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Windenergie

weitere Buchkapitel

Kapitel 1. Einführung

In den letzten Jahren erfahren Thermoaktive BauteilsystemeThermoaktives Bauteilsystem (TABS), kurz TABS, in der Architektur mehr und mehr Zuspruch, da sie durch ihre Gebäudeintegration optisch nicht zu sehen sind und sowohl Heiz- als auch Kühloptionen für den Raum bieten. Sie sind mit der enormen thermischen Masse der Gebäudedecken, Gebäudeböden aber auch der Wände gekoppelt und sind daher speicherbehaftete Heiz- und Kühlsysteme. Bei der Wärmeübertragung an den Raum handelt es sich im Grunde um einen Speicherlade- und -entladevorgang.

Elmar Bollin, Martin Schmelas

1. Einleitung

Die wirtschaftliche Bedeutung der Kapitalanlage über Investmentfonds ist ungebrochen. In 2010 besaßen laut einer am 05.10.2010 veröffentlichten Studie des Zentrums für europäische Wirtschaftsforschung (ZEW) rund 60 % aller deutschen Haushalte Anteile an Investmentfonds. Dabei sind aus wirtschaftlicher Sicht an einer solchen Investmentanlage sowohl die Anleger als Investoren, die Verwahrstelle, welche den Investmentfonds verwaltet, sowie die Kapitalverwaltungsgesellschaft beteiligt. Der Besteuerung nach dem Investmentsteuergesetz unterfallen jedoch ausschließlich die Anleger sowie die Investmentfonds, bei denen eine Verknüpfung zum Inland vorliegt (z. B. inländischer Fonds, inländischer Anleger oder inländische Vermögensgegenstände). Dabei gelten als Investmentfonds i. S. d. InvStG im Grundsatz alle Anlagevehikel, welche als sog. Investmentvermögen dem Aufsichtsrecht (KAGB) unterliegen. Die Ausnahmen in § 1 Abs. 3 InvStG und Ergänzungen in § 1 Abs. 2 InvStG (fiktive Investmentfonds) sind zu beachten. Damit unterfallen dem InvStG sowohl offene als auch geschlossene Fonds. Für die Besteuerung unterscheidet das InvStG seit der grundlegenden Änderung durch die Investmentsteuerreform 2018 zwischen (Publikums-)Investmentfonds und Spezial-Investmentfonds. Es beinhaltet für diese beiden Fondstypen unterschiedliche Besteuerungssysteme. Erstmals basiert das Investmentsteuerrecht auf dem Intransparenzprinzip, welchem die (Publikums-)Investmentfonds ausnahmslos unterfallen. Die bislang angestrebte Gleichstellung der Anlage über einen Fonds mit der Direktanlage wird dadurch aufgegeben. Nunmehr findet im Grundsatz zunächst eine Besteuerung auf Fondsebene und anschließend auf Anlegerebene statt. Das Transparenzprinzip kann lediglich für Spezial-Investmentfonds zur Anwendung kommen. Ihnen steht ein Wahlrecht zu, ob sie nach dem Transparenz oder dem Intransparenzprinzip besteuert werden wollen.

Katrin Dorn

Zwischen ‚Ruhe‘ und ‚Unberührtheit‘: Landschaftsbilder am Wattenmeer im internationalen Vergleich

Entlang der Wattenmeerküste von Den Helder in den Niederlanden bis nach Blavands Huk in Süddänemark herrschen unterschiedliche Verständnisse von Landschaft und Natur vor, welche die Naturschutzpolitik und -praxis auf regionaler Ebene maßgeblich prägen. Seit fast vierzig Jahren wird das Wattenmeer von den Anrainerstaaten Deutschland, Dänemark und den Niederlanden als grenzüberschreitendes Ökosystem von internationaler Bedeutung geschützt. So weit wie möglich soll die freie Entwicklung der Natur gewährleistet werden. Ungeachtet der engen Zusammenarbeit einer Vielzahl von Wissenschaftler*innen, von zuständigen Behörden und Vertreter*innen aus Wirtschaft und Zivilgesellschaft auf der trilateralen Ebene befinden sich jedoch sehr unterschiedliche Vorstellungen von Natur und Landschaft in den drei Ländern. Einerseits wird die Ursprünglichkeit der Natur geschützt, andererseits die Offenheit der Landschaft und die Dunkelheit des Nachthimmels über dem Wattenmeer. Mal wird das Zusammenspiel zwischen natürlichen und kulturellen Werten betont, mal die Unberührtheit der Natur und das Minimieren menschlicher Einflüsse jeglicher Art. In diesem Beitrag werden die national bedingt unterschiedlichen Landschaftsbilder und deren Auswirkungen auf den Naturschutz und das Küstenmanagement erläutert. Der Vergleich beruht auf interpretativer Policy-Analyse und tiefgehenden qualitativen Interviews mit relevanten Akteuren und Stakeholdern in den drei Ländern. Die vergleichende Analyse zeigt vor allem, dass der Naturschutz und das Landschaftsmanagement, auch in Zeiten des engen internationalen Austausches und des transnationalen Policy-Makings, weiterhin national und regional eingebettet bleiben und als kulturell-situierte Praktiken verstanden werden sollen.

Cormac Walsh

Bundesweite empirie- und modellgestützte Bewertung von Vielfalt, Eigenart und Schönheit des Landschaftsbildes

Derzeit fehlt es an Daten zur Bewertung von Eingriffen in das Landschaftsbild durch den Ausbau des Stromnetzes in Deutschland, die auf einer homogenen Methodik und einheitlichen Datengrundlage basieren und alle im Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) genannten Bewertungskriterien abbilden. Der folgende Beitrag behandelt einen GIS-basierten Ansatz der Landschaftsbildbewertung, der auf Basis empirischer Daten eine statistische Modellierung der Vielfalt, Eigenart und Schönheit des Landschaftsbildes erstellt. Die Modelle basieren auf Bewertungen von über 800 Landschaftsfotos durch über 3500 Personen in einer Onlineumfrage. Die Modellgüte (Bestimmtheitsmaß R2) der drei linearen Regressionsmodelle liegt zwischen 64 und 65 %. Jedes der drei Modelle wurde flächendeckend angewendet. Die Ergebnisdarstellung erfolgt in bundesweiten Karten, von denen die Karte zur Schönheit des Landschaftsbildes hier stellvertretend vorgestellt wird. Die statistischen Modelle werden untereinander verglichen. Neben grundlegenden gemeinsamen Bewertungsfaktoren wie dem Hemerobiegrad, dem Wald- und Gewässeranteil sowie der Ausprägung des Reliefs wird deutlich, dass die in § 1 BNatSchG genannten Kriterien zur Landschaftsbildbewertung (Vielfalt, Eigenart und Schönheit) sich durch jeweils spezifische Berechnungsfaktoren zusammensetzen.

Silvio Hildebrandt, Michael Roth, Hans-Georg Schwarz-von Raumer, Frank Roser

10. Das Hahn-Meitner-Institut – Grundlagenforschung für die Solarenergie

Berlin ist zwischen Paris und St. Petersburg die Stadt mit der größten Dichte von Forschungseinrichtungen in Europa. Das ist bereits seit über 100 Jahren so. Namen wie Alexander und Wilhelm von Humboldt, Hermann von Helmholtz, Max Planck, Walther Nernst und Albert Einstein, um nur einige der Bekanntesten zu nennen, schmücken die Wissenschaftsgeschichte dieser Stadt. Ebenso bekannt sind die Kernphysikerin Lise Meitner und der Chemiker Otto Hahn, die durch die Experimente am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie die Kernspaltung entdeckten, eine der folgenreichsten Entdeckungen des 20. Jahrhunderts. Sie führte während des 2. Weltkriegs zur Atombombe, später auch zu Atomkraftwerken, die zunächst eine segensreiche Entwicklung zu werden schienen. Otto Hahn nahm für die Entdeckung der Kernspaltung 1944 den Nobelpreis für Chemie entgegen, allein, obwohl Lise Meitner, die damals im Nobel-Institut in Stockholm arbeitete, ihn ebenso verdient hätte. Wie Einstein hatte sie Deutschland verlassen müssen, weil sie von den Nazis diskriminiert wurde und aus „rassischen Gründen“ von den Nationalsozialisten verfolgt und ermordet worden wäre.

Gerd Stadermann

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

3. Energieeffizienz – die große Schwester der erneuerbaren Energien

Als der Ingenieur Dr. Werner Kleinkauf 1971 bei einer Diskussion Kritik an der Nutzung der Kernenergie äußerte und auf das ungelöste Problem der radioaktiven Reststoffe verwies, bot ihm der damalige Vorstandsvorsitzende der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR) Prof. Dr. Hermann L. Jordan an, sich doch mit erneuerbaren Energien zu befassen. Damals hießen sie noch nichtnukleare, nichtfossile Energien. Kleinkauf, bis dahin Programmleiter für Satellitenenergietechnik, nahm das Angebot an und gründete 1972 in der DFVLR Stuttgart die erste außeruniversitäre Abteilung für Forschung und Entwicklung erneuerbarer Energien in Deutschland. Diese Abteilung war in den folgenden Jahrzehnten Ausgangspunkt für viele Aktivitäten auf diesem neuen Forschungsgebiet in der Bundesrepublik. Sie wurde darüber hinaus zur Keimzelle für neue Institute, die später die Forschung und Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland maßgeblich vorantreiben sollten. Kleinkauf, als kreativer Kopf bekannt, sah die neue Aufgabe als eine riesige Chance, wissenschaftliches Neuland zu betreten in einer Zeit, als das Umweltbewusstsein in Deutschland einen ersten Höhepunkt erreicht hatte. Als Reaktion auf Proteste gegen das Atomforschungsprogramm 1973 wurde im Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) das Referat Nichtnukleare Energieforschung gegründet und beschlossen, erstmalig neben dem Atomforschungs- auch ein allgemeines Energieforschungsprogramm aufzulegen. Ein halbes Jahr später brach die erste Ölkrise über die zunehmend energiehungrige westliche Welt herein. Sie wirkte stark beschleunigend auf die Entwicklung des geplanten Energieforschungsprogramms des BMFT. Im gleichen Jahr gab das Ministerium eine Programmstudie zum Thema erneuerbare Energien in Auftrag, um die sich diejenigen DFVLR-Mitarbeiter bewarben, die später den Bereich „Energetik“ gründen sollten.

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

16. Das DEWI – ein Forschungsdienstleister wird zum Konzern

Das Deutsche Windenergie-Institut (DEWI) ist eine Gründung des Landes Niedersachsen im Jahr 1990. Der Geschäftsführer des Instituts, Dipl.-Ing. Jens Peter Molly, hatte es zwar als Forschungsinstitut für Windenergie konzipiert, spezialisierte es aber nach und nach auf Dienstleistungen für Hersteller von Windturbinen und für Windparkplaner. Dies umfasste die Vermessungen von Leistungskurven, von elektrischen Eigenschaften und der dynamischen Belastungen von Windturbinen, sowie Anemometerkalibrationen und Energieertragsberechnungen für Betreiber von Windenergieanlagen (WEA) [1]. Natürlich gehören physikalische Messungen zu Wissenschaft und Forschung, aber das Institut sieht seine Aufgabe nicht in der Erforschung und Entwicklung neuer Windkraftanlagen, sondern versteht sich als ein Dienstleister, der sowohl Forschung und Entwicklung ermöglicht, als auch Betreibern von Windenergieanlagen hilft, Erträge von WEA zu optimieren. Mit dieser Ausrichtung hat sich das Institut zu einem gefragten Kooperationspartner in Deutschland und weltweit entwickelt. Heute ist das DEWI ein Konzern, weil Tochtergesellschaften in vielen Ländern entstanden sind. Niederlassungen gibt es in Brasilien, China, Frankreich, Kanada, Italien, Spanien und der Türkei. Hinzu kommt die Gründung der Tochtergesellschaft DEWI-Offshore and Certification Center GmbH (DEWI-OCC) in Cuxhaven im Jahre 2003.

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

9. Am Scheideweg: Atom- oder Sonnenenergie

In diesem Kapitel geht es nicht um Forschung und Entwicklung erneuerbarer Energiequellen. Vielmehr werden in der Bundesrepublik die Jahre einer Weichenstellung beleuchtet, in denen entscheidende Debatten zum Thema Atomenergie und zum Ausstieg aus dieser problematischen Energieform stattfanden. Erst im Lichte dieser Weichenstellung, die sowohl im Bundesforschungsministerium als auch im Parlament erfolgte, werden die energiepolitischen Entwicklungen der folgenden Jahrzehnte in der Bundesrepublik verständlich.

Gerd Stadermann

6. Forschungszentrum Jülich – Solarenergieforschung im Schoße der Kernphysik

Das Forschungszentrum Jülich hieß bis 1990 Kernforschungsanlage Jülich, kurz KFA. Die KFA ist wie das Kernforschungszentrum Karlsruhe (KFK), die GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH sowie das Hahn-Meitner-Institut für Kernforschung (HMI) in Berlin Mitte der 1950er-Jahre als Großforschungszentrum zur Erforschung, Entwicklung und Anwendung nuklearer Energien in Deutschland gegründet worden. Die Beschäftigung mit solaren Energietechniken lag daher in der KFA Jülich nicht auf der Hand! Sie begann in den gleichen Jahren wie die in der damaligen DFVLR in Stuttgart (siehe Kap. 5 ), hat aber einen eigenen, unabhängigen Verlauf genommen – soweit man in dieser Zeit von eigenständigen, voneinander unabhängigen Entwicklungen überhaupt reden kann: Die Themen Ressourcenknappheit, Umweltschutz und gesicherte Energieversorgung waren seit dem Bericht an den Club of Rome und der Ölkrise in den Jahren 1973/1974 in aller Munde. Die Besonderheit in der KFA war, dass sich die ersten Aktivitäten und Projekte auf dem Gebiet der Sonnenenergie, hier der Solarthermie, im Institut für Kernphysik entwickelten. Damit begann eine wechselvolle Geschichte. Untypisch für alle anderen Institutionen mit dem Thema Solarenergieforschung in der Bundesrepublik führte sie in der KFA nach ca. zehn Jahren zu einem vollständigen Fadenriss in der Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet.

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

7. Oldenburg – die universitäre Keimzelle für eine solare Energieversorgung

Die späten 1960er-Jahre standen im Zeichen der Studentenproteste, die sich gegen autoritäre Machtstrukturen an den Universitäten richteten. Es ging um mehr Demokratie an den Hochschulen aber auch in der Gesellschaft insgesamt. An den Universitäten wurden die hierarchischen Strukturen in Frage gestellt, alle universitären Gruppen sollten gleichberechtigt an hochschulinternen Entscheidungsprozessen beteiligt werden. Ende der sechziger Jahre begann die Politik darauf zu reagieren, es wurden grundlegende Struktur- und Organisationsreformen eingeleitet und schließlich ein studentisches Mitspracherecht gesetzlich verankert [1, 2].

Gerd Stadermann

5. Stuttgart – „Mekka“ der Forschung und Entwicklung alternativer Energien in Deutschland: die DFVLR und das ZSW

Die Bezeichnung „Mekka“ für Stuttgart geht auf Prof. Dr. Boris Boyko zurück. Boyko – Professor an der Technischen Universität Charkow – war als Vertreter der Sowjetunion in der UNESCO Generaldirektor der Abteilung Solarenergie mit Sitz in Paris. Er plante eine große Solarenergiekonferenz, wobei es ihm darum ging, die solaren Energieerträge auch in Abhängigkeit von meteorologischen Einflüssen zu betrachten. Dafür holte er die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) als Mitveranstalterin in die von der UNESCO geplante Konferenz hinein. Anfang der 1970er-Jahre besuchte Boyko das Institut für Physikalische Elektronik in Stuttgart (IPE) und bat Prof. Dr. Werner Bloss und Prof. Dr. Hans Albrecht, diese erste weltweite Solarenergiekonferenz von UNESCO und WMO inhaltlich vorzubereiten, mit zu organisieren und Bericht zu erstatten [1]. Sie fand vom 11–15. Oktober 1976 in Genua statt [2]. Auf der Konferenz wurden Wege diskutiert, wie eine Kooperation der europäischen Solaraktivitäten organisiert werden sollte sowie Möglichkeiten, Entwicklungsländer einzubeziehen [2].

Gerd Stadermann

Kapitel 8. Trinkwasser

„Die globale Trinkwasserkrise gefährdet auch unseren Wohlstand“, titelte Die Welt im August 2019. „3,6 Mrd. Menschen von Wasserknappheit betroffen“ schrieb Die Zeit im März 2018. „Der Welt steht eine historische Trinkwasserknappheit bevor“, stand vor ein paar Jahren im Stern zu lesen. Oder gar: „Der Planet verdurstet“, so formulierte es 2016 der bekannte Wissenschaftler Harald Lesch. Die Sorge um Wasserknappheit ist dabei schon viel älter: „Der nächste Krieg im Nahen Osten wird ums Wasser geführt“, prophezeite zum Beispiel 1985 der damalige UN-Generalsekretär Boutros Ghali.

Dr. Thomas Unnerstall

Kapitel 9. Energie

Wenn es eine einzelne Größe gibt, an der die so oft angeprangerte mangelnde Nachhaltigkeit der jetzigen Lebens- und Wirtschaftsweise der Menschheit am häufigsten festgemacht wird, dann ist es wohl der Energieverbrauch. In der Tat: Der globale Energieverbrauch ist in den letzten 100 Jahren regelrecht explodiert und liegt heute fast neunmal höher als 1920, während die Weltbevölkerung nur um den Faktor vier gewachsen ist. Etwa 85 % dieses Energieverbrauchs werden dabei durch die sogenannten fossilen Energieträger gedeckt (d. h. Energieträger, die in vorangegangenen Erdepochen entstanden und in der Erdkruste gelagert sind): Kohle, Erdöl und Erdgas.

Dr. Thomas Unnerstall

Kapitel 2. Die wichtigste Herausforderung heißt: Umstieg von den fossilen auf regenerative Energieträger

Lassen Sie uns zu Beginn dieses Buches einen Moment lang träumen. Wir begeben uns in eine fiktive Welt, die sich nur in einem – aber, wie wir sehen werden, sehr gravierenden – Punkt von unserer realen Welt unterscheidet: In dieser Welt gibt es das Problem des Klimawandels nicht. Und zwar deshalb nicht, weil die Menschheit schon vor 20, 30 Jahren begonnen hat, die CO2-Emissionen ernsthaft einzudämmen, sodass die Klimaerwärmung auf etwa 1 Grad begrenzt worden ist. Wie sehen in dieser fiktiven Welt die Zukunftsperspektiven bis 2100 (weiter zu schauen, ist rational kaum möglich) für die Ökosysteme und für die Grundlagen des menschlichen Lebens und Wirtschaftens aus?

Dr. Thomas Unnerstall

3. Auswirkungen des § 13a BauGB in der Praxis: Bemessung von Flächenersparnis

Im abschließenden Kapitel werden Ansätze einer möglichen Praxisuntersuchung über qualitative, die Regelungsbestandteile des § 13a BauGB betreffende, und quantitative, die Bauflächen betreffende Kriterien aufgezeigt, mit der unter einer gegebenen Definition von Flächenersparnis Bebauungsplanzahlen, also Häufigkeiten aufgezeigt sowie Flächen aufsummiert werden können.Im Ergebnis hätte man eine genaue Vorstellung der Flächenersparnis durch Anwendung der Bestimmung des § 13a BauGB in der Planungspraxis.Einige Beispiele sollen dies verdeutlichen.Abschließend werden Besonderheiten bei der Anwendung des beschleunigten Verfahrens für Bebauungspläne der Innenentwicklung hinterfragt.

Bernd Bohnenberg

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

Mobilität und Energie bedeuten Wohlstand – Auf Basis der Physik von der Vergangenheit zur Zukunft

Wohlstand und Mobilität sind untrennbar miteinander verwoben. Die Sicherstellung dieser Mobilität wird allerdings zunehmend durch Reglementierungen und Falschannahmen in der Klimapolitik gefährdet. Die damit verbundene Verteuerung der Energie wird dabei vor allem die einkommensschwachen Bevölkerungsschichten treffen. Eine physikalisch-wirtschaftliche Betrachtung, die als Erstveröffentlichung in der MTZ 4/2019 erschienen ist.

Wolfgang Maus

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

4. Bedarf für Energiespeicherung. Praktische Beispiele

Zusätzlich zu den allgemeinen Anwendungsbeispielen für Speicher aus Kap. 2 werden in diesem Kapitel Beispiele aus der internationalen Praxis diskutiert. Sie werden aus den in Kap. 3 erwähnten Untersuchungen der CIGRE-Arbeitsgruppe C6.15 abgeleitet. Basierend auf der im Rahmen dieser Gruppe durchgeführten Abschätzung des weltweiten Bedarfs an elektrischen Energiespeichersystemen wurden diese Ergebnisse für verschiedene Szenarien ebenfalls in diesem Kapitel vorgestellt. Die Bedarfszahlen haben theoretischen Charakter, geben aber einen Überblick über die Notwendigkeit des Einsatzes von Energiespeichern, auch in einem zu 100 % erneuerbaren System, das einerseits nachhaltig sein, aber auch die notwendige Versorgungssicherheit bieten muss. In der Praxis wird die Smart-Grid-Flexibilität nicht nur durch EES, sondern auch durch andere Maßnahmen erreicht, was die in diesem Kapitel dargestellten Bedarfszahlen relativiert.

Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

2. Systeme zur Speicherung elektrischer Energie

Die Speicherung elektrischer Energie war von Anfang an ein Teil des Energiesystems. Das erste elektrische Stadtlicht wurde mit Strom aus einem Gleichstromgenerator in Kombination mit Batteriespeicherung versorgt. Seit vielen Jahren in Vergessenheit geraten, erleben elektrische Energiespeichersysteme, insbesondere Batteriespeichersysteme, seit Ende des 20. Jahrhunderts eine Renaissance. Mit Pilotprojekten wurden viele neue Anwendungsfelder erschlossen und neue Technologien, wie z. B. Lithium-Ionen-Batterien, erfolgreich weiterentwickelt. Im Zusammenhang mit der Entwicklung des Smart Grid im 21. Jahrhundert stellen sich auch den Speichersystemen neue Aufgaben, die in diesem Kapitel diskutiert werden. Um Speicheranwendungen zu fördern, wird in diesem Kapitel auch ein generisches Modell für Energiespeichersysteme (EES) vorgestellt und diskutiert. Dieses deckt sowohl Aspekte der einzelnen Anlagen als auch der komplexen Netzplanung ab. Durch mehrere Beispiele werden in diesem Kapitel die Vorteile des Modells veranschaulicht. Von einfachen technischen Aufgaben bis hin zur wirtschaftlichen Optimierung und zu multikriteriellen Betrachtungen können die Anwendungen von EES mit dem Modell analysiert werden.

Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

1. Zukünftige Energiesysteme

Der Energieverbrauch steigt weltweit kontinuierlich an. Die Tatsache, dass die Gefahren des Klimawandels für die Erde längst erkannt sind, bedeutet, dass der Anteil erneuerbarer Energiequellen (EE) am Energiemix vieler Länder zunimmt. Erneuerbare Energien substituieren inzwischen technisch und wirtschaftlich erfolgreich fossile Energiequellen. Dadurch, dass die Energie der Zukunft in einer Umwandlungskette im Wesentlichen über Elektrizität erzeugt wird, kommt den elektrischen Energienetzen eine neue Rolle zu. Smart Grids, die elektrischen Netze der Zukunft, müssen flexibel sein, aber gleichzeitig eine zuverlässige und sichere Energiequelle bleiben. Viele dieser Herausforderungen werden in diesem Kapitel ausführlich diskutiert und die Flexibilitätsoptionen für das Smart Grid vorgestellt.

Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

4. Lineare Gleichungssysteme

In praktischen Anwendungen muss man des Öfteren diverse Unbekannte aus mehreren Gleichungen bestimmen. Besonders häufig kommen hier Probleme vor, bei welchen lediglich gewisse Vielfache der Unbekannten addiert werden, sog. ” lineare Gleichungssysteme“. Derartige Gleichungssysteme erlauben ein systematisches Vorgehen zur Bestimmung der Lösung, welches in diesem Kapitel anhand diverser Beispiele vorgestellt wird.

Klaus Dürrschnabel

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

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

Mobile Erweiterte Realität (mAR) mit unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs)

Architekturen und Anwendungsfälle im Umweltbereich

Während mobile Erweiterte Realität (mAR) bisher überwiegend auf handelsüblichen Mobilgeräten (Smartphones, Tablets) oder auf speziellen AR-Brillen umgesetzt wird, wäre es auch möglich, unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) zur Realisierung von mAR einzusetzen. Aus der Kombination dieser beiden innovativen Technologien ergäbe sich eine Vielzahl neuer Anwendungen, bei der das Kamerabild des UAVs durch AR-Informationen in Echtzeit erweitert und auf einem separaten Bildschirm dargestellt wird. Da aber Wissen über die Einsatzmöglichkeiten und die technische Umsetzung von AR-UAVs bislang nicht bekannt sind, wird das Potenzial der Kombination aus mAR und UAV bisher nicht genutzt. Daher werden in diesem Beitrag zum einen potenzielle AR-UAV-Anwendungsbereiche auf Basis einer systematischen Literaturanalyse identifiziert sowie zum anderen unterschiedliche Software-Architekturen, mit denen AR-UAV-Anwendungen software-technisch umgesetzt werden können, auf Basis von verschiedenen Tracking-Technologien entworfen und bewertet, um es insgesamt zu ermöglichen, das Potenzial von AR-UAVs stärker auszuschöpfen.

Maria Ressel, Simon Burkard, Frank Fuchs-Kittowski

3. Design Thinking für industrienahe Dienstleister – Was ein analoges und digitales DETHIS-Verfahren mit und für KMU leisten kann

Kleine und mittlere Unternehmen im Bereich industrienaher Dienstleistungen werden durch den digitalen Wandel mit großen Herausforderungen konfrontiert. Anders als im klassischen Produktgeschäft besitzen diese Unternehmen für ihre Dienstleistungen häufig keine spezialisierte Forschungs- und Entwicklungsabteilung oder ein institutionalisiertes Innovationsmanagement. An diesem Punkt knüpft das Projekt „DETHIS – Design Thinking for Industrial Services“ an. Im Rahmen des Projekts wird den Herausforderungen des digitalen Wandels an die Unternehmen und ihrem Bedarf nach innovativen Dienstleistungen mit einem Design-Thinking-Ansatz begegnet, der speziell für die Anforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen weiterentwickelt wurde. Das im Projekt entwickelte DETHIS-Verfahren ermöglicht es allen Teilnehmenden im Innovationsprozess, gemeinsam orts- und zeitunabhängig neue industrienahe Dienstleistungen zu entwickeln. In diesem Beitrag geben wir einen Einblick in die Ergebnisse und Erkenntnisse des Projekts mitsamt den Erfolgen und Hindernissen. Die Resultate zeigen vielfältige Möglichkeiten für kleine und mittlere Unternehmen, ihren Innovationsprozess zu strukturieren und Dienstleistungsinnovationen systematisch und kreativ zu entwickeln. Die Implementierung des analogen und digitalen DETHIS-Verfahrens in den Unternehmen des Projekts ergab, dass vor allem die Organisationsstruktur und -kultur eine große Rolle für den Erfolg eines institutionalisierten Innovationsmanagements spielen. Eine transparente Beschreibung möglicher Hürden und Fehltritte kann dabei helfen, Kosten und Zeit bei der Implementierung des Ansatzes zu sparen.

Beke Redlich, Christoph Lattemann, Chris Gernreich, Christoph Fuchß, Christopher Rechtien, Dominik Siemon, Felix Becker, Jann-Heye Ksellmann, Jennifer Fromm, Jens Pöppelbuß, Lily Marlene Sellhorn-Timm, Nina Schaub, Nadine Schöne, Sebastian Knop, Simon Fischer, Stefan Stieglitz, Susanne Robra-Bissantz

Open Access

Kapitel 6. Fallstudien

Kapitel 6 zeigt konkrete Vorgehensweisen für die Zielmarktanalyse für eine Industrie (Kapitel 6.1) und unterschiedliche Internationalisierungsmuster von Unternehmen (Kapitel 6.2). In Kapitel 6.1 wird eine eigenständig entwickelte Methode für eine Zielmarktanalyse in einer Querschnittsindustrie wie der Umwelttechnikindustrie vorgestellt. Dabei wird auf die ersten drei Bausteine des ISA-Modells eingegangen. Kapitel 6.2 stellt die Internationalisierungsmuster von zehn Unternehmen vor, dabei wird auf alle Bausteine des ISA-Modells eingegangen. Die Fallstudien in Kapitel 6.2 sind so ausgewählt, dass möglichst unterschiedliche Markteintrittsstrategien und deren Implementierung beschrieben werden können (siehe auch Abb. 6–9).

Simone Reber geb. Wiesenauer

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

Chapter 3. Spezifische Herausforderungen bezüglich des digitalen Wandels

Dass der digitale Wandel gerade heute verstärkt Thema ist, hängt mit der technologischen Entwicklung der letzten 10 Jahre zusammen. Die elektronischen Elemente sind um ein vielfaches leistungsfähiger geworden. Deshalb konnten komplett neue Lösungsansätze für unterschiedlichste Fragegestellungen entwickelt werden. In diesem Kapitel wird zum einen der technologische Wandel nachgezeichnet und erläutert, welche Auswirkungen dieser auf die heutige Diskussion, aber vor allem auf die Herausforderungen in der nahen Zukunft hat. Zum anderen werden die neuen Ansätze erläutert, die zu digitalen Businessmodellen, aber auch neuen Lösungen für eine Vielzahl von Fragestellungen führen. Abschliessend beleuchtet dieses Kapitel dann die Bedingungen für technologische Entwicklungen: Nicht alles, was man sich vorstellt, kann auch umgesetzt werden, nicht alles, was technisch möglich ist, macht aus Sicht der Ökonomie auch Sinn und zum Schluss, nicht alles , was ökonomisch sinnvoll ist, wird vom Markt oder den Bürgerinnen und Bürger auch angenommen. Abschliessend folgt dann eine ethische Betrachtung dieser technologischen Entwicklung und den daraus entstehenden Möglichkeiten.

Matthias Meyer

Kapitel 5. Das genügsame Haus

Die Behauptung: „Ein großer Teil unserer Primärenergie wird für das Heizen von Gebäuden aufgewendet. Wenn wir die Klimaziele erreichen wollen, muss der Gebäudesektor schnell dekarbonisiert werden. Hierzu müssen wir Energieeffizienzstandards von Gebäuden verschärfen und die Sanierungsrate von Häusern anheben. Energiesuffizienz – die freiwillige Begrenzung des Energiebedarfs – sollte neben Effizienzmaßnahmen als zusätzliches Klimaschutzinstrument von der Politik gezielt gefördert werden.“

Prof. Dr. André D. Thess

Kapitel 6. Die billige Energiewende

Die Frankfurter Allgemeine Zeitung berichtete in ihrer Ausgabe vom 19. Februar 1990 unter der Überschrift „Die Kosten der deutsch-deutschen Währungsunion“: „Den Bedarf für einen Umbau der DDR auf westdeutschen Standard hatte der wirtschaftspolitische Sprecher der CDU/CSU-Bundestagsfraktion, Matthias Wissmann, auf rund 890 Mrd.

Prof. Dr. André D. Thess

Kapitel 7. Das stubenreine Flugzeug

Ex-Bundeskanzler Gerhard Schröder soll bei einer Chinareise einmal gesagt haben: „Ich würde mich freuen, wenn jeder Bürger der Volksrepublik China einmal unser schönes Deutschland besucht.“

Prof. Dr. André D. Thess

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

Industrie und Nachhaltigkeit für eine starke Ruhrbanität

Der von Jan Polívka, Christa Reicher und Christoph Zöpel geprägte Begriff der „Ruhrurbanität“ beschreibt in einem einzigen Wort das Ziel des Strukturwandels des Ruhrgebiets: die Entwicklung von einem durch die Montanindustrie definierten Gebiet zu einer Agglomeration mit einer klaren urbanen Identität. Sie beschreiben diesen Weg durch sechs strategische Schwerpunkte, nämlich.

Franz Lehner

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

8. Herausforderungen einer klimafreundlichen Energieversorgung

Sucht man nachhaltige Lösungen zur Begrenzung des globalen, anthropogenen Temperaturanstiegs, ist eine kritische Auseinandersetzung mit der Energieversorgung unablässig. In Deutschland wurde in einem ersten Schritt der Energiewende der Ausbau erneuerbarer Energien massiv forciert. Es zeigt sich, dass mit einer Vielzahl ausgereifter Technologien die Versorgungssicherheit gewährleistet werden kann.

Dr. Janine Kleemann, Kirsten Neumann, Dr. Antje Zehm

7. Perspektiven der ökonomischen Praxis

Was sind die drängendsten Fragen der modernen Ökonomie? Es dürfte unstrittig sein, dass unser heutiges Wirtschaftsmodell Gewinner und Verlierer produziert. Dies gilt nicht nur für die Globalisierung, sondern auch für die einzelnen nationalen Gesellschaften. Was für ein Erfolgsmodell ist eine Ökonomie, in der die Ungleichheit zwischen dem einen wohlhabenden Prozent und dem 99 Prozent Rest tatsächlich und gefühlt immer stärker auseinanderdriftet? Wenn nur wenige Menschen auf der Welt nahezu das gleiche Vermögen besitzen wie die ärmere Hälfte der Weltbevölkerung? Die Ökonomie und ihre Repräsentanten müssen sich fragen, wie eine solche Schere der Verteilung sukzessive geschlossen werden kann, ohne gleichzeitig die Leistungstragenden dieser Gesellschaft zu verprellen. Außerdem haben wir nur einen Planeten. Wir können uns nicht leisten, diesen für unsere Nachkommen auf ewig zu verwüsten. Die durch den Klimawandel bedingte weltweite Temperaturerhöhung ist schon mehrheitlich irreversibel. Wir brauchen dazu schnell ein weltweit einheitliches Konzept. Die Digitalisierung und die Künstliche Intelligenz erfordern ebenfalls schnelle und kluge Antworten. Wir dürfen diese Entwicklung auf keinen Fall verschlafen und sie den USA oder China überlassen. Und schließlich braucht die Ökonomie in der Summe ein Narrativ, eine Erzählung, wo sie in den nächsten Jahrzehnten hinmöchte.

Detlef Pietsch

8. Nachhaltigkeitsverständnisse in der finanzialisierten Altersvorsorge

Die Altersvorsorge war in Deutschland nach dem Zweiten Weltkrieg vom sogenannten Ein-Säulen-Modell geprägt. Mit der Rentenreform im Jahr 2001 wurde es durch ein Mehr-Ebenen-Modell ersetzt, in dem die private kapitalgedeckte Rente gesetzlich und steuerlich gefördert wird. Mit den neu geförderten und regulierten Formen privater Vorsorge wurde ein neuer bzw. erweiterter Markt für Altersvorsorge geschaffen. Ziel dieses Beitrags ist es, die Nachhaltigkeitsverständnisse der Finanzdienstleister/innen in diesem Bereich zu rekonstruieren. Wir untersuchen, wie Nachhaltigkeit bei privaten Altersvorsorge-Produkten am Finanzmarkt von den Anbieter/innen nachhaltiger Anlagen gestaltet wird und dabei die diskursiven Argumentationsmuster und praktischen Implikationen bestimmte vorherrschende Rationalitäts- und Legitimitätsvorstellungen der Akteur/innen und des Feldes widerspiegeln. Diese symbolischen und praktischen Konstruktionselemente von Nachhaltigkeit bei der finanzialisierten Altersvorsorge arbeiten wir exemplarisch in einer empirischen Untersuchung auf Grundlage öffentlich zugänglicher Informationen heraus. Darauf aufbauend beleuchten wir das Verhältnis ‚nachhaltiger‘, finanzialisierter Altersvorsorge zu (In-)Stabilität und Risiken am Finanzmarkt.

Agnes Fessler, Sebastian Nagel

Wasserbau

Die Kerndisziplinen des Wasserbaus sind die Stauanlagen, wie Wehre bzw. Flusssperren und Talsperren, aber auch Wasserkraftanlagen sowie der Flussbau. Dazu kommen der Hochwasserschutz, die Sanierung bestehender wasserbaulicher Anlagen und heute verstärkt auch Aspekte der Ökologie bei der Planung neuer Anlagen und bei der Renaturierung im Zuge der Modernisierung von Wasserbauten und bei der Neugestaltung flussbaulicher Anlagen.

Franz Zunic, Theodor Strobl

Kapitel 10. Elektroantrieb statt Verbrennungsmotor löst nicht die Probleme

Die Probleme beginnen bei der Absicherung der Leistung für eine zumutbare Funktionsdauer. Verbannen die Elektroantriebe die Verbrennungsmotoren, genauer gesagt die Dieselmotoren, von Landwirtschaftsmaschinen wie Ackerwalzen, Schlepper, Trecker oder Mähdrescher? Auch von Industrieanlagen und Maschinen, von Schiffen und Baumaschinen wie Bagger, Raupen, Bohrgeräten, Tiefladern, Betonmischern, von Straßenwalzen, Asphaltheizmaschinen und Baukompressoren? Ebenso von einem Raupenkran von Liebherr mit 2 Elektromotoren und einer Batterie von Tesla, dem Vorzeige-Elektroauto, statt der zwei 8 Zylinder-Dieselmotoren mit einer Gesamtleistung von 1000 Kilowatt (1360 PS)? Mit einer Batterie die fast eine Tonne wiegt, könnte der Kran bei gutem Wetter geradeso fünf Minuten arbeiten. Die Rechnung ist einfach.

Cornel Stan

Kapitel 11. Die Hoffnungsträger zuerst: Photovoltaik, Wind, Wasser

Die erneuerbaren Energieträger, die eine Energiegewinnung ohne Kohlendioxidemission gewähren, werden weltweit zunehmend eingesetzt: Sie sind tatsächlich die großen Hoffnungsträger in Bezug auf die angestrebte Klimaneutralität. Die Rechnung muss aber realistisch aufgestellt werden, um keine falschen Hoffnungen zu erwecken.

Cornel Stan

Kapitel 7. Autos mit Verbrennungsmotoren ade, Flugzeuge nicht?

Great, Boris! After Brexit, Flamexit! Nach 2035 Exit für die Automobile mit Verbrennungsmotoren von den Straßen des Vereinigten Königreiches von Großbritannien und Nordirland. Keine Benzinmotoren mehr, keine Dieselmotoren mehr, nicht einmal Hybridantriebe wie in dem bewährten Toyota Prius oder Plug-Ins wie in dem neuesten Mercedes. Boris Johnson hatte sich aber doch selbst, als Bürgermeister von London, vor gar nicht so langer Zeit, für einen großen Hybrid mächtig eingesetzt: Im Jahr 2012 erschien auf den Straßen von London der englischrote Doppelstock-Stadtbus mit hybridem Antrieb, gebildet von einem deutschen Elektromotor und einem englischen Dieselmotor, den die Londoner so liebevoll Borismaster nannten! Boris bestellte zunächst 600 Exemplare davon, und dann noch mehr.

Cornel Stan

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

49. Wandlung von Primärenergie in Nutzenergie

Zur Gewinnung der Nutzenergie, die entweder als Strom, Wärme oder mechanische Energie abgesetzt wird, sind traditionell Verbrennungsprozesse unter Einsatz von Primärenergie wie Kohle, Öl, Gas und Kernenergie erforderlich. Dabei ist die vielseitigste verwendbare Nutzenergie der Strom. Der Umwandlungswirkungsgrad, welcher derzeit bei der ungekoppelten Stromerzeugung mit bis zu 50 % zu veranschlagen ist, ist direkt mit dem CO2‐Ausstoß verbunden. Daher sind die zukünftigen Verbesserungen in der Kraftwerkstechnik für eine Erhöhung auf über 50 % anzustreben, was durch die Kombination eines Gas‑ mit einem Dampfkraftwerkes (GuD‐Kraftwerk) oder der gekoppelten Nutzung mit der entstehenden thermischen Wärme erreicht werden kann, der Kraft‐Wärme‐Kopplung (KWK). Der Verbesserung des Wirkungsgrades wirkt der notwendige, erhöhte Aufwand für die Rauchgasreinigung bis hin zur CO2‐Reduzierung entgegen. In den letzten Jahren hat die Bedeutung der erneuerbaren Energien am deutschen Energiemix durch die Energiewende deutlich zugenommen.

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

50. Verteilen und Speicherung von Nutzenergie

Neben den leitungsgebundenen Energien von Erdgas, Strom und Fernwärme spielen die Primärenergietransporte von Kohle und Öl eine bedeutende Rolle. Für den Ausbau der Energietransportsysteme sind entscheidend die Lage heimischer Energievorkommen, die Importabhängigkeit und die dazu räumlich sich ergebenden Verbraucherschwerpunkte. Für den wirtschaftlichen Transport spielt die Entfernung die entscheidende Rolle.Flüssige und gasförmige Brennstoffe und Fernwärme werden in Stahlrohren bis zu 1420 mm Durchmesser bei einem Druck bis zu 75 bar transportiert [1]. Stahlrohre sind gegen Korrosionen zu schützen, da bei Erdverlegung Sauerstoff und Säuren im Boden vorhanden sind, die das Rohrmaterial angreifen. Beim Gastransport kann es auch auf der Innenseite zu Korrosionen durch ausfallende feuchte Stoffe kommen. Unzulässige Betriebszustände sollen durch Schnellauslösung selbsttätig zur Abschaltung der Anlage und Meldung an die Betriebszentrale führen. Alle elektrischen Anlageteile und Betriebsmittel sind „explosionsgeschützt“ zu installieren.Während die Kohle auf dem Wasser‑ und Schienenweg transportiert wird, erfolgt der Mineralöltransport vielfach in Komponentenpipelines von den Seehäfen zu den Raffinerien.Die Rohölversorgung der deutschen Raffinerien per Rohrleitung erfolgt zum größten Teil über deutsche Häfen sowie über Rotterdam, Antwerpen und über die Häfen Genua und Triest.

Prof. Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner, 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

27. Energieverteilung

Zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie in Netzen und Anlagen werden Freileitungen und Starkstromkabel sowie Transformatoren und Schaltgeräte eingesetzt (s. Bd. 3, Kap. 50). Weitere Betriebsmittel sind Messwandler, Sicherungen, elektrische Relais und Meldeeinrichtungen. Schließlich sind unter den Betriebsmitteln hier auch Stromrichter zu nennen [1–8]. Die Betriebsführung der Netze erfolgt mit Rechnern.In den Hochspannungsnetzen wird Drehstrom mit Spannungen bis zu 765 kV übertragen. Gleichstromübertragungen gibt es mit Spannungen von einigen hundert kV (Hochspannungs‐Gleichstromübertragung, HGÜ), u. a. auch als Kurzkupplungen zur asynchronen Verbindung zweier Netze bei gleichzeitiger Entkopplung der Kurzschlussleistungen.In den europäischen Ländern beträgt die Betriebsfrequenz der Drehstromnetze 50 Hz. Speziell für die Bahnstromversorgung wird in den deutschsprachigen und skandinavischen Ländern auch Einphasenstrom von 16,7 Hz (bisher $$16\,2/3\,\mathrm{Hz}$$ 16 2 / 3 Hz ) eingesetzt.Die Nennspannungen der Hochspannungs‐Drehstromübertragung sind 110, 220 und 380 kV. In Energieverteilungssystemen wird eine Spannungsebene von 10 oder 20 kV eingesetzt. Die Niederspannungsversorgung in den Ortsnetzen hat die Nennspannung 230∕400 V.Gesichtspunkte bei der Wahl der Spannung sind technischer und wirtschaftlicher Art. Für die Fernübertragung sind Spannungshaltung und Stabilität, in den Netzen die Beherrschung der Kurzschlussströme von vordringlichem Interesse.

Wilfried Hofmann, Manfred Stiebler

E

Florian Langenscheidt, Peter May

D

Florian Langenscheidt, Peter May

K

Florian Langenscheidt, Peter May

S

Florian Langenscheidt, Peter May

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Florian Langenscheidt, Peter May

Kapitel 12. Halbleiter und Fotoelektrochemie

Thermische Emission (Glühemission). Freisatz von Elektronen beim Erhitzen von Festkörpern nach der Richardson-Gleichung (auch: Richardson-Dushman-Gleichung).

Peter Kurzweil

Kapitel 10. Elektrolyse

Elektrolyse ist die Zersetzung eines festen, flüssigen oder schmelzflüssigen Ionenleiters (Elektrolyt) durch einen von außen aufgezwungenen elektrischen Strom. Plus- und Minuspol sind gegenüber eine Batterie vertauscht.

Peter Kurzweil

Chapter 6. Exkurs Strukturwandel: Modern Automotive – Null Emissionen versus SUV

Das Klima verändert sich immer schneller und mit ihm die Mobilität der Menschen. Bereits jetzt sind unsere Infrastruktur- und Verkehrsnetze überlastet. Die Emissionen, vor allem in den großen Innenstädten, steigen stetig: Schadstoff-Emissionen und klimawirksame Emissionen, aber auch Lärm-Emissionen. Gelingt uns der zwingend notwendige Wandel hin zur klimafreundlichen Fortbewegung? In welchem Umfang nutzen wir hierfür die KI? Können wir nach so vielen Abgaslügen unserer Automobilwirtschaft noch vertrauen? Welche neuen Antriebskonzepte kommen, welche digitalen Kompetenzen werden benötigt und wie verhalten wir Kunden uns im Markt? Wir analysieren unsere Energie- und Datenzukunft sowie ihre wechselseitigen Abhängigkeiten. Mittendrin: der Mensch in seiner neuen Umwelt.

Rainer Gottschalk

§ 23. Grundeigentum

Der Inhalt des Eigentums findet seine Grenze dort, wo die Eigentumsschranken beginnen; Inhaltsbestimmung und Schrankenbestimmung sind daher identisch, nur der Blickwinkel ist verschieden (vgl. oben § 8 Rn. 2 ff., 8 ff.).

Professor em. Dr. Dr. h.c. Hans Josef Wieling, Professor Dr. Thomas Finkenauer

Gesundheitsfolgenabschätzung

Eine Gesundheitsfolgenabschätzung (GFA) prüft die Gesundheitsauswirkungen von geplanten Vorhaben in unterschiedlichen Politikfeldern und erarbeitet Empfehlungen, wie diese optimiert werden können. GFA können auf geplanten Vorhaben innerhalb und außerhalb des Gesundheitssektors angewandt werden. GFA ist eine Chance, Health in all Policies zum Leben zu erwecken, und verdient auch in Deutschland mehr Beachtung.

Odile Mekel

Kapitel 1. Einführung in Polymer EngineeringBande

Industrielle Produktentwicklung braucht Ingenieure mit Engineering-Fähigkeiten. Nur große Firmen leisten sich Einzelspezialisten mit dem Problem der Schnittstellen. Kleine und mittlere Firmen, sogenannte KMU, brauchen ingeniöse Generalisten mit der Befähigung des systematischen Denkens und Handelns und der situativen Einarbeitung mit Tiefgang. Die Umwelt spielt bei alledem eine immer wichtigere Rolle, ohne den Wettbewerb am globalen Markt aus den Augen zu verlieren. Daher beginnt Kap. 1 mit Definitionen des umweltgerechten Produkt Engineerings am Beispiel Polymer Engineering. Begriffe und Einteilungen folgen. Abschn. 1.5 fasst einige wirtschaftliche Daten zu Kunststoffen zusammen und nennt Trends. Kap. 1 haben wir geringfügig überarbeitet und wo möglich aktualisiert.

Peter Eyerer

6. Stromerzeugung aus Windenergie

Windkraftanlagen (WKA) machen die in den strömenden Luftmassen enthaltene Bewegungsenergie technisch nutzbar. Die dieser Wandlung der kinetischen in mechanische Energie zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge werden im Folgenden dargestellt. Nicht behandelt werden die Grundlagen der Windenergienutzung, wie sie z.B. bei Segelbooten oder Drachen realisiert wird.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr.-Ing. Burcu Özdirik, Dr.-Ing. Britta Reimers, Prof. Dr.-Ing. Michael Schlüter, Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz, M.Sc. Lucas Sens

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

12. Nutzung der Energien des Meeres

Die Nutzung der Meeresenergie umfasst sehr verschiedenartige Ressourcen im Meer, die in unterschiedlichen Energieformen (mechanisch, thermisch und chemisch) auftreten können. Demzufolge sind auch die jeweiligen Technologien zur Nutzung dieser Ressourcen sehr unterschiedlich. Dies umfasst neben Anlagen zur Nutzung der Gezeiten, der Meereswellen und der Meeresströmungen auch Systeme, welche die Differenz im Salzgehalt von Süßwasser und Meerwasser nutzen sowie Anlagen, welche die Temperaturdifferenz zwischen dem warmen Oberflächenwasser und dem kalten Tiefenwasser beispielsweise zur Breitstellung elektrischer Energie ausnutzen. Nachfolgend werden die jeweiligen Nutzungsprinzipien bzw. -konzepte dieser Optionen dargestellt.

Dipl.-Phys. Jochen Bard, Prof. Dr.-Ing. habil. Kai-Uwe Graw, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt

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 8. Die Förderung erneuerbarer Energieträger aus ordnungspolitischer Sicht

Das Gesetz für den Vorrang erneuerbarer Energien (EEG) ist der zentrale Fördermechanismus für die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energieträgern und somit wesentlicher Bestandteil der Energiewende. Die verbreitete Kritik, dass dieses Instrument klimapolitisch wirkungslos ist, wird in diesem Beitrag durch das Argument ergänzt, dass aufgrund der Verletzung ordnungspolitischer Grundsätze mit dem EEG eine teure wirtschaftspolitische Interventionsspirale ausgelöst wurde, die mit erheblichen volkswirtschaftlichen Kosten verbunden ist. Für eine volkswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse bedeutet dies, dass effektivere, effizientere und ordnungskonformere Mittel für die Erreichung klima- und umweltpolitischer Ziele anzustreben sind.

Michael Drewes

5. LNG-Anwendungen

Es werden die volkswirtschaftliche Bedeutung der LNG-Versorgung an Hand einer Statistik ausgewiesen und ausgewählte Möglichkeiten der LNG-Anwendung beschrieben. Diese Ausführungen betracht den Niederdruckbereich, also Gasversorgungsanlagen mit angeschlossenen Verbrauchern und den Hochdruckbereich mit der Beschreibung der Kompression des CNG. Der Hochdruckbereich konzentriert sich auf die Nutzung des CNG als Kraftstoff. Baugruppen und Bauteile werden ausführlich beschrieben und auf vermeidbare Störungen sicherheitstechnischen Aspekte hingewiesen. Betriebswirschaftliche Überlegungen und deren Anwendung werden erläutert und die ökologischen Vorteile herausgearbeitet. ES darf erkannt werden, dass ökologische Lösungen die wirtschaftlichsten sind, da diese stets im verbund betrieben werden.

Werner Hermeling

Kapitel 3. Differentialrechnung

Die Differentialrechnung beschäftigt sich mit Änderungen der beteiligten Größen im infinitesimalen Bereich . Wörtlich besitzt infinitesimal die Bedeutung »ins unendlich Kleine gehend«. Das Gegenteil einer infinitesimalen Größe ist eine endliche Größe.

Ziya Şanal

Kapitel 6. Kostenrechnung

Grundlegend für das Verständnis der Kostenrechnung ist der Kostenbegriff. Dieser wurde schon im Bereich des Jahresabschlusses eingeführt, und wird an dieser Stelle vertieft. Der interne Erfolg ergibt sich aus der Differenz zwischen betrieblichen Kosten und Leistungen.

David Müller

7. Schaffen Deutschland und der Rest der Welt die Energie- und Klimawende?

In diesem Schlusskapitel werden noch einmal die bisherigen Defizite der deutschen Klimapolitik thematisiert und ein eher pessimistischer Blick in die Zukunft der deutschen und weltweiten Klimaschutzbemühungen geworfen.

Andreas Luczak

3. Wie muss die Energiewende weitergehen?

Um die Klimaziele zu erreichen, muss der Energiesektor Deutschlands innerhalb weniger Jahrzehnte dekarbonisiert werden. Dieses Kapitel beschreibt, inwieweit dies mithilfe schwankender Wind- und Sonnenenergie auch ohne teure Speicher möglich ist und warum es beim Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur stark auf das richtige Timing ankommt. Als effizienteste Klimaschutzmaßnahme gilt eine Bepreisung von CO2, die in ihren verschiedenen Facetten ausführlich beleuchtet wird. Die am Schluss des Kapitels vorgestellten Abschätzungen der Kosten der Energiewende ergeben Beträge, die erheblich von der Veränderungsbereitschaft der Bevölkerung abhängen und speziell zur Vermeidung der letzten Prozente an Emissionen erheblich ansteigen.

Andreas Luczak

5. Die Energiewende im Spannungsfeld von Gesellschaft und Politik

Um besser zu verstehen, warum Deutschland trotz seiner Wirtschafts- und Innovationskraft bislang erst einen sehr kleinen Teil der Energiewende geschafft hat, greift dieses Kapitel die wichtigsten grundlegenden Barrieren der Klimaschutzpolitik auf.Weiterhin wird beschrieben, wie Greta Thunberg, die Fridays-for-Future-Bewegung oder der Youtuber Rezo es schaffen konnten, mit ihrer hohen medialen Präsenz das Thema Klimaschutz stärker in den Fokus der Politik zu rücken.Schließlich wird auf die Grundsatzfrage eingegangen, inwieweit man als einzelner Bürger überhaupt wesentlich zum Klimaschutz beitragen kann bzw. soll oder ob es in der Verantwortung der Politik liegt, dass die vereinbarten Klimaziele erreicht werden. Zudem wird dargelegt, welche der vielen üblichen Ratschläge, seinen Klimafußabdruck zu verringern, wirklich etwas bringen und welche eher der eigenen Gewissensberuhigung dienen.

Andreas Luczak

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

4. Berechnungsgrößen von Betriebsmitteln

In diesem Abschnitt werden die wesentlichen Daten der Betriebsmittel angegeben, um die Kurzschlussströme zu berechnen. Hierbei wird ausführlich dargestellt, wie die Mit- und Nullimpedanzen von Freileitungen und Kabeln aus den geometrischen Größen bestimmt werden können.

Gerd Balzer

Kapitel 4. Transistoren

Zu Beginn der Entwicklung abschaltbarer Halbleiter-Bauelemente wurde der Bipolar-Transistor für den unteren und mittleren Leistungsbereich eingesetzt. Heute sind diese Bauelemente aus vielen Anwendungen verschwunden, ihre Funktion wurde vielfach durch MOSFETs und IGBTs ersetzt. Trotzdem bildet die bipolare Transistorstruktur weiterhin den Kern vieler modernen Bauelemente, so dass ihre Kenntnis für das Verständnis der Wirkungsweise moderner Leistungsbauelemente wie z. B. GTO-Thyristoren oder IGBTs nach wie vor von großer Wichtigkeit ist. Im Folgenden Kapitel wird daher zunächst der Bipolartransistor für kleine Leistungen (Signaltransistor) vorgestellt. Dabei geht es um den Aufbau, die Wirkungsweise und Transistor-Kennwerte speziell für den Schalterbetrieb. Aufbauend auf der bipolaren Transistorstruktur wird der Leistungs-Bipolartransistor und der Thyristor vorgestellt. Nach Einführung des unipolaren MOSFET-Leistungstransistors folgt schließlich der IGBT, das heutige „Arbeitspferd“ der Leistungselektronik. Im IGBT sind die Vorzüge bipolarer Transistoren (Leistung) mit denen des MOSFET (Ansteuerung) vereint. Mit dem IGBT lassen sich derzeit Spannungen bis über 6 kV bzw. Ströme über 3 kA mit einem vergleichsweise geringen Steueraufwand beherrschen.

Joachim Specovius

Kapitel 19. Stromversorgungen

Zur Energieversorgung wird ein Drehstromnetz (3 ~ AC-Netz) mit Neutralleiter (N) eingesetzt. Dadurch steht neben den Leiterspannungen (Spannungen zwischen den Außenleitern L1, L2 und L3) von 400 V auch eine Spannung von 230 V (Spannung zwischen Außenleiter L1, L2, L3 und Neutralleiter N) zur Verfügung. Die Frequenz beträgt 50 Hz. Darüberhinaus kann die Versorgung mit Gleichspannung (DC-Netz) erfolgen. Die unterschiedlichen Netzformen für eine AC- und DC-Versorgung werden mit ihren Vor- und Nachteilen vorgestellt. Das HGÜ-Prinzip sowie die Netz-Einspeisung über Solarwechselrichter und der Einsatz von Energiespeichern werden besprochen.

Joachim Specovius

Kapitel 3. Digitalisierung in der Energiewirtschaft

Das folgende Kapitel befasst sich mit der Digitalisierung in der Energiewirtschaft und gibt einen Überblick über den derzeitigen Entwicklungs- und Technologiestand in der Energiebranche. Auf dieser Basis soll im darauffolgenden Kapitel untersucht und aufgezeigt werden, wie die BCT als Digitalisierungsstrategie und Treiber der Energiewende fungieren könnte.

Alexander Goudz, Melisa Jasarevic

14. Umweltrelevanz von Energieträgern

Mit dem Pariser Klimaschutzabkommen wurde eines der weltweit wichtigsten Abkommen getroffen, um die zukünftigen ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen auf dem Planeten Erde zu meistern. Nur in einer gemeinsamen Anstrengung kann es gelingen, die weltweiten Umweltschäden zu minimieren bzw. zu verhindern. Dazu bedarf es einer deutlichen Verhaltensänderung jeder einzelnen Person und jedes einzelnen Unternehmens. Es ist nicht ausreichend, nur nach technischen Lösungen zu suchen. Die Einstellung des Menschen zu seiner sozialen Mitwelt und ökologischen Umwelt muss sich ändern. So kann sich auch die ökonomische Sichtweise nicht nur auf Finanzaspekte, Wirtschaftswachstum und Gewinn beschränken. Es ist dringend geboten, eine ganzheitliche Sichtweise zu ergreifen.

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 8. Industriepolitik

Industriepolitik sind alle staatlichen Maßnahmen zur Beeinflussung der Struktur und der Entwicklung der Wirtschaft.

Christian A. Conrad

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

14. Mit Kompetenzmanagement die Strategie und Innovationsfähigkeit des Unternehmens unterstützen

Kompetenzmanagement kann nur dann einen nachhaltigen Beitrag zur Unternehmensentwicklung leisten, wenn sie über die Förderung der einzelnen Mitarbeiter hinausgeht und in die Entwicklung der Teams, Prozesse und der Unternehmensstrategie integriert ist. Der Beitrag betrachtet aus ressourcen- und kompetenzorientierter Perspektive, wie die Entwicklung individueller Fähigkeiten mit der Entwicklung der Organisationsgestaltung so abgestimmt wird, dass der „Spagat“ zwischen Effizienz und Innovation (Ambidextrie) bewältigt und langfristige Wettbewerbsvorteile herausgearbeitet werden können. Im Beitrag wird gezeigt, wie mit dem ETC als „Analyseraster“ die Strukturen der Organisation, die Rollen und Verantwortlichkeiten sowie die Entwicklung von Fähigkeiten der Mitarbeiter so ausgerichtet werden können, dass Ambidextrie verwirklicht werden kann.

Martin Rost

Kapitel 15. Physikalische Fachkonzepte anbahnen – Anschlussfähigkeit verbessern

Physikalische Bildung setzt nicht erst mit dem Physikunterricht ein. Schon im Kindergarten können Kinder gezielt an physikalische Phänomene herangeführt werden. Im Sinne des kumulativen Lernens erscheint es notwendig, die Bildungsbemühungen in den verschiedenen Phasen sinnvoll aufeinander abzustimmen, um die zur Verfügung stehende begrenzte Lernzeit effektiv zu nutzen.

Rita Wodzinski

Open Access

Kapitel 8. Windenergievorhaben und Fledermausschutz: Was fordern Expert*innen zur Lösung des Grün-Grün-Dilemmas?

Im Rahmen einer internetbasierten Umfrage wurde die Einschätzung von Expert*innen aus der Genehmigungspraxis von Windenergieanlagen (Vertreter*innen der Naturschutzbehörden und dem Windenergiesektor, Mitglieder und Mitarbeiter*innen von Umweltschutzorganisationen, Wissenschaftler*innen und Fachgutachter*innen) zur Vereinbarkeit von Artenschutz, speziell Fledermausschutz, und dem Ausbau erneuerbarer Energien, speziell Windenergieproduktion, abgefragt. Mehrheitlich bewerteten die Fachexpert*innen das derzeitige Artenschutzrecht als nicht zu streng und zudem als nicht hinderlich für den weiteren Ausbau der Windenergieproduktion in Deutschland. Des Weiteren bewertete die Mehrheit der Umfrageteilnehmer*innen die Windenergieproduktion an Waldstandorten als nicht im Sinne einer umweltverträglichen Energiewende und als zu sehr konfliktbelastet. Das größte Potenzial zur Lösung oder Abmilderung des Grün-Grün- Dilemmas sahen die Umfrageteilnehmer*innen bei den Naturschutzbehörden und in der wissenschaftlichen Forschung.

Marcus Fritze, Linn S. Lehnert, Olga Heim, Oliver Lindecke, Manuel Röleke, Christian C. Voigt

Open Access

Kapitel 7. Best-Available-Science/Information-Mandat – evidenzbasierter Artenschutz in den USA

Um die Qualität von komplexen Entscheidungen zu erhöhen, findet sich ein Best-Available-Science/Information-(BAS/I-)Wissenschaftsmandat unmittelbar im US-amerikanischen Umweltrecht adressiert, prominent auch im Artenschutzrecht. BAS/I wird zugesprochen, die Schnittstelle zwischen (wissenschaftlichen) Informationen (science push) und dem handlungsorientierten (policy pull) Arten- und Naturschutz und seiner Planungs- und Genehmigungspraxis transparent zu machen. Wir haben in einem exemplarischen Überblick untersucht, welchen Fokus das BAS/I-Mandat in den USA hat und wie es in der Rechtssetzung, der öffentlichen Verwaltung sowie in Leitfäden ausgefüllt wird. Dazu zählen z. B. das stete Aufzeigen von verbleibenden Unsicherheiten und eine ausgeprägte Peer-Review-Praxis wichtiger Dokumente und Entscheidungen. Zwar können mit diesem Überblick noch keine Aussagen zur Breite, Tiefe und Effektivität der Umsetzung des BAS/I-Mandats in der US-amerikanischen Praxis getroffen werden, wir beschreiben diesen Ansatz jedoch als Good-Practice-Beispiel, um das evidenzbasierte Wissenschaftsmandat zukünftig auch in Deutschland expliziter diskutieren zu können und Eingang in einschlägige Routinen finden zu lassen. Gewinnen könnte dabei in jedem Fall die Transparenz unserer Planungs- und Genehmigungsverfahren.

Jessica Weber, Johann Köppel, Gesa Geißler

Open Access

Kapitel 6. Fledermausaktivität in Gondelhöhe in Bergwaldgebieten der Steiermark, Österreich

Die österreichische Klima- und Energiestrategie sieht einen massiven Ausbau der Windkraftproduktion vor. Die geplanten Standorte für den Ausbau in der Steiermark befinden sich hauptsächlich in Bergwaldgebieten. Bisherige Studien zum Thema Fledermausaktivität und Windkraft wurden vor allem im Tiefland oder in Mittelgebirgslagen durchgeführt. Aktuelle Untersuchungen aus dem Alpenraum zeigten teils beträchtliche Fledermausaktivitäten. Aus den Bergwäldern Österreichs liegen bis jetzt jedoch noch keine publizierten Daten zur Fledermausaktivität in Gondelhöhe vor. Ziel des vorliegenden Kapitels ist es, den Wissensstand darüber zu verbessern.An fünf verschiedenen Standorten in Bergwäldern der Steiermark, Österreich, wurde die Fledermausaktivität in 1200 bis 1700 m über NN in Gondelhöhe mittels Batcordern (ecoObs) gemessen. Zusätzlich zur Fledermausaktivität wurden an vier Standorten die Windgeschwindigkeit und an zwei Standorten die Temperatur in Gondelhöhe erhoben. Die Standortauswahl erfolgte im Rahmen von Planungen für Windkraftprojekte. Der Erfassungszeitraum lag an allen Standorten zumindest zwischen Mai und Mitte September. An allen Standorten betrug der Rotor-Boden-Abstand maximal 50 m.An den fünf Windparkstandorten wurden insgesamt mindestens acht Fledermausarten nachgewiesen. Das Artenspektrum umfasste sowohl ortstreue Arten wie Zwergfledermaus und Nordfledermaus als auch typische Langstreckenzieher wie Abendsegler, Zweifarbfledermaus und Rauhautfledermaus. An einem Standort wurde die Gattung Myotis aufgezeichnet. Es stammten 85,2–97,4 % der Aufnahmen von Vertretern der Gruppe Nyctaloid und 2,5–14,7 % von Vertretern der Gruppe Pipistrelloid.Es wurde eine hohe Variabilität der Aufnahmenzahlen verzeichnet, sowohl zwischen den Standorten als auch am selben Standort zwischen den Jahren sowie innerhalb eines Windparks. Die dokumentierte Fledermausaktivität schwankte nicht nur stark zwischen den einzelnen Monaten, sondern auch an einzelnen Tagen. Die höchsten Aktivitäten wurden in den Monaten Juni bis September gemessen. Im April und Mai wurden generell geringe Aktivitäten dokumentiert. Im Oktober wurden noch an zwei Standorten höhere Aktivitäten registriert. Die hohen Variabilitäten unterstreichen die Wichtigkeit mehrjähriger Erhebungen mittels Gondelmonitoring sowie mehrerer Gondelmonitoring-Standorte innerhalb eines Windparks.Die höchsten Windgeschwindigkeiten, bei denen Fledermäuse noch aktiv waren, reichten von 6,5–15 m/s. Erwartungsgemäß nahm die Aktivität mit zunehmender Windgeschwindigkeit ab. Dieser Rückgang variierte jedoch stark standortabhängig und auch innerhalb eines Standortes von Jahr zu Jahr. Fledermausaktivität begann teilweise bereits um den Gefrierpunkt.Diese Ergebnisse zeigen, dass Fledermäuse in Bergwäldern bei höheren Windgeschwindigkeiten sowie kälteren Temperaturen als in tieferen Lagen aktiv sind. Auch in der Jahresphänologie zeigen sich leichte Unterschiede: Hohe Aktivitäten treten bereits ab Juni, also außerhalb des herbstlichen Zuggeschehens, auf. Dies ist bei der Planung von Windparkprojekten in Bergwäldern zu berücksichtigen. Abschaltalgorithmen können nicht ohne weitere Anpassungen uneingeschränkt aus Tieflandstudien übernommen werden. Vorläufig ist aufgrund teilweise abweichender Aktivitätsmuster die Anwendung des ProBat-Tools an Bergwaldstandorten kritisch zu sehen. Da in den Bergwaldgebieten der Steiermark zu einem Großteil Windenergieanlagen mit niedrigen Rotor-Boden-Abständen zum Einsatz kommen, sollten zur Kontrolle der Wirksamkeit der Abschaltalgorithmen fallweise Schlagopfersuchen ab zumindest Juni durchgeführt werden. Zusätzliche Untersuchungen wären wünschenswert, um die Evidenzbasis zu systematischen Unterschieden zwischen Bergwald-, Tiefland- und anderen Gebieten zu erweitern.

Senta Huemer, Brigitte Komposch

Open Access

Chapter 5. Akustisches Monitoring von Rauhautfledermaus an Windenergieanlagen: Ist ein zweites Ultraschallmikrofon am Turm notwendig?

Energie aus Windkraft spielt im Rahmen der Förderung erneuerbarer Energieträger eine immer größere Rolle, allerdings kollidieren Fledermäuse regelmäßig mit Windenergieanlagen (WEA). Um derartige Kollision zu verhindern, fordern Behörden im Rahmen von Genehmigungsverfahren die Einführung von Abschaltzeiten, zumeist unter Zuhilfenahme des Programms ProBat. Im küstennahen Umfeld bzw. in Bereichen mit hoher Aktivität an Rauhautfledermäusen (Pipistrellus nathusii) wird dieses Programm bislang nur begrenzt eingesetzt. In Nordwestdeutschland wurde von uns in den letzten Jahren an 20 WEA zusätzlich ein zweites Mikrofon am Turm etwa 10–15 m unterhalb des tiefsten Streifpunkts der Rotorblätter getestet (Turmmikrofon). Auf dieser Höhe lässt sich eine deutlich höhere akustische Aktivität der Rauhautfledermaus messen als auf Gondelhöhe (Gondelmikrofon). Der akustische Erfassungsbereich beider Mikrofone überlappte sich hinsichtlich der Rauhautfledermaus nicht. Am Turmmikrofon zeigte sich nicht nur eine höhere Gesamtaktivität von Fledermäusen bzw. eine höhere Aktivität der Rauhautfledermaus, sondern auch eine unterschiedliche saisonale und nächtliche Verteilung der Aktivitäten im Vergleich zum Gondelmikrofon. Auch wenn das Aktivitätsmaximum am Turmmikrofon bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten lag als beim Gondelmikrofon, war am Turmmikrofon die Aktivität noch etwa siebenmal höher als auf Nabenhöhe. Dies lag an der insgesamt höheren Aktivität von Fledermäusen am Turmmikrofon im Vergleich zum Gondelmikrofon; selbst bei relativ hohen Windgeschwindigkeiten (≥8,0 m/s). Die relativ hohe akustische Aktivität von Rauhautfledermäusen am Turmmikrofon könnte erklären, warum Schlagopfer (speziell von Rauhautfledermäusen) ohne entsprechende akustische Aktivitäten in Gondelhöhe anfallen. Die kombinierte Nutzung von Mikrofonen am Turm und im Gondelbereich könnte die Entwicklung von Abschaltalgorithmen aus Sicht des Fledermausschutzes verbessern.

Lothar Bach, Petra Bach, Raimund Kesel

Open Access

Kapitel 4. Akustische Aktivität und Schlagopfer der Rauhautfledermaus (Pipistrellus nathusii) an Windenergieanlagen im nordwestdeutschen Küstenraum

Der nordwestdeutsche Küstenraum zeichnet sich durch eine hohe Anzahl an Windenergieanlagen (WEA) aus; gleichzeitig liegt er in einem wichtigen Reproduktionsgebiet der Rauhautfledermaus, die als schlaggefährdete Art im Fokus dieser Untersuchungen steht. Zudem befindet sich das Gebiet im Zugweg dieser Art. Zwischen 2011 und 2016 wurde von uns in dieser Region ein Monitoring an WEA durchgeführt. Es wurden 90 WEA-Jahre (ein WEA-Jahr bedeutet die Beprobung einer WEA pro Saison; meist zwischen April und Oktober) erfasst, in denen WEA mit einem durchgängigen akustischen Aktivitätsmonitoring auf Gondelhöhe und einer begleitenden Schlagopfersuche (alle drei Tage) untersucht wurden. Alle untersuchten WEA wurden ohne vorsorglichen Abschaltalgorithmus betrieben. Die am häufigsten an WEA zu Tode gekommene Art war mit Abstand die Rauhautfledermaus (67 Tiere an allen Standorten). Im Gegensatz dazu war die akustische Aktivität verglichen mit derjenigen anderer Arten relativ niedrig (insgesamt 3811 Aktivitätsminuten der Rauhautfledermaus im Vergleich zu 14.355 Aktivitätsminuten aller Arten). Demzufolge entsprechen 57 akustische Aktivitätsminuten einem Totfund. Nach Berücksichtigung der Sucheffizienz und Abtragsrate ergab sich ein Schätzwert von 27 akustischen Aktivitäten für jeden erwarteten Totfund. Die meisten Tiere kamen im Zeitraum von Mitte August bis Anfang Oktober zu Tode, lediglich sieben Tiere wurden außerhalb dieser Zeit geschlagen. Die Diskrepanz zwischen relativ hoher Schlagopferzahl im Vergleich zur niedrigen Aktivität erschwert eine statistische Betrachtung. Ebenso sind die akustischen Nachweise und das Auftreten von Schlagopfern besonders im Sommer (Juli) nicht streng gekoppelt. Es lässt sich allerdings ein positiver Trend, aber keine signifikante Korrelation zwischen akustischer Aktivität und Schlagopferzahl feststellen. Um weitere Parameter zu identifizieren, welche die Zielvariablen erklären könnten, wurden generalisierte additive Modelle (GAM) für jeweils die akustische Aktivität und die Schlagopferzahl als Beobachtungsvariablen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen im Fall der der akustischen Aktivität einen Zusammenhang mit den technischen Parametern, der geografischen Lage der WEA sowie dem Beprobungsjahr. Diese Zusammenhänge sind jedoch nicht eindeutig, da hinter dem Faktor Beprobungsjahr weitere noch unbekannte Faktoren verborgen bleiben. Das GAM zu den Schlagopfern lässt ebenfalls erkennen, dass es noch weitere nicht identifizierte Parameter gibt, die den Erklärungswert des Modells steigern würden. Die Diskrepanz zwischen relativ geringer akustischer Aktivität und Schlagopfern lässt sich vermutlich durch die geringe Erfassungsreichweite für die im Untersuchungsgebiet am häufigsten geschlagene Art Rauhautfledermaus erklären. Basierend hierauf fordern die Behörden einiger Landkreise im Untersuchungsgebiet für das Monitoring an WEA ein zweites Mikrofon auf Höhe der unteren Rotorspitze. An küstennahen Standorten mit zu erwartender hoher Rauhautfledermausaktivität sollten zudem an einer Stichprobe von WEA eines Windparks zusätzlich Schlagopfer gesucht werden. Eine zusätzliche Absicherung durch eine weitere Methode würde die Aussagekraft des Gondelmonitorings erhöhen.

Petra Bach, Lothar Bach, Raimund Kesel

Open Access

Kapitel 2. Windkraft im Wald und Fledermausschutz – Überblick über den Kenntnisstand und geeignete Erfassungsmethoden und Maßnahmen

In Deutschland werden immer mehr Windenergieanlagen (WEA) an Waldstandorten errichtet. Für fast alle Fledermausarten stellen Wälder sensible Lebensräume dar, die sowohl als Quartier- als auch als Jagdgebiete genutzt werden. Neben dem Kollisionsrisiko sind an Waldstandorten auch erhebliche Lebensraumverluste zu erwarten. Um auch an Waldstandorten zu gewährleisten, dass der Ausbau der Windkraft nicht zu Lasten des Fledermausschutzes geschieht, müssen die Fledermausbestände mit spezifischen Methoden erfasst und muss auftretenden Konflikten mit angepassten Maßnahmen begegnet werden.Akustische Erfassungen an Waldstandorten sowohl an Windmessmasten als auch an WEA-Gondeln zeigen, dass über dem Wald die gleichen Arten aktiv und somit kollisionsgefährdet sind wie im Offenland, die Zwergfledermaus, die Rauhautfledermaus, die Mückenfledermaus und die ähnlich rufenden Arten Abendsegler, Kleinabendsegler, Nord-, Breitflügel- und Zweifarbfledermaus. Zudem ist die Aktivität wie auch im Offenland abhängig von Temperatur, Windgeschwindigkeit sowie Nacht- und Jahreszeit. Die Artengruppen Myotis sowie Plecotus werden an Waldstandorten nur in Ausnahmefällen über den Baumkronen aufgezeichnet. Auch die Mopsfledermaus wird äußerst selten oberhalb des Kronendachs detektiert. Für diese Arten besteht daher im Normalfall kein erhöhtes Kollisionsrisiko. In der Nähe von Quartieren, z. B. Balzquartieren des Kleinabendseglers, können ungewöhnliche Aktionsmuster auftreten. Die Ergebnisse zeigen, dass das Kollisionsrisiko im Wald nicht generell höher ist als im Offenland. Daher können auch an Waldstandorten gängige Abschaltalgorithmen zur Vermeidung von Kollisionen auf Grundlage der Ergebnisse eines Gondelmonitorings entwickelt und angewendet werden. Allerdings muss an Waldstandorten vor allem in der Nähe von Quartieren kollisionsgefährdeter Arten auf Abweichungen vom üblichen Aktivitätsverlauf geachtet werden. Eine wichtige Stellschraube für einen effizienten Schutz von Fledermauspopulationen ist die Zahl zulässiger Schlagopfer pro Anlage, die möglichst gering gewählt werden sollte. Da ein erhöhtes Kollisionsrisiko für Fledermäuse sowohl an Standorten im Wald als auch im Offenland zu erwarten ist, sind anlagenspezifische Abschaltzeiten dem Stand der Technik folgend für jede WEA zu beauflagen.Lebensraumverluste an Waldstandorten betreffen alle Arten, die Baumquartiere beziehen. Vor allem Wochenstuben sind gefährdet, wenn Anlagen in Quartierzentren gebaut werden und dadurch zahlreiche genutzte und potenzielle Quartiere zerstört werden. Darüber hinaus können Arten wie die Bechsteinfledermaus, die den geschlossenen Wald als Jagdgebiet bevorzugen, durch die Rodungsarbeiten auch essenzielle Jagdhabitate verlieren. Ob Störungen durch den Betrieb von WEA sowie mikroklimatische Veränderungen durch die Öffnung ehemals geschlossener Waldbereiche außerdem dazu führen, dass auch an die Rodungsflächen angrenzende Waldhabitate nicht mehr genutzt werden, ist Gegenstand aktueller Forschungen. Um Lebensraumverluste weitestgehend zu vermeiden, müssen die Quartierbereiche und Jagdgebiete der waldgebundenen Fledermausarten vor Errichtung der WEA intensiv erfasst werden. Hochwertige, ältere Waldgebiete mit einem großen Quartierangebot sollten von vornherein nicht in die Standortplanung für WEA einbezogen werden. Wiederholte Netzfänge bei guten Bedingungen sowie die Telemetrie reproduktiver Weibchen über einen längeren Zeitraum sind notwendig, um bedeutende Quartierbereiche und Jagdhabitate der jeweiligen Kolonien im Wald finden und abzugrenzen zu können. Nachgewiesene Quartiergebiete und essenzielle Jagdhabitate sollten aus Vorsorgegründen zuzüglich eines 200-m-Pufferbereichs von der Windkraftnutzung ausgenommen werden. Als Ausgleichsmaßnahme eignet sich vor allem der dauerhafte Nutzungsverzicht auf Waldflächen in Quartierbereichen und daran angrenzenden Flächen mit Aufwertungspotenzial in Kombination mit dem Ausbringen von Fledermauskästen.

Johanna Hurst, Martin Biedermann, Christian Dietz, Markus Dietz, Hendrik Reers, Inken Karst, Ruth Petermann, Wigbert Schorcht, Robert Brinkmann

Kapitel 2. Kraftstoffe und Stöchiometrie

Jeder Verbrennungsmotor verbrennt Kraftstoff. Dabei wird versucht, einen möglichst großen Teil der Kraftstoffenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Egal, ob es sich beim Kraftstoff um Benzin, Diesel, Bioethanol oder Wasserstoff handelt, für die Verbrennung wird Sauerstoff (O2) benötigt. Dazu wird Luft angesaugt. Von dieser Luft wird aber nur der Sauerstoff verwendet. Alle anderen Bestandteile strömen weitgehend unbeteiligt durch den Motor und finden sich im Abgas wieder. Im ungünstigen Fall reagieren kleine Luft-Stickstoffmengen (N2) mit dem Luft-Sauerstoff zu unerwünschten Stickoxiden (NOx).Der im Kraftstoff enthaltene Kohlenstoff reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid (CO2). Der im Kraftstoff enthaltene Wasserstoff reagiert zu Wasser (H2O). In Abhängigkeit von den Kohlenstoff- und Wasserstoffanteilen im Kraftstoff entstehen mehr oder weniger große Mengen an CO2 und H2O. Nur bei reinem Wasserstoff als Kraftstoff entsteht kein Kohlendioxid. Bei allen anderen Kraftstoffen muss CO2 gebildet werden. Dieses CO2 kann bei einem gegebenen Kraftstoff nur dadurch verringert werden, dassman weniger Kraftstoff verbrennt.

Klaus Schreiner

Open Access

Chapter 3. New Trends and Drivers for Agricultural Land Use in Germany

Agricultural land use in Germany is faced with new drivers and conflicts. There has been a continuous downward trend in agricultural land use since reunification, and agriculture seems to be increasingly squeezed by various land use demands. Whereas land prices and land rents have stayed rather stable during the 90ies and at the beginning of the new millennium, they have started to go up considerably during the last ten years. At the same time the agricultural sector is faced with deteriorating environmental indicators and a changing land use structure and concentration. International agricultural prices have become a key determinant for land prices in Germany contributing to increasing land prices. Equally, new demands for nature conservation and natural resource protection under the Common Agricultural Policy have contributed to make agricultural land scarcer, and bioenergy production under the Renewable Energy Act has considerably affected land demand and prices in various regions. In East Germany, some land market specialties relate to the farm structure and the land privatization process after reunification. In view of these developments, there is a new policy debate on agricultural land market interventions.

Dieter Kirschke, Astrid Häger, Julia Christiane Schmid

Kapitel 33. Raumordnung in Ostdeutschland. Labor und Innovator für die Raumentwicklung

Der Beitrag gibt einen Überblick über die Raumordnung und die Regionalentwicklung in den neuen Bundesländern nach der Wende. Während unmittelbar nach der Wende eine Übertragung von Leitbildern und Institutionen stattfand, aber mit den rasanten Transformationsprozessen der Wirtschafts- und Siedlungsentwicklung kaum Schritt halten konnte, entwickelte sich in der Folgezeit die Raumordnung in Ostdeutschland zu einem Experimentierraum für neue Ansätze und Prozesse. Der Beitrag diskutiert dies am Beispiel der Modellvorhaben Raumordnung (MORO) in der Daseinsvorsorge und anderen Feldern. Es wird gezeigt, dass die Raumordnung in Ostdeutschland auch für westdeutsche Länder als Labor für Innovationen galt.

Peter Dehne

Kapitel 32. „Smart Countryside“ im Osten? Zum Wandel ländlicher Räume und den Herausforderungen der Digitalisierung

Mit dem Schlagwort der Digitalisierung wird eine Vielzahl von positiven wie negativen raumbezogenen Veränderungen assoziiert. Aufbauend auf einer knappen Analyse aktueller Herausforderungen in ländlichen Räumen wird festgestellt, dass aktuell ein umfassendes Konzept für „Smart Countryside“ fehlt. Auf der Grundlage bestehender Ansätze werden Eckpunkte für ein eigenes Konzept entwickelt. Dabei wird die Bedeutung der Integration unterschiedlicher Wissensformen und eines Wissensmanagements betont. In einem weiteren Schritt werden Verknüpfungen zu normativen Diskussionslinien der Gleichwertigkeit und räumlichen Gerechtigkeit hergestellt. Ein Forschungsausblick rundet den Beitrag ab.

Thomas Weith

Kapitel 2. Warum wir die Bioökonomie brauchen

Ernährung, Treibstoffe, Chemieprodukte und viele Materialien bestehen aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Zwei Drittel dieses Kohlenstoffs sind heute fossilen Ursprungs, ein Drittel wird mit biologischen, vorwiegend pflanzlichen Rohstoffen als Biomasse bereitgestellt. Der größte Teil dieser Biomasse geht in die Ernährung, die fossilen Rohstoffe dienen dagegen weitgehend der Energieerzeugung. Nur ein kleiner Teil der biogenen und der fossilen Rohstoffe wird zu Materialien und Chemieprodukten weiterverarbeitet. Im Vergleich zu Biomasse bieten Kohle, Erdöl und Erdgas hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, des Transports und der Verarbeitung sehr vorteilhafte Eigenschaften. Auf dieser Basis hat sich im Zuge der Industrialisierung weltweit und auch in Deutschland die sehr effiziente fossilbasierte Wirtschaft etabliert, die allerdings Treibhausgase emittiert und so maßgeblich den Klimawandel verursacht. Der Klimawandel fordert deshalb die Reduktion der Treibhausgase durch die Abkehr von fossilen Rohstoffen. Dafür gibt es zwar mehrere technische Möglichkeiten, aber auf absehbare Zeit bietet nur die Bioökonomie die Voraussetzungen, in den nächsten Jahrzehnten umgesetzt zu werden.

Manfred Kircher

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 15. Kosten

In diesem Kapitel werden die infrastrukturellen Aufwendungen betrachtet, die für die Einführung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben erforderlich sind. Der Fokus liegt dabei auf batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Pkw. Zunächst wird die für Erzeugung und Verteilung der Energieträger benötigte Infrastruktur abgeschätzt. Darunter fällt auch der Aufbau eines hinreichend engmaschigen Netzes von Lademöglichkeiten für batterieelektrische Fahrzeuge. Im Anschluss werden aktuelle und perspektivisch erreichbare Produktionskosten im Vergleich zu konventionellen Pkw mit Verbrennungsmotor abgeschätzt. Abschließend wird kurz auf die Aufwände für die Wartung der Fahrzeuge eingegangen.

Martin Doppelbauer

Kapitel 13. Energieversorgung

Ausgehend von dem Konzept der Nachhaltigkeit werden in diesem Kapitel die Klimaschutzziele motiviert und kurz erläutert.Es folgt ein kurzer Ausblick auf die nationale und internationale Entwicklung des Individualverkehrs und auf die Anforderungen seiner Nutzer. Daran anschließend werden die Herausforderungen bei der Einführung von Elektromobilität näher beleuchtet, insbesondere die Verfügbarkeit von Schlüsselrohstoffen wie Lithium, Kobalt, Kupfer und seltenen Erden. Danach werden die wichtigsten Primärenergiequellen und Energieträger mit ihren chemischen Eigenschaften vorgestellt. Bei den endlichen Primärenergien werden die nach heutigem Stand verfügbaren Reserven und die daraus erreichbaren Reichweiten dargestellt. Bei nachwachsenden Rohstoffen wird dementsprechend der Flächenbedarf abgeschätzt. Ein umfangreicher Abschnitt widmet sich der Stromproduktion aus konventionellen und erneuerbaren Energiequellen einschließlich der dazu erforderlichen Verteilnetze. Anschließend wird die Wasserstoffproduktion näher beleuchtet. Neben den chemischen Eigenschaften des Energieträgers werden verschiedene Verfahren zur Produktion vorgestellt. Danach werden die Energieketten von der Bereitstellung der Primärenergie bis zum Rad-Straße-Kontakt im Detail vorgestellt. Ein Schwerpunkt liegt auf der Umweltwirkung, insbesondere auf der Produktion von Treibhausgasen und gesundheitlich wirksamen Schadstoffen. Die Emissionen von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen sowie die bei der Stromerzeugung anfallenden Emissionen werden im Detail beleuchtet. Abschließend werden für eine Reihe vereinfachter Szenarien beispielhafte Berechnung der CO2-Emissionen von der Energiebereitstellung bis zum Rad durchgeführt. Der folgende Abschnitt erweitert die zuvor vorgestellte Analyse der Schadstoffemissionen der verschiedenen Fahrzeugarten um die Elemente „Produktionsphase“ und „Recycling“.

Martin Doppelbauer

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

4. Technologische Trends

Was werden die Fahrzeuge der Zukunft können?

Ob selber fahren oder mitfahren, ob besitzen oder sharen: Die Attraktivität eines Mobilitätsangebots hängt immer auch und in besonderem Maße von den Eigenschaften und Funktionen der dabei eingesetzten Fahrzeuge ab. Wer sich also ein Bild von der Mobilität der Zukunft machen möchte, sollte sich ein Bild von den Fahrzeugen machen können, die dann auf den Straßen unterwegs sein werden. Um das tun zu können, sollte man sich wiederum intensiv mit den technologischen Innovationen auseinandersetzen, an denen die Fahrzeughersteller heute arbeiten. Und darüber, welche Technologien hier relevant sind, herrscht in der Branche heute herstellerübergreifend Einigkeit: Elektrifizierte Antriebe, autonomes Fahren, Vernetzung und Mobilität als Dienstleistung sind die Kernelemente so gut wie aller Strategiepapiere.

Julian Weber

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 4. Daten von Ländern Europas und Eurasiens

Siehe Abb. 4.1 und 4.2.

Valentin Crastan

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

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

43. Von Hamburg bis zur Nordsee: Die Wirtschaft an der Unterelbe wächst zusammen – Projekt „Länderübergreifendes Regionalmanagement für den Wirtschaftsraum Unterelbe“

Der Beitrag zeigt, wie über drei Bundesländer sowie Verwaltungsgrenzen hinweg die Kräfte in einer bereits sehr starken Wirtschaftsregion gebündelt wurden und ein Netzwerk von verschiedenen Akteuren beiderseits der Elbe entstand. Es werden die Leitbild-Entwicklung sowie exemplarisch die Projekte „Chemienetzwerk Unterelbe“, „Online-Flächenvermarktungsportal“, „Standortatlas Chemie“ sowie die „Konzeptstudie Aquakultur“ vorgestellt.

Volker Jahnke

12. Rheine – Standort der guten Arbeitgeber

Was hat Rheine, was andere nicht haben? Rheine ist nicht urban pulsierend, nicht flippig extravagant, nicht ländliche Idylle. Rheine ist etwas viel Besseres: nämlich unaufgeregt, aber stetig auf dem Weg nach vorn. Und Rheine hat Arbeitgeber, die anderorts nicht so schnell zu finden sind. Das alles sind positive Eigenschaften, mit denen die EWG – Entwicklungs- und Wirtschaftsförderungsgesellschaft für Rheine mbH gemeinsam mit den ansässigen Unternehmen auf den Standort aufmerksam machen will.Im Rahmen der Initiative „Rheine – Standort der guten Arbeitgeber“ unter der Federführung der EWG machen sich nun rund 50 Unternehmen und Partner für den Standort stark und entwickeln gemeinsame Ideen, Projekte, sowie Marketingmaßnahmen, um die Strahlkraft des Standortes zu erhöhen. In Form von Public-Private-Partnership engagieren sich die Unternehmen nachhaltig für dieses gesamtstädtische Anliegen.Denn für die Akquise von Fachkräften gewinnt ein spannender Standort zunehmend an Bedeutung und ist neben der Attraktivität eines Unternehmens ein weiteres Entscheidungskriterium für die gesuchten Fachkräfte.

Bettina Thelen-Reloe, Nicole Hermes, Marike Thien

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 6. Numerische Analyse zur Validierung und Ableitung von Handlungsempfehlungen

Ziel dieses Kapitels ist es, die in den Kapiteln 4 und 5 entwickelten Modellierungsansätze in Bezug auf Lösbarkeit und Lösungszeiten sowie der erzielten Kosteneinsparpotenzialen konventionellen Ansätzen gegenüberzustellen. Darüber hinaus werden mithilfe einer betriebswirtschaftlichen Bewertung günstige Einsatzszenarien einer energieorientierten Losgrößen- und Reihenfolgeplanung identifiziert.

Christoph Johannes

Kapitel 6. Die Sonnenenergiewandler

Die Sonnenenergie, die als Licht und Wärme zu uns kommt, lässt sich in vielfacher Weise in andere Energieformen umwandeln. Menschen haben das schon vor etwa einer Million Jahren entdeckt, als sie lernten, das Feuer zu beherrschen. Damit konnten sie heizen und gekochte Nahrung zubereiten.

Klaus Stierstadt

Kapitel 7. Das Ökodorf in der Region

Veränderungsprozesse kann man […] als den andauernden Umgang mit Widerständen verstehen, der vor einem konkreten Veränderungsziel stattfindet (Kristof 2010: 56).

Anne-Kathrin Schwab

Kapitel 1. Verarbeitung von Kunststoffen zu Bauteilen

Kap. 1 „Verarbeitung von Kunststoffen zu Bauteilen“ wurde von Helmut Schüle federführend überarbeitet und deutlich erweitert. Es beginnt mit den Polymerpulvern, der Aufbereitung und Zusatzstoffen unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitung. Standard-Spritzgießen einschließlich Werkzeuge und Konstruktionsregeln folgen. Des Weiteren werden verschiedene Sonder-Spritzgießverfahren einschließlich der Maschinentechnik und deren Trends behandelt. Extrudieren schließt sich in analoger Abfolge an, gefolgt von Kalandrieren, Schäumen und einem Kapitel über Polyurethane. Neu hinzugefügt hat Rüdiger Bräuning das Kapitel zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen. Die verstreuten Teilthemen der ersten Auflage sind hier zusammengefasst und um die Reparatur von Faserverbundwerkstoffen (Heike Sommer) erweitert worden. Ähnlich Kap. 3 „Werkstoffe“ folgt die Verarbeitung von thermoplastischen Elastomeren und Elastomeren. Das Beispiel Reifen wird vertieft. Es folgen Verarbeitungseinflüsse auf Bauteileigenschaften. Verarbeitungsfehler, Thermoformen, Rapid Prototyping und Spritzguss-Simulation beenden Kap. 1.

Helmut Schüle, Peter Eyerer

6. Politische Markenführung

Ist die politische Marke entwickelt, geht es um deren strategische Führung. Dazu werden – unterfüttert mit Beispielen – vier CPR-Handlungsfelder beschrieben, in denen Unternehmen aktiv werden können: Responsible Lobbying, Positionierung über Themen und Dialoge, Projekte der politischen Partizipation und Bereitstellung von Kollektivgütern. Politische Markenführung ist eine zentrale Leadership-Aufgabe. Positionieren sich Unternehmenslenker gesellschaftspolitisch, spricht man von „CEO Activism“. Wirtschaftliche Führungskräfte haben enorme kommunikative Reichweite und geben dem politischen Engagement des Unternehmens ein Gesicht. Darin liegt eine große Chance zur Profilbildung im Wettbewerb, was besonders angesichts der gestiegenen gesellschaftspolitischen Erwartungen von Mitarbeitern und Kunden wichtig ist. Gleichzeitig sollte CPR durch „Mainstreaming“ breit in Unternehmen verankert werden. Als gesellschaftliche Lern- und Gravitationszentren kommen sie an politischen Auseinandersetzungen nicht vorbei. Orientierung bieten die UN-Nachhaltigkeitsziele, vor allem Ziel 16 zu stabilen Institutionen.

Johannes Bohnen

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

Yes, we camp for climate action. Die Klimacamps im Rheinland als Orte des Protests und transformative Möglichkeitsräume

Klimacamps sind Orte des Protests gegen klimaschädliche Industrien und unzureichende Politik sowie transformative Möglichkeitsräume, in denen alternative Praktiken im Sinne einer sozial-ökologischen Transformation erprobt und erlernt werden können. Der Beitrag untersucht beispielhaft das Klimacamp im Rheinland (2017) und diskutiert, inwiefern die Praxis im Sinne präfigurativer Politik auf eine sozial-ökologische Transformation hinweist. Die Forderung nach einer sozial-ökologischen Transformation, nach einem grundlegenden Wandel gesellschaftlicher Verhältnisse und des Naturverhältnisses, wird hier als Antwort auf die mannigfaltigen Symptome einer multiplen Krise verstanden.

Julia Hübinger

Überörtliche Infrastrukturnetze – planerische und rechtliche Grundlagen

Infrastrukturen umfassen bauliche Anlagen und institutionelle sowie organisatorische und personelle Voraussetzungen, die anthropogene Raumnutzungen durch Bevölkerung und Unternehmen ermöglichen. Es werden dabei technische Infrastrukturen des Verkehrs sowie der Ver- und Entsorgung und soziale Infrastrukturen der Bildung, Betreuung, Gesundheit, Kultur, Sicherheit usw. unterschieden. Sie bestimmen sich nach der Zahl der potenziellen Nutzer, der Intensität der Nachfrage/Nutzung. Besondere Bedeutung haben großräumige Netze des Verkehrs und insbesondere der Energieversorgung. Die planerische Vorbereitung wie auch die Umsetzung basieren auf entsprechenden planungsrechtlichen Grundlagen.

Klaus J. Beckmann

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 12. CO2 als Systemkomponente für Energiespeicher und Rohstoff für Basischemikalien

Konzepte zur chemischen Umwandlung von CO2 haben das Ziel, chemische Energiespeicher zu entwickeln und Basischemikalien herzustellen, die sich in den Produktstammbaum der chemischen Industrie integrieren lassen. Ausgangspunkt zur Herstellung ist meistens Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus regenerativem Strom hergestellt werden kann. Anschließend erfolgt eine Weiterverarbeitung des Wasserstoffs mit CO2 zu organischen Produkten. Je nachdem, ob diese Weiterverarbeitung zum Zwecke der Energiespeicherung geschieht oder der Herstellung von Chemikalien dient, kann die vergleichende Bewertung der jeweiligen Synthese unterschiedlich ausfallen. So ist im ersten Fall die Speicherung regenerativer Energie das Ziel der Reaktion von CO2 und Wasserstoff, während im zweiten Fall vermarktungsfähige Basischemikalien hergestellt werden sollen.

Thomas Marzi, Görge Deerberg

Kapitel 14. Regionalentwicklung

Ein Industrieland wie Deutschland benötigt Kohlenstoffquellen für Produkte des eigenen Bedarfs und für Exportprodukte. Dies sind heute vorwiegend fossile Kohlenstoffquellen, für die eine umfangreiche logistische Infrastruktur geschaffen wurde. In Deutschland ist insbesondere Nordrhein-Westfalen eine Region mit einer solch hochentwickelten Infrastruktur sowie leistungsfähigen Energie-, Chemie- und Stahlindustrien. Sie sind zugleich intensive CO2-Emittenten und bieten damit das Potenzial, CO2 zu rezyklieren. Kap. 14 diskutiert, welches Potenzial das Rezyklieren von CO2 aus industriellen Punktquellen gerade in Industrieregionen bietet, und stellt dies am konkreten Beispiel der Region Rheinland dar.

Dennis Herzberg, Manfred Kircher

Kapitel 3. Konventionelle Verfahren zur Wasserstoffherstellung

Wasserstoff ist ein notwendiger Rohstoff in der Erzeugung von Ammoniak, für Hydrocracking sowie für die Herstellung von Methanol und Pharmazeutika und wird auch von Lebensmittel- und Metallindustrien benötigt. Nach dem Stand der Technik ist die Herstellung von Wasserstoff von der Verwendung fossiler Ausgangsstoffe und Energieträger abhängig und damit mit einer erheblichen CO2-Emission verbunden. Kapitel 3 beschreibt die derzeit eingesetzten Verfahren und benennt nachhaltigere Alternativen .

Jose Antonio Medrano, Emma Palo, Fausto Gallucci

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 4. Elektrische Netze mit Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien

Das Kapitel informiert über die Änderungen der Netzeigenschaften beim breiten Einsatz der dezentralen Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien: bi-direktionale Leistungsflüsse, Spannungsschwankungen, Energieverluste, Blindleistungsmangel, Spannungshaltung, Spannungsstützung, Spannungsqualität und vieles mehr. Die neue Vorgehensweise zur Spannungsregelung im Elektrizitätsversorgungssystem mit dezentralen Erzeugungsanlagen wird behandelt. Der Einfluss fluktuierender Leistungen dieser Erzeugungsanlagen auf die Verlustleistung, Elektroenergieverluste und Blindarbeit wird diskutiert. Die Übertragungsnetze und Seeplattformen für Offshore-Windparks sowie Netzanschluss der Stromerzeugungsanlagen auf dem Meeresboden werden ebenfalls betrachtet.

Boris Valov

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 7. Glossar

Rasant schnelle Entwicklung Erneuerbarer Energien hat Inkrafttreten neuer Netzkodizes und Regelwerke in Bezug auf ihre Netzintegration weltweit verursacht, die sich auf neue Fachbegriffe (Spannungshaltung, Spannungsstützung, Blindleistungsbereitstellung, Cluster, Dunkelflaute, Einschaltwindgeschwindigkeit, Abschaltwindgeschwindigkeit, FRT-Fähigkeit, Kurzschlussleistungsverhältnis, Erzeugungseinheit, Netzinselbetrieb, Netzrückwirkungen, Repowering, Schwarzstartfähigkeit und andere) stützen. Im Glossar sind Erläuterungen zu relevanten Begriffen der Netzintegration Erneuerbarer Energien aus internationalen Richtlinien, Normen und Standards zusammengestellt. Durch Nutzung dieser Fachbegriffe soll das Verständnis deren Inhaltes verbessert und die Kommunikation zwischen internationalen Projektpartnern vereinfacht werden.

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 2. Umwelt und Wohnen

Bereits in früheren Jahren haben sich die Wohnumstände von Menschen Aufgrund der bestehenden sozioökonomischen Verhältnisse erheblich voneinander unterschieden. Das betraf nicht nur die Wohnungsqualität sondern auch die Wohnqualität und Quartiersqualität – ein Zustand, der sich derzeit noch immer in vielen Städten Europas und der Welt deutlich abbildet. Als Beispiel sei in diesem Zusammenhang auf die gründerzeitlichen Quartiere in den deutschen Städten hingewiesen. Während in der Gründerzeit im Zuge der Industrialisierung prunkvolle Vorderhäuser für einkommensstarke Bewohner in den Städten entstanden, lebten in den sogenannten Hinterhöfen die weniger Einkommensstarken.

Regine Grafe

Kapitel 9. Einschätzung durch Industrievertreter

Interviews mit führenden Unternehmen wie Siemens, KUKA, Flender und Festo bestätigen, dass Unternehmen bei dem Einsatz von neuen Schlüsseltechnologien pragmatisch und Schritt für Schritt vorgehen. Alle Unternehmen setzen bereits eine Vielzahl von neuen Technologien ein. In den Werken dieser Großunternehmen beschäftigen sich Spezialisten oder ganze Abteilungen intensiv mit der Einführung von Digitalisierung. Sie bewerten den Einsatz von neuen Technologien insbesondere hinsichtlich der Reduzierung von Produktionskosten, Erhöhung der Qualität sowie der Erhöhung der Flexibilität. Die Einführung von neuen Technologien ist grundsätzlich kein Selbstzweck. Im Vordergrund steht die Steigerung der Produktivität sowie die konsequente Verfolgung der Unternehmensziele.

Johannes Pistorius

Kapitel 12. Repowering von Biogasanlagen – ein Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung?

Für viele Betreiber von Biogasanlagen (BGA) in Deutschland stellt sich nach dem 20-jährigen EEG-Förderzeitraum die Frage, ob und wie sich ein Weiterbetrieb von BGA unter stetig veränderten Rahmenbedingungen wirtschaftlich gestalten lässt. Repowering als Sammelbegriff für verschiedene technische Maßnahmen und Betriebskonzepte ist deshalb ein wichtiger Baustein für den Weiterbetrieb und kann die Erfüllung wesentlicher gesellschaftlicher und ökologischer Anforderungen einer nachhaltigen Energieversorgung unterstützen. Anhand des Beispiels von Baden-Württemberg werden in diesem Beitrag die Effekte von Repowering auf die Entwicklung der Bestands-BGA untersucht und gezeigt, dass unter anderem durch den Einsatz neuerer und größerer Blockheizkraftwerke Effizienzsteigerungen möglich sind und Biogasanlagen einen Beitrag dazu leisten können, die Treibhausgasemissionen der Stromproduktion zu reduzieren. Gleichzeitig wird der Erhalt bestehender BGA wirtschaftlich aber weiterhin auf unterstützende, politische Rahmengesetzgebung angewiesen sein.

Joshua Güsewell, Marlies Härdtlein, Ludger Eltrop

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 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 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 7. Vergleich des Transitionsverständnisses sowie der Determinanten der Transition

Ziel dieses Kapitels ist die vergleichende Analyse der empirischen Befunde und darauf aufbauend die Ableitung von explorativen Thesen. Sie gliedert sich in zwei Abschnitte. Ziel des ersten Abschnitts ist es, anhand des erweiterten Belief Systems des Advocacy Koalitionsansatzes (vgl. 3.3.3) dem Verständnis von der Energietransition in seiner Bedeutungsvielfalt nachzuspüren.

Meike Löhr

Kapitel 2. Theoretische Zugriffe auf und empirische Analysen von Energietransitionen

Zur Einbettung des Forschungsvorhabens wird in diesem Kapitel der Forschungsstand mit einem spezifischen Fokus auf die Rolle von Akteuren und Akteurskoalitionen im Transitionsprozess sowie der Einflussfaktoren des Wandels erarbeitet. Zwei – teils junge – Forschungsbereiche werden diesem mit der Transitionsforschung und der Policy-Forschung zugrunde gelegt. Mit der Multi-Level Perspektive aus dem Feld der Transitionsforschung (vgl. 2.1), Konzepten wie der Pfadabhängigkeit, strategischen Handlungsfeldern und schließlich dem Advocacy Koalitionsansatz aus dem Bereich der sozial- und politikwissenschaftlichen Forschung (vgl. 2.2) wird eine Vielzahl an Ansätzen zur Erforschung von Transitionsprozessen herangezogen.

Meike Löhr

Kapitel 3. Konzeptionelle Überlegungen: Akteure und Wandel

Der Literaturüberblick im Stand der Forschung hat gezeigt, dass sich eine breite Anzahl an Theorien verschiedenster Disziplinen der Analyse von Wandel widmet, dabei aber das Verständnis von und die Erklärungsfaktoren für Wandel sowie die Rolle von Akteuren durchaus unterschiedlich eingeordnet werden. Dieses Kapitel widmet sich mit dem Phasenmodell (vgl. 3.2) einerseits einem Ansatz, der Wandel als langfristigen Transitionsprozess fasst und mit dem ACF (vgl. 3.3) andererseits einem Ansatz, der die Akteure und ihre Beliefs in den Fokus rückt. Ziel dieses Kapitels ist es, einen konzeptionellen Rahmen zu entwickeln, der beide Ansätze berücksichtigt, um somit die zentralen Forschungsfragen zu beantworten (vgl. 3.4).

Meike Löhr

Kapitel 6. Empirische Analyse der Akteurskoalitionen und ihres Transitionsverständnisses

Ziel dieses Kapitels ist die Untersuchung des Energietransitionsverständnisses der Akteure anhand ihrer Belief Systeme sowie der Einflussfaktoren der Transition in Dänemark, Deutschland und Frankreich (vgl. 6.1, 6.2, 6.3). Grundlage dafür sind die Befunde der Experteninterviews. Dazu werden zunächst die Ergebnisse der Clusteranalyse vorgestellt.

Meike Löhr

Kapitel 1. Einleitung

Dieses Zitat eines dänischen Interviewpartners verdeutlicht, dass Energietransitionen, hier als „green transformation” bezeichnet, zu einer neuen Normalität geworden sind. Vor nicht allzu langer Zeit wäre diese Erkenntnis schwer denkbar gewesen; gleichzeitig kann sie noch keine Allgemeingültigkeit beanspruchen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diesem neuen Verständnis von der Energietransition auf die Spur zu kommen und dessen Bedeutung für Energietransitionsprozesse herauszustellen.

Meike Löhr

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 14. Die Plausibilitätsmuster des Werbefilms

Das ist die letzte Staffel der Erzählstrukturen. Die vielleicht wichtigste Metaebene eines Werbevideos, die Plausibilitätsmuster. Eine Hintergrundfolie, die Du hinter alle bisherigen und noch kommenden Werbefilme legen kannst. Ihr übergeordnetes Ziel: Beeinflussung.

Albert Heiser

Kapitel 19. Denkanstöße

Der Erhalt und die Erzeugung einer sicheren und sauberen Umwelt sind heute mit dem Begriff der Nachhaltigkeit belegt. Sie beinhaltet ein Konzept der Nutzung eines Systems, welches in seinen wesentlichen Eigenschaften erhalten bleiben soll und dessen Bestand auf natürliche Weise regeneriert werden kann. Den Begriff Nachhaltigkeit sollte man jedoch hinterfragen, da er sehr unterschiedlich benutzt wird. Interessen scheinen bei der mannigfaltigen Nutzung nicht unerheblich zu sein. Der Leser soll zum Schluss anhand von Denkanstößen die Frage beantworten: Was hat Umweltmikrobiologie für die Bewältigung von Umweltproblemen anzubieten?

Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 4. Elektrische Antriebe

Die Elektromobilität ist im Zusammenhang mit Verkehrsfluss, Treibhausgas-, Schadstoff- und Geräuschemissionen die bisher konkurrenzlose Alternative für die Mobilität in urbanen Ansiedlungen. Wie im Kapitel 1 dargestellt, sind jedoch diese Alleinstellungsmerkmale von deutlichen Nachteilen bezüglich Herkunft der Elektroenergie (Bild 4) und ihrer Speicherung an Bord (Bild 17) beeinträchtigt.

Cornel Stan

Kapitel 1. Mobilität – Bedingungen, Anforderungen, Szenarien

Die Erde beherbergt derzeit 7,73 Milliarden Menschen und 1,3 Milliarden Automobile (März 2020). Der überwiegende Teil der Weltbevölkerung lebt in Städten, dabei nimmt die Anzahl der Mega-Metropolen mit mehr als 10 Millionen Einwohnern rasant zu. Bild 1 stellt Beispiele zum aktuellen Stand dar.

Cornel Stan

Kapitel 3. Alternative Kraftstoffe

Die Umwandlung der chemischen Energie jedes verfügbaren Brennstoffes bzw. Kraftstoffes des Typs CmHnOp kann grundsätzlich in zwei Formen erfolgen.

Cornel Stan

4. Wesentliche Risiken und entsprechende Gegenmaßnahmen

Nach dem das theoretische Fundament gelegt wurde, soll in den weiteren Abschnitten konkret auf einzelne Risikobereiche eingegangen werden. Das soll den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern vor Ort die Möglichkeit geben, die eigene Kommune ohne weitere Umwege hinsichtlich der gängigsten Risiken abzuklopfen. Außerdem beinhalten die einzelnen Teilbereiche auch direkt entsprechende Risikomanagementmaßnahmen. Es soll dem Leser also nicht nur möglich sein direkt zu überprüfen, ob die Risiken auch in der eigenen Kommune ein wichtiges Thema sein könnten, der Autor beabsichtigt darüber hinaus auch mögliche Lösungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Dieter Hahn, Richard Merker

Kapitel 2. Elektrochemische Energiespeicher und -wandler

Den ersten Akkumulator baute Graf Alessandro Volta um 1770 in Italien. Die Elektroden bestanden aus Kupfer und Zink und befanden sich in einer Zelle mit verdünnter Schwefelsäure, die Zellenspannung betrug 1 V.

Gerhard Babiel

Kapitel 1. Energie als primäre Antriebsgröße

Für die Antriebskraft F und die Antriebsenergie W von Fahrzeugen gilt der fundamentale Zusammenhang.

Gerhard Babiel

Kapitel 2. Carbonbeton und spezifische Markteintrittsbarrieren

Unter der Baustoffbezeichnung Carbonbeton wird ein Verbundwerkstoff aus Beton verstanden, der mit einem technischen Textil aus Carbonfasern bewehrt ist. Die Carbonfasern werden dabei nicht wie bei kurzfaserbewehrten Betonbauteilen ungeordnet als loses Haufwerk in die Frischbetonmischung gegeben, sondern als feste gitterförmige und stabförmige Bewehrungsstrukturen in die Schalung eingelegt. Es handelt sich daher bei den neuartigen Carbonbetonen nicht um konventionelle Faserbetone.

Jan Kortmann

14. Energieeffiziente Kältetechnik und Wärmepumpen in Industrie und Gewerbe

Zahlreiche Unternehmen des produzierenden oder weiterverarbeitenden Gewerbes nutzen die Kältetechnik für die unterschiedlichsten Anwendungen. Wie in vielen anderen Technikbereichen eröffnen sich auch hier bedeutende Potenziale zur Erhöhung der Energieeffizienz: Schätzungen gehen davon aus, dass sich der Stromverbrauch für kältetechnische Anlagen – je nach Ansatz – im Mittel um 5–30 % senken lässt [1]. Bei der Umsetzung solcher Effizienzmaßnahmen kann in vielen Fällen mit Amortisationszeiten von weniger als drei Jahren gerechnet werden.

Martin Dehli

Kapitel 2. Stand der Technik und Forschung

Zunächst erfolgt eine Definition der relevanten Begriffe in der Beschreibung von Industrie 4.0. Anschließend wird der Stand der Industrie-4.0-Forschung mit einem Schwerpunkt hinsichtlich der Textilbranche geschildert. Daraufhin erfolgt eine Beschreibung der deutschen Textilbranche. Abschließend werden relevante Forschungsthemen für die Textilbranche im Rahmen der Entwicklungen zu Industrie 4.0 dargestellt.

Yves-Simon Gloy

13. Umweltpolitik

Die Volksrepublik China hat mit zahlreichen Umweltproblemen zu kämpfen. Besonders die Luftverschmutzung zieht große nationale und internationale Aufmerksamkeit auf sich. Aus diesem Grund haben Umweltfragen für die chinesische Regierung inzwischen oberste Priorität und es wurde eine Reihe von Gesetzen und Maßnahmen erlassen. Außerdem sind die Wasserressourcen in China knapp. Eine Überlegung, um den steigenden Bedarf zu decken, war und ist, Flüsse aus dem Himalaya-Gebirge Richtung Beijing umzuleiten. Jedoch zeigen sich in der Umsetzung Schwierigkeiten, sodass China Alternativen präferiert. Zudem verschärfen mangelnde Abfallentsorgung und unangemessene Abfallbehandlung die Umweltsituation. Die chinesische Regierung hat begonnen, sich diesem Problem zu widmen, und beispielsweise einen Plastikimportstopp verkündet. Schließlich ist Umweltpolitik für Chinas Zukunft ausgesprochen wichtig, denn eine bessere Umwelt trägt zum nachhaltigen Modell des Wirtschaftswachstums bei.

Janny Tieu, Lucas Bréhéret, Irini Louloudi

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

Innovation und sozialer Wandel: Zur Transformation strategischer Handlungsfelder

Der Beitrag diskutiert neuere Ansätze in der soziologischen Theoriedebatte, die sich mit der Frage der Erklärung sozialen Wandels beschäftigen. In der einschlägigen Diskussion findet sich die Einschätzung, dass die Soziologie nur sehr bedingt das Thema der Veränderung und des Wandels sozialer Systeme angenommen hätte. Das Defizit beseitigen wollen Ansätze, die insbesondere im Umkreis feldtheoretischer Überlegungen und der so genannten relationalen Soziologie ausgearbeitet wurden. Sollte die Diagnose eines nicht tragfähigen analytischen Instrumentariums richtig sein und die vorgeschlagenen neuen Ansätze vielversprechend, können sich hier interessante Querverbindungen zwischen an Innovation interessierter Forschung und allgemeiner Sozialtheorie entwickeln. Am Beispiel der Unterscheidung zwischen inkrementellen und radikalen Innovationen werden die theoretischen Grundpositionen feldtheoretischer Überlegungen verdeutlicht. Zur empirischen Illustration der Überlegungen wird die Transformation des deutschen Systems der Stromgewinnung und -verteilung analysiert.

Gerhard Fuchs

Kapitel 5. Fallstudie Niedersachsen

Im August 2002 gab es im Einzugsgebiet der Elbe starke Regenfälle in kurz aufeinanderfolgenden Niederschlagsperioden. Vom 11. bis 13. August fiel in einigen Gebieten zwei bis dreimal so viel Regen wie im langjährigen Mittel des Monats August. Diese Niederschläge waren durch eine seltene Vb-Wetterlage verursacht, die in Mitteleuropa bereits zu mehreren Hochwasserereignissen geführt hatte.

Veit Ebermann

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 3. Entwicklungsstufen der Unternehmenskommunikation als Bestandteile des IR

In der Einleitung wird die Finanzberichterstattung als das historisch älteste Element der integrierten Berichterstattung bezeichnet. Um diese These zu belegen, dient als Ausgangspunkt der Primärzweck von IR, der im Rahmenkonzept des International Integrated Reporting Council (IIRC) wie folgt umschrieben wird: „The primary purpose of an integrated report is to explain to providers of financial capital how an organization creates value over time.“ Entscheidend ist hierbei das Verständnis von Wert. Analysiert man die zugrundeliegende Konzeption intensiver, unterscheidet der IIRC zwischen Wert für das Unternehmen und Wert für andere (Stakeholder i. w. S.).

Christian Manfred Kellner

Kapitel 5. Mind the Gap! Herausforderungen in der Praxis meistern

Bei der Umsetzung von CDR ist mit zahlreichen Herausforderungen zu rechnen, die in der Praxis gemeistert werden müssen. Dabei ist es hilfreich, die möglichen Stolperfallen zu kennen. Sie entstehen zum einen aus der Komplexität und Unsicherheit der Nachhaltigkeits-Herausforderungen in der VUCA-Welt und zum anderen durch konkrete CDR-Umsetzungsbarrieren im Unternehmen. Es werden Ansätze vorgestellt, wie mit diesen Stolperfallen umgegangen werden kann. Sie werden durch praktische Tipps ergänzt, wie Partner und Verbündete unternehmensintern und -extern zu finden sind, die beim „Betreten des Neulands“ helfen können. Im Anschluss werden sieben CDR-Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Unternehmen Deutschlands – auch einigen DAX-Konzernen – vorgestellt. Sie zeigen, wie die Unternehmen CDR übernehmen und die Herausforderungen meistern. Sie dienen als „Best Practices“ zur Entwicklung eigener Maßnahmen.

Saskia Dörr

Kapitel 6. Grundprobleme der Energieversorgung

Die vorangegangenen Kapitel haben gezeigt, dass unser heutiges Energiesystem überwiegend von der Nutzung fossiler Energieträger abhängig ist. Daraus erwachsen eine Reihe von Problemen, die sich in den drei Punkten Endlichkeit der fossilen und nuklearen Energieträger, Emission klimarelevanter Treibhausgase und Verteilung von Energieressourcen zusammenfassen lassen. Jeder einzelne Problembereich beschränkt die Entwicklungsmöglichkeiten heutiger und die Handlungsmöglichkeiten zukünftiger Generationen. Insbesondere die Risiken des Klimawandels rücken dabei immer stärker in den Vordergrund. Die sich innerhalb dieser Rahmenbedingungen stellende Zukunftsaufgabe eines nachhaltigen Energiesystems ist nur in einem globalen Kontext zu lösen. Bausteine hierfür sind die Sustainable Development Goals der Vereinten Nationen und das Pariser Klimaabkommen.

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

Kapitel 8. Die Zukunft der Energieversorgung

Wie sieht unser zukünftiges, klimaneutrales Energiesystem aus? Können die erneuerbaren Energien die Energieversorgung eines Industrielandes wie Deutschland tatsächlich sicherstellen? Was passiert, wenn im sonnenarmen Winter über mehrere Wochen kein Wind weht? Diese Fragen versucht die Wissenschaft mithilfe von Modellrechnungen – sogenannten Szenarien – zu beantworten. Die Berechnung von Szenarien ist eine wissenschaftliche Methode, um beispielsweise Handlungsnotwendigkeit bzw. Handlungsalternativen aufzuzeigen und mögliche zukünftige Entwicklungen darzustellen. Für den Bereich der Energieszenarien stellen Energiepotenziale und deren Erschließungsgeschwindigkeit eine besondere Rolle. In diesem Kapitel werden die Ergebnisse aktueller Energieszenarien vorgestellt und miteinander verglichen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem deutschen Energiesystem. Globale Entwicklungen werden in dem abschließenden Abschnitt reflektiert.

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

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

2. Grundlagen der Drehflügleraerodynamik

Kaum zu glauben – der grundlegende Zusammenhang zwischen Rotorauftrieb (= Schub) und der dazu benötigten Antriebsleistung hat seine Wurzeln im Schiffbau! Als Segelschiffe von Dampfern mit Schiffsschrauben abgelöst wurden, entstand – basierend auf rein energetischen Prinzipien, ohne Kenntnis der tatsächlichen Anzahl von Rotorblättern oder deren Formgebung – die Strahltheorie, die anschließend für Flugzeugpropeller und schließlich auch für Drehflügler (Autogiro, Hubschrauber, Windenergieanlage) umfangreiche Anwendung fand. Schwebeflug, senkrechter Steig- und Sinkflug, Vorwärtsflug mit oder ohne Steigen, der Flug in Bodennähe und die Autorotation lässt sich damit grundlegend behandeln. Mit einigen Ergänzungen wie Einbeziehung des Widerstandes der Rotorblattprofile und der Verluste bei Umströmung der Blattspitze kommt man den gemessenen Schub-Leistungskurven schon recht nahe. Die Strahleinschnürung im Schwebe- und Steigflug sowie die Strahlaufweitung im senkrechten Sinkflug (wie auch bei Windenergieanlagen) werden behandelt. Etliche Übungen mit Anwendungsbeispielen vertiefen den Umgang mit dieser Theorie.

Berend G. van der Wall

Kapitel 6. Energieversorgungsstruktur

Der Zugang zu Energie und ihre Erschwinglichkeit tragen zum menschlichen Wohlergehen bei. Gleichzeitig beeinträchtigt die Energieversorgung durch ihre Umwelt- und Klimaauswirkungen, die mit ihr verbundenen Sicherheitsrisiken und durch Nachbarschaftseffekte das Wohlergehen. Da die Energieversorgung aus fossilen Brennstoffen, Kernenergie und erneuerbaren Energien jeweils unterschiedliche Auswirkungen auf das Wohlergehen haben, kommt es für die Energiepolitik darauf an, die verschiedenen Auswirkungen gegeneinander abzuwägen und eine per Saldo angemessene Energieversorgungsstruktur zu wählen. Die Lebenszufriedenheitsforschung kann dazu beitragen.

Heinz Welsch

Kapitel 4. Nachbarschaftseffekte erneuerbarer Energieanlagen

Die Stromerzeugung durch erneuerbare Energien ist in den letzten Jahrzehnten massiv ausgebaut worden. Der Ausbau erneuerbarer Energien hat teilweise zu Widerstand auf lokaler Ebene geführt. Dies wirft die Frage nach den Auswirkungen auf das subjektive Wohlergehen auf. Wind-, Solar- und Biomasseanlagen können das Wohlergehen durch visuelle, akustische und Geruchsbelästigungen in der Nachbarschaft beeinträchtigen. Da erneuerbare Energieanlagen überwiegend in einem Zeitraum gebaut wurden, für den Daten zum subjektiven Wohlergehen vorliegen, ist es möglich, zu ermitteln, ob und inwieweit Auswirkungen auf das Wohlergehen aufgrund von Gewöhnungseffekten vorübergehender Natur sind.

Heinz Welsch

Kapitel 1. Einleitung: Lebensqualität als Maßstab der Energiepolitik

Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist die Energieversorgung weltweit im Umbruch. Insbesondere geht es dabei um den Ersatz fossiler Energieträger (Kohle, Öl und Gas) durch erneuerbare Energien (Solar- und Windenergie sowie Biomasse). Verschiedene Formen der Energieversorgung sind mit unterschiedlichen Nutzen, Kosten, Risiken und Umweltbelastungen verbunden und beeinflussen dadurch die Lebensqualität. Daten über die allgemeine Lebenszufriedenheit werden zunehmend zur Messung der Lebensqualität herangezogen. Sie machen es möglich, den Zusammenhang zwischen Energieversorgung und Lebensqualität zu erfassen und liefern damit eine Grundlage für die Beurteilung energiepolitischer Maßnahmen zum Umbau des Energiesystems.

Heinz Welsch

Kapitel 6. Wirtschaftsstruktur

Unter den Primärsektor einer Wirtschaft fallen im klassischen Verständnis Agrarwirtschaft und Bergbau. Im Folgenden wird die Agrarwirtschaft behandelt, während auf den Bergbau angesichts seiner industriegeschichtlichen Bedeutung im Kapitel Sekundärsektor eingegangen wird. Agrarwirtschaft, häufig mit Landwirtschaft synonym verwendet, wird nachfolgend wie üblich in Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Fischerei unterteilt.

Dieter Nohlen, Mario Kölling

Kapitel 13. Äolische Prozesse und Reliefformung – Bodenerosion durch Wind

Äolische Systeme werden durch die Kräfte des Windes gesteuert. Sie führen zur Entwicklung spezifischer Reliefformen und treten in Regionen mit geringer oder fehlender Vegetationsbedeckung und Bodenfeuchte auf. Die Wüsten der Erde mit Sedimenten geringer Korngrößen bilden daher die bevorzugten Gebiete der äolischen Aktivität. Daneben treten diese Phänomene in Systemen auf, die nicht durch Trockenklimate gekennzeichnet sind und oberflächliche Feinsedimente enthalten, wie Küstenregionen oder proglaziale Relieftypen. Entfernt der Mensch in Systemen mit hoher geomorphologischer Sensitivität die Vegetationsdecke und betreibt Landbau, schafft er Bedingungen, die zur katastrophalen Winderosion mit Verlust des fruchtbaren Bodens und weitreichenden Folgen für die menschliche Gesellschaft führen können. Die Skale äolischer Prozesse umfasst ein äußerst großes Spektrum, das von der Bewegung einzelner Sandkörner bis zu globalen Sedimenttransporten in der Erdatmosphäre reicht.

Richard Dikau, Katharina Eibisch, Jana Eichel, Karoline Meßenzehl, Manuela Schlummer-Held

Grundlagen der Energiepolitik

Im folgenden Kapitel werden die Grundlagen des Politikfelds der deutschen Energiepolitik behandelt. Im Mittelpunkt stehen die zentralen historischen Ereignisse, relevante Akteure und prägende politische Maßnahmen. Die energiepolitische Entwicklung wird von den 1950er-Jahren bis zu der jüngsten Debatte um den Kohleausstieg nachgezeichnet. Dargestellt werden die ökonomischen und politikwissenschaftlichen Grundlagen, die Akteure und Strukturen des Energiesystems sowie die Zielarchitektur der Energiepolitik. Entlang der drei großen Ziele – Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz – werden Grundlagen, Ausprägungen und die Entwicklung der Instrumentierung der Energiepolitik im Einzelnen erläutert.

Barbara Praetorius

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

Energiepolitik der Zukunft – wie können wir die Energiewende vollenden?

In diesem Kapitel wird analysiert, wie die Energiepolitik es ermöglichen kann, die Energiewende zu einem nachhaltigen und klimaneutralen Energiesystem zu vollenden. Hierfür werden zunächst die konkreten Ziele und Herausforderungen für die Energiepolitik der Zukunft betrachtet. Im zweiten Teil stehen die Ansätze und Instrumente im Mittelpunkt, mit denen die Energiepolitik die übergreifenden sowohl sektor- als auch technologiespezifischen Aufgaben lösen kann.

Stefan Thomas

Akzeptanz in der Energiewende

Die gesellschaftliche Akzeptanz von Energieinfrastrukturen und klimapolitischen Maßnahmen stellt einen wesentlichen Erfolgsfaktor für die Transformation des Energiesystems dar. Das folgende Kapitel beschreibt konzeptionelle Grundlagen bezüglich der Definition und Dimensionierung des Akzeptanzbegriffs sowie deren psychologische Grundlagen und beleuchtet relevante Einflussfaktoren auf die Akzeptanz von Energieinfrastrukturen wie Erneuerbaren Energien und dem Ausbau des Stromnetzes. Es werden Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Anwendungsfeldern berichtet und konkrete Möglichkeiten diskutiert, auf lokaler Ebene akzeptable Lösungen zu erreichen, wobei die besondere Rolle einer konstruktiven Partizipationskultur für die Akzeptanz und die gesellschaftliche Transformation aufgezeigt wird.

Jan Hildebrand, Ortwin Renn

Die Energiewende als sozio-technische Transformation – Von der Analyse zur Gestaltung

Dieses Kapitel geht der Frage nach, mit welchen unterschiedlichen Wissenstypen die komplexen Transformationsdynamiken der Energiesysteme beschrieben werden können. Eingangs wird an Beispielen die Komplexität des Energiesystems beschrieben, um dann anhand der Wissenstypen System-, Orientierungs- und Gestaltungswissen jeweilige Ziele, Methoden und Grenzen der wissenschaftlichen Betrachtung der Energiesysteme zu veranschaulichen.

Ulrich Dewald, Armin Grunwald, Witold-Roger Poganietz, Jens Schippl

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

Lehrbuch Energiewende – Eine Einleitung

Warum braucht es ein Lehrbuch für die Energiewende und wie soll dieses aussehen? In der Einleitung wird die Relevanz der Energiewende-Forschung für die akademische Lehre dargelegt und Erläuterungen der einzelnen Teilbereiche des Lehrbuches vorgenommen. Aus einer ganzheitlichen Betrachtungsweise heraus werden die vier Teilbereiche „Grundlagen“, „Sektoren“, „Gesellschaft“ und „Politischer Kontext“ abgeleitet. In diese sind die Einzelkapitel eingebettet, über welche zunächst ein kurzer Überblick gewährt wird. Zudem wird das didaktische Konzept des Lehrbuchs näher erläutert und um konkrete didaktische Hinweise ergänzt, die auf die konkrete Verwendung des Werkes in Lehr- und Studiensituationen ausgerichtet sind.

Jörg Radtke, Weert Canzler

§ 13 Energierecht

Die Versorgung mit Energie stellt eines der Grundbedürfnisse der modernen Gesellschaft dar. Nicht nur die Wirtschaft, sondern jeder Einzelne ist existenziell hierauf angewiesen. Es wundert daher nicht, dass das BVerfG die Energieversorgung der öffentlichen Daseinsvorsorge zugeordnet hat und der Gesetzgeber die sichere, also die individuelle wie auch kollektive angemessene und störungsfreie Belieferung mit Energie, wie auch die preisgünstige, d. h. für jedermann erschwingliche, sowie verbraucherfreundliche Energieversorgung an die Spitze des Energiewirtschaftsrechts gestellt hat. Weiter stellt die Umweltverträglichkeit ein Anliegen des Energierechts dar. Im Anschluss an das Energiekonzept der Bundesregierung aus dem Jahr 2010 und an die mit dem Atomausstieg bis 2022 eingeleitete Energiewende strebt die Bundesregierung zum einen eine Änderung des Energiemixes an, konkret eine schrittweise Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien bis 2050 auf 80 %, und versucht zum anderen, eine Rückführung des Primärenergieverbrauchs bis 2020 um 20 %, eine Steigerung der Energieeffizienz sowie eine Reduktion der Treibhausgasemissionen bis 2020 um 40 % durchzusetzen. Die aktuellen praktischen Schwierigkeiten bei der Realisierung dieser ambitionierten Ziele, namentlich die einer Versorgungssicherheit abträgliche Volatilität erneuerbarer Energien und die Umstellung der Elektrizitätsversorgungsnetze auf eine dezentrale Infrastruktur wie auch der verbraucherbelastende Anstieg des Fördergeldvolumens für erneuerbare Energien und Kraft-Wärme-Kopplung zeigen, dass die Leitvorstellungen des Energierechts durchaus konträre Stoßrichtungen aufweisen können. Sie bedürfen daher des Ausgleichs im konkreten Anwendungsfall, wobei keiner Ausprägung ein abstrakter Vorrang zukommt.

Martin Kment

Kapitel 8. Ergebnisdarstellung der qualitativen Typenbildung

Zur Verdeutlichung des weiteren Vorgehens werden die einzelnen Stufen des Verfahrens jeweils zu Beginn der folgenden Unterkapitel noch einmal kurz abgehandelt und direkt mit der Ergebnisdarstellung verknüpft. Dabei widmen sich Kapitel 8.1 – 8.5 den 5 Verfahrensstufen nach Kelle und Kluge, während Kapitel 8.6 die Ergebnisse der empirischen Typenbildung diskutiert. Abschließend diskutiert Kapitel 8.7 mit Blick auf die gestellten Forschungsfragen dieser Arbeit, die Tragfähigkeit des erarbeiteten heuristisch-analytischen Theorierahmens sowie die identifizierten Unterschiede der identifizierten (Begründungs-)Parameter bzw.

Laura Naegele

Atomausstieg 2022

Konflikte beim Rückbau von Kernkraftwerken in Baden-Württemberg und Schleswig-Holstein

Der Beitrag gibt einen Überblick über Konfliktthemen beim Rückbau kommerziell betriebener Kernkraftwerke. Hierzu wurden mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse der lokalen und regionalen Medienberichterstattung an fünf Kernkraftstandorten in Baden-Württemberg und in Schleswig-Holstein zentrale Akteure und Themen identifiziert. Anschließend wurden die Ergebnisse mittels leitfadengestützter Experteninterviews vertieft. Die zentralen Akteure sind länderübergreifend ähnlich: Maßgeblich am Diskurs beteiligt sind Betreibergesellschaften, Landesumweltministerien und Bürgerinitiativen. Konflikte resultieren vor allem aus unterschiedlichen Standpunkten hinsichtlich der Transparenz und der Partizipationsmöglichkeiten beim Rückbau, der Rückbauinfrastruktur an den einzelnen Standorten und beim Umgang mit Reststoffen aus den Kernkraftwerken.

Julia Schabel

Kommunikationsmanagement bei Bau- und Infrastrukturprojekten

Erfolgsfaktoren am Beispiel des ThyssenKrupp Testturms in Rottweil

Trotz seines Konfliktpotenzials ist der ThyssenKrupp Testturm in Rottweil ohne große Proteste realisiert worden. Mittels leitfadengestützter Interviews mit Projektverantwortlichen und Journalisten wird das Kommunikationsmanagement der Projektpartner ThyssenKrupp (Bauherr), Stadtverwaltung Rottweil (Standortkommune) und Züblin (Generalunternehmer) nachgezeichnet. Im Mittelpunkt steht die Frage, welche Faktoren zum kommunikativen Gelingen des Großprojekts beigetragen haben. Ferner wird die Medienberichterstattung über den Testturm untersucht. Neben den allgemein gültigen Erfolgsfaktoren, die sich auch bei anderen Projekten finden lassen, gibt es projektspezifische Erfolgsfaktoren: u. a. die gute Zusammenarbeit im Projektteam, die Einbeziehung eines Mittlers und das Aktivieren von Multiplikatoren. Auch wurde das Projekt von der Konzern- auf die lokale Ebene heruntergebrochen: Der Testturm wurde als neues Wahrzeichen in das Stadtmarketing integriert und durch Begleitaktionen externer Akteure (z. B. Künstler, Schulen, Redaktionen) positiv geframt.

Lisa Fehrentz

Vorhabenträger auf dem Weg zu gesellschaftlich tragfähigen Lösungen

Dialogorientierte Kommunikation bei Bau- und Infrastrukturprojekten

Bau- und Infrastrukturprojekte stoßen immer wieder auf Widerstände in Teilen der Bevölkerung. Die Gründe für Proteste sind vielfältig. Um gesellschaftlich tragfähige Lösungen zu finden, bedarf es einer dialogorientierten Kommunikation zwischen den Vorhabenträgern einerseits sowie der Bevölkerung, zivilgesellschaftlichen Gruppen, Politik und Verwaltung andererseits. Damit der Dialog gelingt, ist die Einhaltung grundsätzlicher Regeln wichtig. Darüber hinaus gibt es in den verschiedenen Phasen eines Projektes – von der Grundlagenermittlung bis zur Baufertigstellung – spezifische Regeln für die Projektkommunikation. Wie Vorhabenträger diese Anforderungen wahrnehmen, welche Kommunikationsinstrumente sie einsetzen und wie sie das Verhältnis zwischen Aufwand und Ertrag der Projektkommunikation einschätzen, ergab eine Umfrage unter Vorhabenträgern bei 97 deutschen und österreichischen Bau- und Infrastrukturprojekten.

Frank Brettschneider, Ulrich Müller

Kapitel 58. Wasserstoff – Bindeglied zwischen Energiewende und Verkehrswende

Um die ehrgeizigen Klimaziele der Vereinten Nationen zu erreichen, ist eine systematische Dekarbonisierung des Verkehrs unerlässlich. Während derzeit die meisten Länder auf Elektromobilität setzen, bietet die Wasserstofftechnologie eine langfristigere und vor allen Dingen ressourcenschonendere Alternative. Mithilfe der Bindung des ansonsten explosiven Wasserstoffs an eine organische Trägersubstanz wurde eine Speicherungs- beziehungsweise Transportmöglichkeit geschaffen, die es erlaubt, die vorhandene Tankstelleninfrastruktur nahezu unverändert zu nutzen. Auch beim nationalen beziehungsweise internationalen Handel mit dem so gefahrlos gebundenen Wasserstoff können vorhandene Strukturen in Form von Tankschiffen oder auch auf dem Schienenweg genutzt werden.

Siegfried Balleis

Kapitel 3. Professionelles Projektmanagement vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen

Dieses Buch verspricht unter dem Titel „… Wie Unternehmen den Wandel meistern“ Antworten zu geben, aber: Prognosen sind schwierig, vor allem, wenn sie die Zukunft betreffen. Dieses mal Winston Churchill, mal Kurt Tucholsky oder anderen zugeschriebene Zitat macht deutlich, dass jeder Unternehmer – Geschäftsführer, Vorstandsmitglied, Inhaber – die Notwendigkeit des Wandels für sich selbst erkennen und diesen zum richtigen Zeitpunkt in angemessenem Umfang einleiten muss. Dabei besteht die Gesamtheit aller betrieblichen Tätigkeiten zu einem ganz wesentlichen Teil aus Projekten und auch der (mehr oder weniger technologiegetriebene) Wandel des Unternehmens selbst wird ein Projekt sein.

Steffen Rietz, Daniel Meier

6. Ressourcen- und Terminplanung für Windenergieprojekte – Ein vereinfachter Prozessüberblick

Das umfangreiche und vielfältige Thema Ressourcen- und Terminplanung für Windenergieprojekte soll dem Leser am Beispiel einer idealtypischen Planung und Durchführung eines Windparkprojektes vereinfacht dargestellt und in seiner Vielfältigkeit aufgeführt werden. Nach einleitenden Bemerkungen zu den Projektablaufprozessen werden ein üblicher Projektverlauf über alle typischen Themenfelder des Projektmanagements und deren wechselseitigen Beziehungen und Wirkungen auf die Gesamtplanung des Projektes aufgezeigt. Dabei werden die wichtigsten Beteiligten und deren Interaktionen zueinander aufgeführt. Weiter werden einzelne Aspekte der typischen Phasen betrachtet und eine möglichst realistische Dauer der Abläufe dargestellt. Für alle Phasen werden dem Leser die typischen Arbeitsschritte und Abfolgen vorgeschlagen.

Günter Laubinger

7. Die Ausgabenstruktur eines Windparks während der Projektentwicklung

Im professionellen Projektmanagement ist man sich immer bewusst, welche Leistungen, Termine und eben auch Kosten für die Entwicklung, den Bau und während der Betriebsführung anfallen können. Die Kosten- und Budgetplanung ist dabei eine große Herausforderung für das Projektmanagement in der Windbranche. Nicht nur die zahlreichen Gesetzesänderungen, sondern auch die technischen Weiterentwicklungen und der Kostendruck bei den (internationalen) Ausschreibungen verstärken den Fokus auf die Ausgabenstruktur der Windparkplanung. Damit verbunden ist ein zunehmender Kostendruck innerhalb der Branche, um sowohl die Technologie als auch die Produktion des Stroms so günstig wie möglich anbieten zu können. Gleichzeitig bleibt das finanzielle Entwicklungsrisiko bei den Unternehmen, die dafür sorgen wollen, dass das Risiko der Ausgaben über die Gesamtentwicklungszeit optimal ist. Dieses Kapitel stellt eine Übersicht über die wichtigsten Projektausgaben einer Windparkplanung vor und beschreibt diese kurz. Da die tatsächlichen Kosten eines Projektes sehr unterschiedlich ausfallen können, handelt es sich hierbei um eine exemplarische Kostendarstellung, die die typischen Ausgaben nennt und deren Größenverhältnisse untereinander vergleichbar macht.

Daniel Meier

2. Gesetzliche Grundlagen – Der Katalysator für die deutsche Energiewende

Die Errichtung und der Betrieb von Windenergieanlagen sind in erheblichem Maße durch die gesetzlichen Rahmenbedingungen geprägt. Ohne eine gesetzliche Förderung sind Windenergieprojekte derzeit (noch) nicht wirtschaftlich. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Förderung der Windenergie allgemein sowie die Förderung durch das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) im Speziellen. Desweiteren werden Risiken sowie aktuelle Trends und Herausforderungen für die Realisierung von Windenergieprojekten aus rechtlicher Sicht aufgezeigt.

Christian Buchmüller

8. Zertifizierung, Messung und Inspektion

Die Zertifizierung und Prüfung der Windenergieanlagen ist ein wichtiger Bestandteil der BImSch-Genehmigung/Baugenehmigung. Seit 2011 wird auch eine Zertifizierung benötigt, um den Netzanschluss zu bekommen. Dieses Kapitel stellt ihnen die wichtigsten Zertifizierungen und Prüfungen vom Prototyp bis zum Laufzeitende eines Windparks vor. Außerdem wurde ein Unterkapitel über die zukünftigen Anforderungen bei der Netzintegration von Windparks integriert.Es werden im Wesentlichen Informationen für Windparkentwickler gegeben, aber auch für Hersteller von Windenergieanlagen sind Informationen enthalten. Die dargestellten Ablaufpläne stellen den optimalen Ablauf der Prozesse dar. Insbesondere kommt es in der Praxis hier zu Abweichungen, wenn die Prozesse bei den beteiligten Firmen zum ersten Mal durchlaufen werden. Dieses Kapitel hilft Ihnen dabei, einen Überblick zu gewinnen, die Prozesse zu verstehen und den vielfach erprobten und optimierten Prozessablauf kennenzulernen.

Jochen Möller

1. Projektmanagement in der Windenergie

Von den ersten Windenergieanlagen im Hinterhof bis hin zu einem bedeutenden Wirtschaftsfaktor war es ein langer und stürmischer Weg. Noch sind nicht alle Fragen beantwortet und noch nicht alle Herausforderungen bewältigt, die zu einer kompletten nicht-fossilen und nicht-atomaren Energiewelt führen. Der folgende Text gibt einen Überblick über den wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Status der Branche der Erneuerbaren Energien, erläutert die rechtlichen Rahmenbedingungen und weist darauf hin, dass Energiewende nicht ohne Akzeptanz funktioniert. Im Mittelpunkt steht der Mensch.

Nicole Knudsen
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