wird zunächst die Historie der französischen Rohstoffpolitik von 1946 bis 2009 beachtet. Von den allgemeinen politischen Prinzipien, die ihren Niederschlag in diesem Feld finden, wird zur Vorstellung der drei tragenden Säulen dieser Rohstoffpolitik übergegangen, die dann im Folgenden durchdekliniert werden: Rohstoffdiplomatie, heimischer Bergbau, direkte Eingriffe. Ausgehend von diesen Fundamenten wird der Neuanfang analysiert, der im Jahr 2010 in die Wege geleitet wurde.

Yann Wernert

Kapitel 24. Fazit: Internationale Kooperation und Klimaschutzkonzept

Fokussiert wird beim Fazit auf eine neue internationale Kooperation und ein effizientes Klimaschutzkonzept. In diesem Kapitel werden alle Elemente der vorigen Kapitel zusammengeführt und es werden die wesentlichen Konsequenzen für ein System mit globaler Klimaneutralität bis 2050 dargestellt. Klimaneutralität lässt sich weltweit auf Basis von neun Eckpunkten erreichen, die neben klimapolitischen Aspekten auch bisher wenig thematisierte Verteilungsfragen beinhalten – Umverteilung zu Gunsten des Faktors Kapital sowie steigende Lohnungleichheit in vielen Ländern; sowie Aspekte der Innovationspolitik und der Weiterqualifizierung von Ungelernten plus individuellen Mitwirkungsmöglichkeiten zur Klimaabkühlung (Albedo-Effekt). Es besteht die Gefahr, dass auf Basis der bisherigen EU-Minderungsvorgaben bei der jährlichen CO2-Obergrenze um 2030 eine Art politisch herbeigeführter OPEC-Preisschock (Zertifikatepreisanstieg) entsteht: Hier sind dringend Änderungen notwendig. Die Rolle Indiens wird mit Blick auf die G20-Perspektiven betont und zudem werden Berechnungen zur Senkung des Zertifikatepreises als Folge eines Systems integrierter Zertifikatehandelssysteme aufgezeigt. G20+ ist sinnvoll, nämlich G20 plus Nigeria. Es gibt eine ganze Reihe von klar herleitbaren Schlussfolgerungen für eine G20-Zertifikatepolitik, ergänzt um CO2-Steuern und Regulierungen. Klimaneutralität bis 2050 ist nur möglich, wenn man auf Effizienz und G20-Kooperation mit sinnvollen Begleitmaßnahmen der Klimaschutzpolitik setzt.

Paul J. J. Welfens

Kapitel 1. Einleitung

Die Hintergründe der nationalen und internationalen Klimadebatte werden präsentiert. Zudem wird auf die Tendenzen zum Populismus in den USA und Europa eingegangen – und dessen Bedeutung für die Klimapolitik. Perspektiven der internationalen Politikkooperation werden mit Blick auf Klimaschutz und ökonomische Effizienz umrissen. Die wichtigen mittel- und langfristigen Herausforderungen des Global Warming werden skizziert und grundlegende Begriffe aus der Klimapolitik-Debatte erläutert. Kernpunkte der Klimadebatte werden dargestellt und die konzeptionellen Herausforderungen einer effizienten Klimapolitik und dabei auch die grundsätzlich wichtige Rolle der G20 skizziert. Zudem wird das Konzept G20Plus (= G20 plus Nigeria als in 2050 nach UN-Prognosen drittgrößtem Land der Welt der Bevölkerung nach) angesprochen, das für die spätere Politik-Analyse wesentlich ist. Die Perspektive geht auf die Frage hin, wie man bis 2050 Klimaneutralität effizient erreichen kann – was in der Tat mit den richtigen ökonomischen Ansätzen und Flankierungsmaßnahmen sowie international neu ausgerichteter Politik möglich ist.

Paul J. J. Welfens

Kapitel 10. Energiewirtschaftsmodernisierung und Länderinteressen

Betrachtet werden Fragen der Energiewirtschaftsmodernisierung und die entsprechenden Länderinteressen in den Bereichen Gas, Öl und Kohle. Dabei wird die nach Energieträger unterschiedliche Reihe von Topländern als Ausgangspunkt von Interessenunterschieden beim Klimaschutz und bei der internationalen Kooperation angesprochen. Zudem werden die Thematik der Stromversorgung aus erneuerbaren Energien und insbesondere auch die globale Perspektive für die Windenergie – differenziert nach geografischen Regionen – präsentiert. Schließlich wird die Frage nach der Subventionierung der Erneuerbaren Energien und des Atomstroms angesprochen sowie verdeutlicht, dass Klimaschutzpolitik nur dann effektiv sein kann, wenn man über Klimaschutzpolitik im engeren Sinn hinausgeht, nämlich u.a. Verteilungseffekte betrachtet und auch die besonderen internationalen Kooperationserfordernisse.

Paul J. J. Welfens

Kapitel 9. Vorbehalte gegenüber Klimaschutzproblemen

Wesentliche Vorbehalte gegenüber Klimaschutzproblemen bestehen in Teilen der Öffentlichkeit einerseits. Andererseits gibt es in Deutschland von Seiten des Sachverständigenrates für Umweltfragen auch klare Forderungen – etwa die Strompreisaufschläge im Kontext des Erneuerbare-Energien-Gesetzes zu vermindern. Zugleich werden Aspekte dargestellt, die der SVR für Umweltfragen mit Blick auf die Generationengerechtigkeit als institutionelle Innovation einfordert. Fragen der Treffsicherheit alternativer CO2-Minderungsinstrumente werden präsentiert und ausgewählte Aspekte der Höhe eines CO2-Steueraufkommens dargelegt. Die wesentlichen Punkte aus der neuerlichen Debatte in Deutschland werden zu ausgewählten Themenfeldern reflektiert.

Paul J. J. Welfens

Kapitel 2. Fossile Energieträger

Fossile EnergieträgerEnergieträger, fossiler sind in allen drei Aggregatszuständen vorrätig: in fester Form als Kohle, in flüssiger Form als Erdöl und als Erdgas. Die fossilen Energieträger sind der in Deutschland meist genutzte Primärenergieträger. Ihre energetische Nutzung wird zunehmend als problematisch angesehen, weil bei der energetischen Umwandlung (Verbrennung) hauptsächlich $$ {\text{CO}}_{2} $$ freigesetzt wird, das lange zuvor – beim Wachstum der Ausgangsbestandteile – der Atmosphäre entzogen und gespeichert wurde.

Ulrich Blum, Eberhard Rosenthal, Bernd Diekmann

Kapitel 3. Erneuerbare Energien

Der Großteil der sog. erneuerbaren Energien benötigt die Sonne – direkt oder indirekt – als externe Energiequelle, deren Energieeintrag auf verschiedene Art und Weise umgewandelt und nutzbar gemacht wird.

Ulrich Blum, Eberhard Rosenthal, Bernd Diekmann

Kapitel 8. Risiken der Energieerzeugung und Auswirkungen auf Klima und Umwelt

Jegliche Form der Umwandlung und Nutzbarmachung von Energie im industriellen Maßstab stellt einen massiven Eingriff in die Natur dar und hat unterschiedlichste Umweltbelastungen und Risiken zur Folge. Der Einsatz fossiler Energieträger wirkt sich auf das globale Klima aus, der Einsatz von Kernenergie birgt das Risiko eines Betriebsunfalls mit weitreichenden und schwerwiegenden Folgen und der Ausbau regenerativer Energien ist nicht ohne Konsequenzen für die Natur. In diesem Kapitel sollen die unterschiedlichen Umweltbelastungen und Risiken im Einzelnen betrachtet werden.

Ulrich Blum, Eberhard Rosenthal, Bernd Diekmann

Kapitel 3. Allgemeine Hydrogeologie

Die „Allgemeine Hydrogeologie“ befasst sich mit den Erkenntnissen der Grundlagenforschung, die in der „Angewandten Hydrogeologie“ in die Praxis umgesetzt werden. Begriffe der Definitionen aus der Hydrogeologie und Hydrologie finden sich in verschiedenen DIN-Blättern. Eine Zusammenstellung fremdsprachlicher Begriffe wurde von Pfannkuch (1990) erarbeitet.

Bernward Hölting, Wilhelm G. Coldewey

Kapitel 4. Angewandte Hydrogeologie

Die Erforschung der Vorräte, der Dynamik und der Beschaffenheit des Grundwassers ist eine Aufgabe der Hydrogeologie. Eine zweite und nicht minder wesentliche Aufgabe ist die Anwendung hydrogeologischer Erkenntnisse in der Praxis. Neben der Beherrschung der wissenschaftlichen Grundkenntnisse gehören wesentliche Grundlagen optimaler praxisbezogener Tätigkeit zu den Erfahrungen eines Hydrogeologen.

Bernward Hölting, Wilhelm G. Coldewey

Kapitel 2. Technische Betrachtung

Die Forschung und Entwicklung des automobilen Sektors legt derzeit einen Schwerpunkt auf das Thema Nachhaltigkeit und fokussiert somit alternative Antriebskonzepte und Kraftstoffe. Dies führt zu einer Vielzahl von Technologien und Innovationen. Basierend auf den motorsportspezifischen Anforderungen und Rahmenbedingungen wird diese Vielfalt im Folgenden untersucht und mithilfe technischer Kriterien hinsichtlich Rundenzeitperformance bewertet.

Lea Schwarz

Open Access

Kapitel 3. Umwelt in Gesellschaft, Politik und Recht

Die Umweltdebatte hat in den westlichen Industriestaaten erst seit den 1960er- und 1970er-Jahren ernsthaft Fuß fassen können. Dafür gab es mehrere Auslöser: ein wachsendes Umweltbewusstsein infolge größerer technischer Unfälle, ein schleichender – zunächst teilweise kaum sichtbarer – Prozess der ökologischen Degradation, Gesundheitsgefährdungen sowie die Entstehung global wirksamer Problemlagen durch technisches Handeln. Die Diskussionen der Umweltbewegung und -politik erreichten auch die Philosophie.

Wolfgang Liebert, Patrick Scherhaufer, Karl Hogl, Reinhard Steurer, Helga Pülzl, Christine Altenbuchner, Ulrike Tunst-Kamleitner, Martin Schmid, Verena Winiwarter

50. Möglichkeiten der Verteilnetzstabilisierung durch E-Mobilitäts-Infrastruktur und Batterien

Durch zunehmende Erzeugung von elektrischer Energie, die über das Nieder- und Mittelspannungsnetz eingespeist wird, kommt es zu Störungen in den Verteilnetzen, die lokal behoben werden müssen. Die für die Elektromobilität bereitzustellende Ladeinfrastruktur, dezentrale Erzeugungsanlagen sowie die in den E-Fahrzeugen enthaltenen Batterien bilden die lange gesuchte desynchronisierte Speicher- und Erzeugungsmöglichkeit, die ohne separate Investitionen für diese Zwecke einsetzbar ist. Im Haus und in Quartieren ist die E-Mobilität die größte elektrische Last, mit einer Rückspeisemöglichkeit aus den E-Fahrzeugen oder aus dezentralen Großbatterien bietet sie eine erzeugungsäquivalente Möglichkeit der Energieversorgung. Da die Fahrzeuge grundsätzlich für Mobilitätszwecke eingesetzt sind und eine stationäre Nutzung dem entgegensteht, ist das Wissen über die Mobilitätsanforderungen und die intelligente Vorschau der Nutzung eine wesentliche Komponente der Lösung.

Rainer Bachmann

2. Anwendungsgebiete neuer Werkstoffe

Die auf globale Nachfrage aus der Wirtschaft ausgerichteten Hochtechnologiebereiche wie Maschinenbau, Energie- und Elektrotechnik, Straßenfahrzeugbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Messtechnik und Medizintechnik führen uns zu den wichtigsten Anwendungsfeldern neuer Werkstoffe. Die ◘ Tab. 2.1 enthält diese Anwendungsfelder.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

Kapitel 34. Eine gesunde Arbeitskultur entsteht

Längst arbeiten die Maschinen alleine vor sich hin – Arbeit findet in der gedachten Welt statt: planen, organisieren, beraten, Wissen suchen, aufbereiten, Probleme durchdenken und lösen. Da der Einzelne die Wissensflut aber nicht mehr überblicken kann, sind wir zunehmend auf das Wissen anderer angewiesen. Auf einmal wird jeder wichtig für den Gesamterfolg. Dieses neue Paradigma verändert die Verhaltensmuster im Betrieb, die Hierarchien und das Sozialverhalten. Denn produktiver Umgang mit Wissen erzwingt Zusammenarbeit in derselben Augenhöhe, Transparenz, Versöhnungsbereitschaft, Authentizität statt Statusorientierung, Kooperationsfähigkeit, langfristige Orientierung. Für Krankenhäuser bedeutet das: Nicht das Kürzen von Arbeitsstunden in der Nachtschicht rettet die Bilanz, sondern eine bessere Arbeitskultur, die die Mitarbeiter besser und produktiver arbeiten lässt, und es ihnen ermöglicht, bei weniger Stress und Arbeitszeit weit länger als heute gesund weiterzuarbeiten. Außerdem sind Krankenhäuser immer eingebettet in ihr Umfeld: Die Verhaltensmuster, das produktive oder unproduktive Tun in der umgebenden Gesellschaft bestimmt mit die Ressourcen, die einem Krankenhaus zur Verfügung stehen. Wenn man dann einen Blick auf vergangene Strukturzyklen wirft, in denen Dampfmaschine oder das Auto die Wirtschaft antrieben, wird klar: Immer waren es zu bestimmten Zeiten bestimmte Erfolgsmuster, die die Produktivität und den Wohlstand bestimmten. Auch diesmal wird es wieder ein klares Muster für Wohlstand geben. Wird die Welt vielleicht doch immer besser?

Erik Händeler

Kapitel 3. Theoretische Zugänge zum bewegungsförmigen Protest gegen öffentliche Energieinfrastrukturprojekte

Mehrheitlich sprechen sich die Bundesbürger für den Ausstieg aus der Atomenergie, den Weg hin zu mehr erneuerbaren Energien und den dafür erforderlichen Umbau der Stromversorgung aus, werden doch mit der Energiewende vorrangig positive Effekte assoziiert wie etwa Klima- und Umweltschutz sowie mehr Sicherheit gegenüber der als Hochrisikotechnologie angesehenen Kernkraft (TNS Infratest 2013).

Thorsten Winkelmann

2. Energiewirtschaftliche Analyse

In Teil I dieses zweiten Bandes der Reihe „Klimawirksame Kennzahlen der Energiewirtschaft“ wird der amerikanische Kontinent behandelt. Amerika ist Ende des 15. Jahrhunderts von Europa „entdeckt“, oder wiederentdeckt, dann besiedelt bzw. kolonisiert worden und hat sich seither progressiv zur mächtigsten Weltregion entwickelt. Amerika ist mit Europa kulturell und im Rahmen der nordatlantischen Allianz auch politisch eng verbunden. In Kap. 2 wird die Entwicklung aller maßgebenden Größen wie Bevölkerung, Bruttoinlandsprodukt, detaillierter Energieverbrauch und CO2-Emissionen bis 2016 dargelegt. Sinnvoll ist die Unterteilung des Kontinents in drei Regionen, nämlich das englischsprechende und z. T. frankophone Nordamerika (USA + Kanada) sowie die beiden zu Lateinamerika, d. h. zum spanisch-portugiesischen Kulturkreis gehörenden Mittel- und Südamerika. Im Unterschied zur üblichen Praxis haben wir Mexiko Mittelamerika zugeordnet.

Valentin Crastan

3. CO2-Emissionen und Indikatoren bis 2016 und notwendiges Szenario zur Einhaltungdes 2-Grad- bzw. 1.5-Grad-Ziels

Ein mit dem 2-Grad- und 1.5-Grad-Ziel kompatibles Szenario bis 2050 für die USA zeigt Abb. 3.1. Der entsprechende Verlauf der Indikatoren (für 2-Grad-Ziel nur Var. a) ist in Abb. 3.2 wiedergegeben. Die Trends von Energieeffizienz und CO2-Intensität der Energie sind beide bis 2030 mindestens zu halten bzw. zu verbessern. Entsprechende Szenarien sind auch für Kanada, Mexiko, das restliche Mittelamerika, Brasilien und das restliche Südamerika veranschaulicht.

Valentin Crastan

4. Weitere Daten der Länder Amerikas

Die detaillierten Energieflüsse sind für Kanada und USA bereits in Abschn. 2.4 gegeben worden. Für Elektrizitätsproduktion und Anteile der erneuerbaren und CO2-armen Energien s. Abb. 4.1 und Tab. 4.1. Weiter werden die Daten von Argentinien, Kolumbien und Venezuela analysiert sowie die Indikatoren aller demographisch gewichtigen Länder zusammengefasst.

Valentin Crastan

9. CO2-Emissionen und Indikatoren von 1980 bis 2016 und notwendige Szenarien zur Einhaltung des 2-Grad- bzw. 1.5-Grad-Ziels

Mit dem 2-Grad- und 1.5-Grad-Ziel (s. Kap. 1 ) kompatible Szenarien bis 2050 für den OECD-Raum von Ostasien/Ozeanien zeigt die Abb. 9.1. Der entsprechende Verlauf der Indikatoren ist in Abb. 9.2 wiedergegeben. Für China siehe die Abb. 9.5 und 9.6 und für das restliche Ostasien/Ozeanien die Abb. 9.9 und 9.10.

Valentin Crastan

5. Energiewirtschaftliche Analyse

In Teil II dieses zweiten Bandes der Reihe „Klimawirksame Kennzahlen der Energiewirtschaft“ werden der Nahe Osten und Südasien analysiert. Zusammen bilden sie ein Erdteil mit reichem kulturellen Erbe, demografisch wird er von Indien dominiert. Das wirtschaftliche Potential ist riesig und wird die Zukunft des Planeten erheblich beeinflussen. Als restliches Südasien definieren wir die Summe aller an Indien angrenzenden Länder. Nach der Analyse in Kap. 5 der Entwicklung aller maßgebenden Größen wie Bevölkerung, Bruttoinlandsprodukt, detaillierter Energieverbrauch und CO2-Emissionen bis 2016, wird dann in Kap. 6 die künftige Evolution der wichtigsten Indikatoren der einzelnen Regionen und Länder, welche die Klimaziele respektiert, dargelegt. Für Südasien resultiert insgesamt, bei Beachtung des Entwicklungsrückstands, im Wesentlichen eine Einschränkung des Emissionsanstiegs.

Valentin Crastan

6. CO2-Emissionen und Indikatoren bis 2016 und notwendiges Szenario zur Einhaltung des 2-Grad- bzw. 1.5-Grad-Ziels

Mit dem 2-Grad- und 1.5-Grad-Ziel (s. Kap. 1 ) kompatible Szenarien bis 2050 für den Nahen Osten zeigt die Abb. 6.1. Der entsprechende Verlauf der Indikatoren ist in Abb. 6.2 wiedergegeben. Ab 2020 ist sowohl eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz notwendig, als auch eine Reduktion der CO2-Intensität der Energie durch Förderung erneuerbarer Energien oder Kernenergie bzw. CCS. Mit dem 2-Grad- und dem 1.5-Grad-Ziel kompatible Szenarien bis 2050 für Indien zeigt Abb. 6.5. Der entsprechende Verlauf der Indikatoren ist in Abb. 6.6 wiedergegeben. Schliesslich zeigt Abb. 6.9 eine mit dem 2-Grad- bzw. 1.5-Grad-Ziel kompatible Emissions-Szenarien bis 2050 für das insgesamt eher unterentwickelte Rest-Südasien. Der entsprechende Verlauf der Indikatoren ist in Abb. 6.10 wiedergegeben. Notwendig ist die Beibehaltung der Tendenz zur Reduktion der Energieintensität und eine Stabilisierung und dann Inversion der Tendenz der in den letzten Jahren stark steigenden CO2-Intensität der Energie, mit Hilfe erneuerbarer Energien.

Valentin Crastan

7. Weitere Daten von Ländern des Nahen Ostens und Südasiens

Indien ist z. T auch in den Abschn. 5.3 , 5.4 und 6.2 behandelt worden. Im folgenden werden auch Iran und Saudi-Arabien sowie Pakistan, Bangladesch und Myanmar näher betrachtet sowie die wesentlichen Indikatoren aller gewichtigen Länder des Nahen Ostens und Südasiens verglichen und kommentiert.

Valentin Crastan

8. Energiewirtschaftliche Analyse

In Teil III dieses zweiten Bandes der Reihe „Klimawirksame Kennzahlen“ wird Ostasien/Ozeanien analysiert. Dieser Erdteil ist demografisch weltweit bestimmend und wird es in Zukunft auch wirtschaftlich sein. Nach der Analyse in Kap. 8 der Entwicklung aller maßgebenden Größen wie Bevölkerung, Bruttoinlandsprodukt, detaillierter Energieverbrauch und CO2-Emissionen bis 2016, wird anschließend in Kap. 9 die künftige Evolution der wichtigsten Indikatoren der einzelnen Regionen und Länder, welche die Klimaziele respektiert, dargelegt.

Valentin Crastan

10. Weitere Daten der Länder von Ostasien/Ozeanien

Gegenwärtig ist Japan ein nahezu reiner Energieimporteur (Abb. 10.1). Nach dem Fukushima-Unfall im Jahr 2011 wurde bis 2014 die Elektrizitätsproduktion aus Kernenergie, die einen Anteil von rund 25 % hatte, annulliert und dann bis 2016 wieder leicht angefahren (Abb. 10.7). In erster Linie wurde sie durch Gas und Kohle ersetzt. Dementsprechend hat sich die CO2-Intensität der Energie seit 2010 deutlich verschlechtert (Abb. 8.20 ). Die CO2-Nachhaltigkeit konnte dank Verbesserung der Energieeffizienz trotzdem auf 240 g CO2/$ (BIP KKP) leicht reduziert werden (Abb. 8.22 ). Um die Klimaziele zu erreichen, sollten die OECD-Mitglieder Ostasiens bis 2030 unter 180 g CO2/$ bleiben und bis 2050 maximal 80 g CO2/$ anpeilen (Abb. 9.2 ). In Japan ist dies durch Verstärkung der Elektrizitätsproduktion aus erneuerbaren Energien, Wiedereinschaltung mehrerer Kernkraftwerke und Elektrifizierung des Verkehrs erreichbar. Die Energieeffizienz muss gleichzeitig deutlich unter 1 kWh/$ gesenkt werden. Weitere näher betrachtete Länder sind Südkorea, Australien sowie Indonesien, die Philippinen, Vietnam und Thailand. Ferner werden die wesentlichen Indikatoren aller gewichtigen Länder Ostasiens und Ozeaniens verglichen und kommentiert.

Valentin Crastan

5. Welche Stadtnatur welche Leistung erbringt

In Städten finden sich Naturelemente, die auch außerhalb von ihnen vorkommen. Das Besondere ihrer Urbanität ist jedoch die Dichte ihrer Verbreitung, die Intensität ihrer Nutzung und die Variabilität ihrer oft kleinteiligen Struktur. Ziel in der Stadt ist es, diese Naturelemente so zu erhalten, neu zu etablieren, zu pflegen und zu entwickeln, damit sie den Bedürfnissen der Stadtbewohner möglichst gerecht werden können. Dazu sollten die Leistungen von Stadtnatur unterschiedlichster Art klug bedacht werden, damit sie auch sich ändernden Bedürfnissen der Stadtbewohner gut entsprechen. Viele Ansprüche an Stadtnatur widersprechen sich oder werden nur von bestimmten Bevölkerungsgruppen geäußert. Manche können überhaupt nicht gleichzeitig realisiert werden (s. Kap. 7). Es bedarf also eines gestaltenden Moderationsprozesse der Leistungen von Stadtnatur und der Bedürfnisse der diese Leistungen wahrnehmenden Bevölkerung. Zuerst sollte Klarheit darüber bestehen, welche Leistungen von welcher Stadtnatur überhaupt erbracht werden können und wie diese bereits jetzt genutzt werden. Das ist der Gegenstand dieses Kapitels. Zur besseren Übersicht wurden vier häufig auftretende, stadttypische Naturtypen ausgewählt betrachtet. Sie sind die Hauptleistungsträger, auch überregional und z. T. weltweit verbreitet, und sie werden am intensivsten genutzt: Stadtparke, der Stadtbaumbestand (Urban Forest), Stadtgärten und Stadtgewässer.

Jürgen Breuste

Kapitel 1. Das Geschäftsmodell Stromvertrieb

Das einführende Kap. 1 beschreibt auf der Grundlage modelltheoretischer Ansätze das Geschäftsmodell des klassischen Stromvertriebs. Der Schwerpunkt des Kapitels liegt auf der Skizzierung der Entwicklung von Stromangeboten im klassischen Stromgeschäft sowie auf grundlegenden Preis- und Ertragslogiken, die sich im Zusammenspiel zwischen Regularien und unternehmerischem Handeln im Stromvertriebsmarkt ergeben.

Jörg Heiner Georg

Technikakzeptanz und -kommunikation – ein vielschichtiges Konstrukt

Der Beitrag diskutiert das Zusammenspiel von Akzeptanz und Kommunikation (in) der Energiewende. Die Begriffe sind an sich unscharf. Fasst man sie enger – hier: Akzeptanz als Bewerten und Kommunikation als Verständigungsversuch – ergeben sich vielfältige Bezüge. Die Akzeptanzforschung liefert wertvolle Hinweise für die Kommunikation technologischer Innovationen und Maßnahmen, z. B. wie und warum sich Akzeptanzurteile je nach Akteur, Gegenstand und Kontext unterscheiden. Beschränkungen betreffen die genutzten Methoden sowie das Ausblenden von Teilen der Bevölkerung (z. B. Gruppen mit geringer Literalität, Menschen mit Behinderung). Das Wie und Was des Sprechens über Teile der Energiewende beeinflusst die Wahrnehmung von Technologien und ihrer Nutzung. Kommunikationsangebote, etwa professioneller Akteure, erfordern eine detaillierte Kenntnis der Zielgruppe, ihrer Bedarfe und kommunikativen Praktiken. Relevant ist, welche Teile und Folgen der Energiewende für wen thematisiert werden (z. B. Gewinner oder Verlierer der Energiewende), wie sich kommunikative Aufgaben im Verlauf von Projekten „verschieben“ und welche Strategien sich eignen, um der Heterogenität involvierter Akteure gerecht zu werden (z. B. übergeordnete Kommunikationsstrategien, die als Frame „Polyphonie“ orchestrieren).

Eva-Maria Jakobs

Kapitel 2. Beschaffung von Energie

Die Beschaffung von Energie findet, wie bereits in der Einleitung beschrieben, durch die Beschaffung von Energieträgern statt. Der überwiegende Teil der konventionellen Energieträger ist endlich, wobei je nach Szenario den Hauptenergieträgern Erdöl, Kohle und Erdgas unterschiedliche ‚Reichweiten‘ zugedacht werden. Das liegt hauptsächlich an der Definition von Ressource und Reserve (vgl. Abb. 2.1).

Sandra Hook

Kapitel 1. Einleitung und Begriffe

Energiewirtschaft als komplexer Wirtschaftszweig im Spannungsfeld von Ressourcenbeschaffung, Umwandlung von Energie und deren Verteilung, unterwirft sich im klassischen Sinne geologischen, geopolitischen und technischen Gesetzmäßigkeiten. Sie umfasst alle Einrichtungen und Handlungen, die das Ziel verfolgen, die Versorgung von Privathaushalten und Betrieben aller Art mit Energieträgern, wie z. B. Erdgas, Benzin, Diesel, Heizöl, Kohle, Holz oder elektrischer Energie, sicherzustellen (vgl. Werner 2006). Die klassische oder konventionelle Energiewirtschaft, die sich hauptsächlich auf fossile und zum Teil nukleare Energieträger stützt, ist Grundlage von Entwicklung und Wohlstand in unserer modernen Gesellschaft.

Sandra Hook

Kapitel 3. Umwandlung von Energie

Im Abschnitt Umwandlung von Energie werden die Primärenergieträger nun in Sekundär- bzw. Endenergieträger umgewandelt und so für jeden einzelnen nutzbar. Die Energiewirtschaft in Deutschland wird nach wie vor von fossilen Energieträgern dominiert (Abb. 3.1).

Sandra Hook

Kapitel 6. Das Perpetuum mobile – Energiewandlung jenseits aller Grenzen

Wäre das nicht ein Traum: Eine Maschine, die ewig läuft und uns ohne Abgas und Stromrechnung mit Energie versorgt. Solch ein „Perpetuum mobile“ hat schon immer die Menschen fasziniert und tut es auch heute noch. Einige historische Fehlschläge und (scheinbare) Erfolge werden in diesem Kapitel vorgestellt. Wir lernen Perpetuum mobiles der ersten, zweiten und dritten Art kennen und sehen, warum sie alle entweder nicht funktionieren oder sinnlos sind. Wirklich alle? Auch die, denen man im Internet oder in gut sortierten technischen Museen bei der (ewigen) Arbeit zusehen kann?

Martin Buchholz
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