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Wasserkraft

weitere Buchkapitel

3. Chinas Weg von alter zu neuer Stärke – ein Abriss einer einzigartigen Transformation

Um das heutige Selbstverständnis und Selbstbewusstsein Chinas zu begreifen, soll ein Blick in die chinesische Geschichte erfolgen, der hier nur als knappe Exkursion stattfinden kann. Obwohl es in den letzten 150 Jahren auch in China zu massiven Umbrüchen im Staatsapparat kam, verweist die chinesische Regierung bis heute auf die traditionellen Wurzeln aus der frühen Geschichte. Die Idee einer konstanten Entwicklung vom antiken China bis zum heutigen „Global Player“ ist geschichtswissenschaftlich nicht unproblematisch, hat aber entscheidenden Einfluss auf die chinesische Sicht auf das eigene Land und den Rest der Welt.

Markus Hans-Peter Müller, Jonas Polfuß

Grün führt zum Erfolg – Wie das neue Frühwarnsystem mit Ampellogik Unternehmen hilft

Stefanie Burgmaier, Hans Haarmeyer, Thorsten Garber

19. Klima und Entwicklung

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

Joachim Betz

Kapitel 2. Grundlagen der Digitalisierung

Die Vorstellung einer vernetzten und digitalen Produktion geht weit zurück in die Geschichte der industriellen Fertigung. Die industrielle Revolution ist geprägt durch neue technologische Entwicklungen und effiziente Produktionsprozesse. Aufgrund der Vielzahl an historischen Ereignissen ist es hilfreich, sich die Entwicklung der Industrie näher anzuschauen, um Industrie 4.0 mit diesem Hintergrundwissen besser zu verstehen.

Alexander Goudz, Sibel Erdogan

Kapitel 4. Westliche Theorien und Chinas Energiepolitik

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

Jingxue Chen

Kapitel 11. Produktion, Fertigung, Ersatzteil- und Instandhaltungsmanagement

DasFertigung \i folgende KapitelProduktion \i zeigt die kostentheoretischen Grundlagen und Begriffe für die Produktion und Fertigung. Die Begriffe werden jeweils anhand von Praxisbeispielen näher erklärt.

Helmut Wannenwetsch

Psychologie im Anthropozän. Warum wir über Grenzen nachdenken müssen

Das Zusammenleben im Anthropozän ist anders. Es erfordert ein anderes Denken, Handeln und Entscheiden. Der vorliegende Text macht deutlich, dass Nachhaltigkeit im Anthropozän so viel heißt wie ein Leben innerhalb äußerer und innerer Grenzen. Die äußeren geoökologischen Grenzen sind uns durch den Planeten vorgegeben, die inneren psychologischen werden durch den Diskussionsstand der empirischen Psychologie, Neurowissenschaften und Medizin vorgezeichnet.

Stefan Brunnhuber

1. Historischer Abriss zur Entstehung und Entwicklung der Chemischen Reaktionstechnik

Die Geschichte der Reaktortechnologie begleitet den Menschen seit seinen ersten Werkzeugentwicklungen und kulturellen Handlungen. Erste schriftliche Überlieferungen über stoffliche Umwandlungen sind aus den Hochkulturen in Mesopotamien, Ägypten und China bekannt. Von Alexandria wurde das Prozesswissen über Damaskus, Bagdad und Spanien nach Europa überliefert und dort während des Mittelalters zur Blüte in der Erz- und Metallverarbeitung sowie der Textilindustrie entwickelt. Die Industrialisierung schaffte eine Nachfrage nach anorganischen Produkten, während die aufkommende Teerchemie eine Vielzahl organischer Verbindungen ermöglichte. Die Reaktortechnologie entwickelte sich mit größeren Produktionsmengen, wie auch technischen Möglichkeiten von hohen Drücken und Temperaturen. Von 1850 bis 1940 wurden sehr viele neue Technologien eingeführt, die bis heute optimiert wurden. Digitale Technologien und erneuerbare Rohstoffe werden die zukünftige Entwicklung bestimmen.

Norbert Kockmann

Kapitel 5. Makrobetrachtung inklusive Anwendungsfälle

Zu Beginn der Energiewende zeigte sich der Fortschritt im Wesentlichen durch die technologische Optimierung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Ressourcen und deren steigendem Anteil an der Gesamtstromproduktion. Die Maßnahmen hatten sich allein auf den Stromsektor konzentriert. Heute wird für die Dekarbonisierung in Ländern wie Deutschland, die diesen Weg schon seit Längerem eingeschlagen haben, klar, dass weitere Fortschritte allein im Stromsektor nur zu stark steigenden Kosten zu realisieren sind. Aus diesem Grund sind in den letzten Jahren zu Recht die übrigen Energiesektoren in den Fokus geraten. Für Länder wie beispielsweise Deutschland sind hier allen voran der Wärme- und Verkehrssektor relevant; unter anderen klimatischen und geographischen Randbedingungen sind Sektoren wie Wasserentsalzung oder Kühlung zu nennen. Nach einer kompakten Auflistung der entscheidenden methodischen Aspekte der Makromodellierung zeigt dieses Kapitel die Rolle der Sektorkopplung zur Erreichung der Klimaziele am Beispiel Deutschland auf. Hierfür werden insbesondere die Konsequenzen einer Elektrifizierung des Wärmesektors und der Elektromobilität auf den Stromsektor abgeleitet. Die Ergebnisse der Makromodellierung werden sodann kritisch diskutiert und bewertet. Auch wenn Deutschland ein lehrreiches Fallbeispiel für die Möglichkeiten der Digitalen Dekarbonisierung liefert, wollen die Autoren im Folgenden gleichwohl sich der weltweiten Sicht annähern. Hierzu diskutieren sie Energiesysteme mit differierenden Randbedingungen und die Möglichkeiten von Archetypen.

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

Kapitel 3. Handlungsoption Digitale Dekarbonisierung

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

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

2. „Weißt du, wie das ward“? – Die Geschichte der KI

Von einer Geschichte der KI kann man eigentlich noch gar nicht sprechen, denn obwohl der Begriff schon seit 1956 existiert, ist er erst in den letzten 10 Jahren in das Bewusstsein der Allgemeinheit gerückt. Seitdem allerdings entfaltet die KI eine solch qualitative und quantitative Dynamik, dass die Jahre bis zur Jahrtausendwende schon als „Urgeschichte“ der KI gelten.

Günter Cisek

5. Ausnahmen

In Art. 107 Abs. 2 und Abs. 3 AEUV ist ein Katalog von Ausnahmebestimmungen enthalten, der abschließend ist. Dabei differenziert der Vertrag zwischen zwingenden und fakultativen Ausnahmen. Liegt einer der in Art. 107 Abs. 2 AEUV genannten Tatbestände vor, so sind die insoweit gewährten Beihilfen bereits von Vertrags wegen mit dem Binnenmarkt vereinbar. Art. 107 Abs. 3 AEUV enthält dagegen Tatbestände, in denen die Kommission Beihilfen für zulässig erklären kann. Die Genehmigung dieser Beihilfen ist insoweit in das Ermessen der Kommission gestellt. Von großer praktischer Bedeutung sind hierbei die Tatbestände, die wirtschaftliche Gründe für die ausnahmsweise Zulässigkeit von Beihilfen umschreiben (Art. 107 Abs. 3 lit. a)–c) AEUV).

Walter Frenz

Nachhaltige Entwicklung

Um das „Handlungsprinzip Nachhaltigkeit“ zu verstehen und seine Bedeutung für die Verbraucherwissenschaften einschätzen zu können, gibt der vorliegende Beitrag zunächst einen Überblick über die Geschichte und Genese des Konzepts „Nachhaltige Entwicklung“. Anschließend wird das Konzept vertieft und die Debatte über seine Kernelemente skizziert. Als politisches Handlungskonzept, das sich in konkreten Zielen und Programmen niederschlägt (oder niederschlagen sollte), bedarf es der Messbarkeit und damit der Operationalisierung. Ein weiterer Abschnitt widmet sich daher den Zielen, Indikatoren und dem Monitoring von Nachhaltiger Entwicklung. Abschließend wird gefragt, welche Rolle und welche Themen sich daraus für die Verbraucherwissenschaften ergeben. Dabei wird insbesondere auf die Bedeutung des Nachhaltigen Konsums eingegangen.

Lucia A. Reisch, Mario Schmidt

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

18. Schlussfolgerungen und vier Gründe für die Erneuerbaren

Die Erforschung und Entwicklung von Technologien zur „Ernte“ erneuerbarer Energien, haben Deutschland zu einer weltweiten Spitzenstellung geführt. Ihre Errungenschaften wurden aber bisher fast nur bei der Stromerzeugung nachhaltig umgesetzt, weil er mit dem geringsten Aufwand umzusetzen ist. Die Fokussierung der deutschen Volkswirtschaft auf erneuerbaren Strom erklärt die relativ geringe Nutzung solarer Technologien zur Wärme- und Kraftstofferzeugung. Deren wirtschaftliche Nutzung ist daher beunruhigend klein geblieben. Trotz der technologischen Möglichkeiten und der zur Verfügung stehenden Forschungs- und Förderprogramme, die in den Kap. 5 und 11 behandelt wurden, haben sich die solarthermischen Technologien und diejenigen für solare Kraftstoffe nicht durchsetzen können, obwohl hier energetisch gesehen die größten Potenziale liegen.

Gerd Stadermann

17. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz

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

Gerd Stadermann

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

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

Gerd Stadermann

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

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

Gerd Stadermann

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

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

Gerd Stadermann

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

8. Freiburg – auf dem Weg zur Solarhauptstadt

Warum konnte sich nach Stuttgart, dem Mekka der erneuerbaren Energien in den 1970er-Jahren, Freiburg als Solarhauptstadt in den 1980er-Jahren etablieren? Wie wurde das dortige Fraunhofer ISE zu dem am schnellsten wachsenden Solarenergieforschungsinstitut in Deutschland? Woher kam die wissenschaftliche Brillanz dieses Instituts?

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

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

Chapter 5. Städtische Atmosphäre und Stadtklima

Städte haben ein eigenartiges Mikroklima und führen durch die zunehmende Besiedlung, anthropogene Wärmeproduktion und Technisierung der Lebensräume zur Erwärmung der Erdatmosphäre. Die natürlichen Energie- und Stoffströme werden in Städten von anthropogen erzeugten Strömen überlagert. Daher stehen Städte vor großen Herausforderungen, um nachhaltig eine bessere Lebensqualität, Ressourceneffizienz und den Schutz der Umwelt zu gewährleisten. Obwohl die anthropogene Energiezufuhr in Städten im Vergleich zu der natürlichen Zustrahlung relativ gering ist, wirken sich die städtischen Emissionen schwerwiegend auf das Klima aus. Aufgrund der durch die Bebauung verursachten Komplexität der städtischen Struktur erleidet auch die bodennahe Atmosphäre Veränderungen. Obwohl die Stadt in ihrer Gesamtheit eine geschlossene Struktur darstellt, ist sie in eine Vielzahl von kleineren räumlichen Strukturen unterteilt. Gekennzeichnet sind sie durch ständigen stetigen und auch abrupten Wechsel in ihrer Oberflächenrauigkeit. Städtische Versiegelungsflächen beeinträchtigen das Stadtklima erheblich. Durch geeignete Anordnung und Gestaltung dieser Flächen und Anordnung von Grün- und Wasserflächen sowie Luftbahnen kann der Aufheizung der Städte entgegengewirkt werden.

Schew-Ram Mehra

5. Innovation

Insbesondere an einem Technologiestandort wie Deutschland ist klar, dass Innovation ein wesentlicher Schlüssel zum nachhaltigen Erfolg ist. In diesem Kapitel werden wir sehen, dass auch Innovation absolut chefabhängig ist. Es gilt die einfache Regel: Je mehr Chefs mitreden, desto schwieriger wird es, die zweifellos vorhandene Innovationskraft der Menschen im Unternehmen in Erfolgsstorys umzuwandeln. Viele Chefs, also Konzernzustände, führen zu Minimalinnovation bzw. inkrementeller Innovation oder bewahrender Innovation. Kleine und mittelständische Unternehmen mit weniger Chefs tun sich leichter bezüglich der Bewertung und Priorisierung von innovativen Ideen. Traurig ist jedoch, wenn sich mittelständische Unternehmen unnötigerweise eine Konzernträgheit auferlegen. Weil wir in Deutschland in den vergangenen Jahrzehnten viel erreicht haben, sind wir bezüglich bewahrender Innovation richtig gut. Große, disruptive Innovation gab es bei uns früher auch mal. Heute ist das hier eher die Ausnahme. Die Grafiken „Innovationspyramide“ und „Der erfolgreiche Weg in die Trägheit“ erklären diesen Effekt. Es wird aber auch aufgezeigt, unter welchen Voraussetzungen disruptive Innovation funktionieren kann. Ganz pragmatisch gibt es in diesem Kapitel noch konkrete, praxiserprobte Spielregeln zum innovationsfördernden konstruktiven Streit. Wie mit der eigenen Einstellung Innovation gefördert werden kann, erkennen wir anhand der Singapur-Gleichungen. Letztlich lernen wir die Vorteile eines frühen und organisatorisch verankerten Serienanlaufmanagements kennen, mit dem innovative Ideen gut in die Produktion überführt werden können. Ebenso gibt es Tipps, was im Innovationsprozess vom Gespür bis zur Markteinführung beachtet werden sollte.

Klaus G. Beck

Wasserstoff und Brennstoffzellen für sektorübergreifende Mobilität

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

Christian Mohrdieck, Uwe Sontheimer

Ist Autofahren ein Grundrecht?

Jede und jeder spürt es: Immer mehr Pendler, immer mehr Autos auf den Straßen, immer mehr gestresste Arbeitnehmer, immer schlechtere Luft. Die ersten deutschen Großstädte haben Fahrverbote für ältere Dieselautos. 60 % aller deutschen Arbeitnehmer pendeln von ihrem Wohnort zum Arbeitsplatz in einen anderen Ort. Und die meisten Pendler fahren mit einem PKW zur Arbeit. Durchschnittlich 19 km am Tag – zweimal. Die Zahl der Pendler in Frankfurt stieg seit dem Jahr 2000 um 17 %, die Zahl der Wochenendpendler hat sich verdreifacht.

Franz Alt

Schlüsseltechnologie Autonomes Fahren für Mobility as a Service - Chancen und Risiken im Wertschöpfungsprozess der zukünftigen Mobilität

In drei Kapiteln wird eine mögliche zukünftige Welt des Mobilitätsverhaltens dargestellt wobei im ersten Teil eine neue Art des Lifestyle in der Gesellschaft als Basis der Veränderung zur Diskussion angeboten wird. In dem zweiten Teil werden die technologischen Randbedingungen und die Veränderungen im Umfeld des Mobilitätsbedarfs angesprochen. Im dritten und letzten Teil werden dann die wirtschaftlichen Auswirkungen sowie die Vorteile, aber auch die Risiken im Mobilitätsservice zwischen Kundenbedarf in der Gesellschaft und Transporterfüllung durch den Mobilitäts-Provider beleuchtet sowie neue Felder der notwendigen Kundenbindung in einem sich wandelnden und expandierenden Wertschöpfungsbereich aufgezeigt.

Gernot Spiegelberg

Das deutsche Automobil – gestern, heute und morgen

Der Erfolg der deutschen Automobilindustrie nach dem 2. Weltkrieg war gekennzeichnet durch das Eröffnen neuer Fahrzeugkategorien, die in ihrer Ausprägung einzigartig und spezifisch sind. In diesen Kategorien entstand ein spezifischer Wettbewerb vor allem unter den später Premiumhersteller bezeichneten Firmen. Anhand der näheren Beleuchtung dieser Produktklassen mit dem Blick zurück, über die Gegenwart und voraus in die Zukunft sollten mögliche Aspekte zukünftiger Ausprägung ermittelt werden und vor allem auch ihre Zukunftsfähigkeit im Lichte der anstehenden massiven Umbrüche durch den Technologiewandel.

Ulrich W. Schiefer

DACHSER Emission-Free Delivery: Nachhaltige City-Logistik in der Stuttgarter Innenstadt

Dieses Kapitel identifiziert und diskutiert die grundlegenden Ansätze, die die Planung und Umsetzung der Innenstadtbelieferung in Europa des Logistikdienstleisters DACHSER SE leiten.

Hella Abidi, Stefan Hohm, Christian Weber

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

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

10. Ausgewählte Anwendungen

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

Dierk Schröder, Joachim Böcker

6. § 6 Klimaschutzrecht

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

Susanna Hoffmann-Much

4. § 4 Wasserrecht

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

Anne-Barbara Walter

2. Grundlagen

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

Alexander Stuckenholz

Kapitel 7. Biosphärische-technosphärische Transformationen – Dreißig praktikable Vorsätze

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

E. W. Udo Küppers

Kapitel 9. Digitale Transformation der Arbeitswelt

Die Veränderung der Arbeitswelt durch Technik und Automation hat das Industriezeitalter geprägt. Das Cromford-Museum in Ratingen bei Düsseldorf beherbergt eine Rekonstruktion der ersten Webmaschinen auf dem Kontinent, die ein Unternehmer aus Wuppertal von Cromford in England nach Deutschland importiert hatte. Zunächst versuchte er, mit einheimischen Spezialisten das komplizierte Gestänge von dem Antrieb eines Mühlenrades (Wasserkraft) bis hin zu den Webmaschinen zum Laufen zu bringen.

Bernhard Miebach

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 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

1. Grundlagen der Thermodynamik

Die Thermodynamik ist das Gebiet der Physik, das die Umwandlung verschiedener Energieformen ineinander, unter besonderer Berücksichtigung von Wärme und mechanischer Arbeit, behandelt.Innerhalb der Thermodynamik gibt es zwei Teilgebiete:Die klassische oder phänomenologische Thermodynamik beschreibt einen Stoff durch seine makroskopisch messbaren Eigenschaften, z. B. Temperatur, Druck und Volumen.Die statistische Thermodynamik führt die makroskopischen Eigenschaften eines Stoffes auf die Eigenschaften seiner mikroskopischen Bestandteile zurück, z. B. auf die Orts-Koordinaten, Geschwindigkeiten bzw. Impulse der Atome oder Moleküle, und berechnet aus den Eigenschaften dieser mikroskopischen Teilchen mit Hilfe der statistischen Methoden der klassischen Mechanik und der Quantenmechanik die makroskopischen Eigenschaften des Stoffes. So entspricht die Temperatur eines Stoffes der kinetischen Energie seiner Atome oder Moleküle, und der Druck eines Gases ist der von den Gasteilchen auf die Gefäßwandung übertragene Impuls pro Flächeneinheit.Die Thermodynamik baut auf wenigen Axiomen auf, d. h. Grundsätzen, die nicht von anderen Sätzen abgeleitet und prinzipiell nicht bewiesen werden können. Sie stellen empirische Erfahrungssätze dar, die selbst oder deren Folgen bisher nicht durch die Erfahrung widerlegt worden sind. Alle Folgerungen, die man aus einem Satz herleiten kann und die von der Erfahrung bestätigt werden, gelten als Bestätigung für die Gültigkeit dieses Satzes. Umgekehrt aber ist ein Satz widerlegt, wenn nur eine seiner Folgerungen der Erfahrung widerspricht.

Christa Lüdecke, Dorothea Lüdecke

Kapitel 16. Gestaltungsrichtlinien

Die Grundregeln „eindeutig“, „einfach“ und „sicher“ (Kap. 14) sowie die im Kap. 15 beschriebenen Gestaltungsprinzipien sind aus den generellen Zielsetzungen an jedes zu entwickelnde Produkt abgeleitet und daher immer zu berücksichtigen. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl spezifischer Gestaltungsrichtlinien, die jeweils auf für einen konkreten Entwicklungskontext geltender Zielsetzungen ausgerichtet sind. Dies können etwa die besondere Bedeutung von Leichtbauprinzipien im Flugzeugentwurf, die Korrosionsbeständigkeit in Anwendungen der Medizintechnik oder auch Prinzipien der modularen Produktgestaltung für ein Zulieferunternehmen in der Automobilbranche sein.

Beate Bender, Kilian Gericke, Jörg Heusel, Thomas Bronnhuber, Olaf Helms, Jens Krzywinski, Fritz Klocke, Klaus Dilger, Rainer Müller, Tobias Ehlers, Roland Lachmayer

Chapter 30. Wie wird außerhalb Europas die Natur geschützt?

Unsere räumliche Blickrichtung ist sehr Europa-zentriert und schließt darüber hinaus nur noch die USA als intensiv wahrgenommene Leitkultur mit ein. Neben den USA soll im nachfolgenden Kapitel der Naturschutz auch in anderen Weltregionen bzw. Kulturen untersucht werden. Aus Kapazitätsgründen ist die Darstellung auf Brasilien, die afrikanischen Staaten sowie auf Indien beschränkt, schließt damit aber drei Hauptregionen der sog. „Dritten Welt“ mit ein.

Klaus-Dieter Hupke

7. Gletscher und Wasser

Gletscher sind bedeutende Wasserspeicher, 69 % der globalen Süßwasservorräte liegen derzeit als Gletschereis vor (Liu et al. 2011). In vielen Regionen der Erde sind sie nicht nur Lieferanten von Trinkwasser, sondern haben auch wirtschaftliche Bedeutung, zum Beispiel für landwirtschaftliche Bewässerung oder zur Gewinnung von Wasserkraft. Wasser in Gletscherumgebungen kann aber auch zur Naturgefahr werden (► Kap. 9 ), in diesen Fällen rückt es deshalb in den Fokus von Wissenschaft und Katastrophenvorsorge.

Wilfried Hagg

8. Gletschergeschichte

Unter Gletschergeschichte versteht man die zeitliche Entwicklung der Gletscher in der Vergangenheit. Die globale Gletscherausdehnung war schon immer, wie das globale Klima als Hauptantrieb, großen Schwankungen unterworfen. Für die ältere Vergangenheit, noch bevor das Gletscherverhalten durch den Menschen direkt zu beobachten war, müssen ehemalige Gletscherausdehnungen mit Hilfe von indirekten Methoden rekonstruiert werden. Zu Beginn dieses Kapitels erfolgt ein kurzer Abriss über diese Methoden, bevor die Gletschergeschichte auf verschiedenen Zeitskalen beleuchtet wird. Die erste Skala betrifft Vereisungsphasen, die sehr weit zurückliegen und die keinen Einfluss mehr auf die heutige Gestalt der Erdoberfläche haben. Die zweite Skala ist das Pleistozän, also das jüngste Eiszeitalter, das landschaftsgestaltend für weite Bereiche Europas und Nordamerikas war. Als dritte Skala wird die Gletschergeschichte des Holozäns, des Zeitabschnitts seit der letzten Kaltzeit, beleuchtet. In besonderem Maße wird hier auf neuzeitliche Schwankungen und den aktuellen Gletscherschwund eingegangen. Je jünger der betrachtete Zeitabschnitt ist, desto besser und zahlreicher sind naturgemäß die Informationen darüber.

Wilfried Hagg

Kapitel 15. Eine Million Jahre Endlager: Zur Ethik technischer Ewigkeiten

Der Beitrag umreist zunächst die Dimensionen der Zeitspanne von einer Million Jahren, dem Zeitraum der sicheren Endlagerung von radioaktiven Abfällen. Hierzu wird ein anthropologischer Rückblick gegeben und die Entwicklungsgeschichte des homo sapiens, des „denkenden Menschen“ im Vergleich zur Endlagerzeit gesetzt. Nach einem kurzen Überblick zur Technologie der Kernenergie wird auf die Entstehung und Lagerung von Kernabfällen eingegangen. Verschiedene Endlagerkonzepte werden vorgestellt, ihre Anforderungen definiert und kritisch reflektiert. Schließlich wird auf das Spannungsfeld zwischen Risiko und Ethik eingegangen, das abschließend vor dem Hintergrund der Endlagerung bewertet wird.

Dieter D. Genske

Die Emscher – Erinnerungsort und Zukunftswerkstatt

Auch die Zukunft hat eine Vergangenheit. Hätte jemand einem „Pottler“ vor 50 oder 60 Jahren prophezeit, dass die Emscher wieder zu einem sauberen Fluss werden würde, hätte man wahrscheinlich bestenfalls ungläubige Blicke geerntet. Denn die Emscher – ein knapp 83 Kilometer langer Fluss, der mitten durch das Revier fließt – hieß im Volksmund lange „Köttelbecken“. Noch in den 1990er-Jahren wurde sie in der Presse als „gequältes Wasser“ beschrieben (Rigos 1999, S. 223).

Ulrich Paetzel

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

Open Access

7. Outdooraktivitäten und damit zusammenhängende Einrichtungen im Sommer und in den Übergangszeiten

Der Sommertourismus in Österreich trägt wesentlich zu der großen Bedeutung des Tourismus insgesamt bei. So hat die Zahl der Nächtigungen in den Sommermonaten in Österreich 2018 erneut einen Höchstwert erreicht. Mit bisher 68,67 Mio. Nächtigungen liegt die Sommersaison 2018 (Mai bis September) um 2,2 % über dem Vorjahresniveau. Auch die Zahl der Ankünfte stieg in der vergangenen Sommersaison um 2,9 % auf 21,70 Mio. (Statistik Austria 2018). Mehr Nächtigungen wurden auch im September 2018, also außerhalb der eigentlichen Sommersaison festgestellt. Im September 2018 nahm die Zahl der Gäste um 2,0 % auf 3,86 Mio. zu, Gästenächtigungen stiegen um 1,4 % auf 11,24 Mio. Zu diesem Ergebnis trugen die ausländischen Herkunftsmärkte mit einem Plus von 1,6 % auf 7,86 Mio. bei. Die Nächtigungszahlen wichtiger Herkunftsländer, wie Deutschland (+1,2 %), Schweiz und Liechtenstein (+3,5 %) sowie der Niederlande (+2,1 %), erhöhten sich weiter. Die Zahl der inländischen Gästenächtigungen stieg ebenfalls um 0,9 % auf 3,38 Mio. (Statistik Austria 2018).

Prof. Dr. Ulrike Pröbstl-Haider, Claudia Hödl, Kathrin Ginner, Martin Falk, Florian Borgwardt, Herbert Formayer, Marc Olefs, Kai Illing

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

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

Wasserversorgung

Die (Trink-) Wasserversorgung in Deutschland steht seit Jahrzehnten auf beispielgebend hohem Niveau der Qualitäts- und Versorgungssicherheit bis zum Zapfhahn, einer hohen Kundenzufriedenheit sowie der nachhaltigen Nutzung der Ressourcen bei hoher wirtschaftlicher Effizienz. Hierzu tragen neben der grundsätzlich komfortablen Wasserbilanz des Landes hohe technische Standards, deren Anwendung in der Praxis sowie ein weitestgehender behördlicher Vollzug der Gesetzeslage sowie eine Reihe freiwilliger Maßnahmen der Branche bei. Hervorzuheben ist der vorsorgende, flächendeckende Gewässerschutz als Basis einer weiteren erfolgreichen Umsetzung bestehender und künftiger Herausforderungen. Im Folgenden werden auf Basis des Standes der Technik alle wichtigen Systemkomponenten der Trinkwasserversorgung einführend beschrieben und damit ein grundsätzliches Verständnis für die wichtigsten Funktionen und Interaktionen gegeben.

Wilhelm Urban, Julian Mosbach

Hydrologie und Wasserwirtschaft

Grundkenntnisse in der Hydrologie und Wasserwirtschaft sind für die Planung, Bemessung, Bau und Betrieb baulicher wasserwirtschaftlicher Anlagen unverzichtbar. Hier werden insbesondere die Problematik der Hochwasserabflüsse und stochastische sowie deterministische Ansätze zu deren Quantifizierung behandelt. Die Komponenten des Wasserhaushaltes werden erläutert, wobei neben der Messdatenerfassung grundlegende Berechnungsverfahren dargestellt werden. Die wasserwirtschaftlichen Grundlagen der Speicherbemessung werden sowohl für Talsperren als auch für Hochwasserrückhaltebecken erläutert.

Andreas Schumann

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

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

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

4. Hybridantriebe und elektrische Antriebe

Der Übergang zwischen konventionellen Fahrzeugen über Hybridfahrzeuge zu Elektrofahrzeugen verläuft fließend. Insofern steht dieses Kapitel in einem engen Zusammenhang mit den vorhergehenden Kapiteln über Bordelektrik und Energiespeicher. Dieses Kapitel stellt hybride und elektrische Antriebe vor, sowie weitere Komponenten (elektrische Maschinen und Umrichter) für solche Antriebe.

Prof. Dr.-Ing. Kai Borgeest

K

Florian Langenscheidt, Peter May

L

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 3. Strategien des Supply Chain Managements

Die unter Kapitel B beschriebenen Führungskonzepte sind eine Plattform für das Supply Chain Management. Basierend auf diesen Ansätzen können in den Lieferketten unterschiedliche Strategien Einsatz finden. Ihre Auswahl hängt von den Besonderheiten der Organisationen ab, wobei sich diese Konzepte in der Supply Chain auf die Versorgung, die Entsorgung und das Recycling von Unternehmensaktivitäten beziehen.

Hartmut Werner

Kapitel 5. Elektromobilität als technisches System

Die Herausforderung im 21. Jahrhundert besteht darin, Elektrofahrzeuge in ein Gesamtsystem bestehend aus unterschiedlichen Infrastrukturen, wie Energie und Verkehr mit deren typischen unterschiedlichen Eigenschaften und Anforderungen, zu integrieren und technisch-wirtschaftlich sinnvoll mit diesem System interagieren zu lassen. Weitere Funktionalitäten und Dienstleistungen sollen darauf aufbauen können, die einerseits die Zuverlässigkeit der jeweiligen Struktur beibehalten bzw. sogar erhöhen und anderseits neue Geschäftsmodelle/Dienste ermöglichen. Zu diesen Diensten, die nur durch eine sektorübergreifende Kopplung realisierbar sind, gehören bspw. die Rückspeicherung der elektrischen Energie des E-Kfz ins Netz,Nach einer kurzen Beschreibung der Teilsysteme wird die Modellbeschreibung eines integrierten Mobilitätssystems angegangen. Dazu werden u. a. CIM-basierte Methoden vorgestellt und auf Basis von Ergebnissen aus dem BMWi Leuchtturm Projekt Harz.ErneuerbareEnergien-Mobility erläutert, wie man die Systemkomponenten mittels geeigneter Schnittstellen verbinden kann, um Konvergenzeffekte der Teilsysteme zu erreichen.

Przemyslaw Komarnicki, Jens Haubrock, Zbigniew A. Styczynski

20. Einfachautomatisierung

Das japanische Wort Karakuri steht für Einfachautomatisierung. Statt komplexer Systeme werden einfache Mechanisierungen genutzt, um Prozessabläufe zu gestalten. Low Cost Intelligent Automation ist die Nutzung der Karakuri-Methode, um intelligente Lösungen mit einfachen Mitteln umzusetzen. Durch die Reduzierung der Komplexität steigt die Verfügbarkeit der Prozesse. Die Reparatur und Weiterentwicklung im Sinne einer Optimierung sind durch das Unternehmen selbst möglich.

Frank Bertagnolli

9. Nutzung tiefer geothermischer Systeme

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

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

7. Stromerzeugung aus Wasserkraft

Lauf- und Speicherwasserkraftanlagen werden eingesetzt, um die ursprünglich aus der Sonnenenergie kommende und mithilfe des globalen Wasserkreislaufs (Kapitel 2) im Wasser gespeicherte potenzielle und kinetische Energie zur Bereitstellung mechanischer und/oder elektrischer Energie nutzbar zu machen. Dazu werden nachfolgend zunächst die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge, wie sie an einem Wasserkraftanlagenstandort gegeben sind, diskutiert. Im Anschluss daran wird auf wesentliche auftretende Verlustmechanismen eingegangen.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Aufleger, Prof. Dr.-Ing. Franz Joos, Dr.-Ing. Klaus Jorde, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr. Anne Rödl, Prof. Dr.-Ing. Michael Schlüter, 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

15. Stromnetze

Die folgenden Ausführungen befassen sich mit den technischen Grundlagen, Komponenten und Wirkungsweisen elektrischer Energienetze. Zunächst werden einführende physikalische Grundlagen erläutert, bevor daran anschließend alle wichtigen Komponenten für Drehstromnetze vorgestellt werden. Darin werden auch leistungselektronische Stromrichter beschrieben, die insbesondere zur Netzanbindung erneuerbarer Energieumwandlungsanlagen, aber auch in Netzreglern und gleichstromübertragenden Netzelementen eingesetzt werden. Nach der Darstellung wichtiger Netzstrukturen werden der Begriff des Leistungsflusses sowie die Netzberechnung eingeführt. Abschließend werden elementare Zusammenhänge zu Leistungsbilanzen in elektrischen Energienetzen im Hinblick auf das systemische Zusammenwirken der Netzkomponenten grundlegend erläutert.

Prof. Dr.-Ing. Christian Becker

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

Chapter 7. Nachhaltigkeit – Umsetzungskonzepte

Die Einsicht, dass der eingeschlagene marktradikale Weg in einer endlichen Welt nicht (mehr lange) funktionieren kann, führte zur Entwicklung unterschiedlicher Konzepte, die politische, wissenschaftliche, unternehmerische, aber auch zivilgesellschaftliche Ansätze verfolgen und unterschiedlich stark die im Kap. 5 vorgestellten Nachhaltigkeitsstrategien zugrunde legen.

Hartwig Haase

4. Digitalisierung und der Einkauf 4.0

Die vierte industrielle Revolution wird in einem Wandel des gesamten Wertschöpfungsprozesses resultieren. Das Aufkommen neuer technologiebasierter Geschäftsmodelle und intelligenter Wertschöpfungsnetzwerke wird die traditionelle Produktion ersetzen. Diese werden eine intensivere Kundenintegration sowie die Selbstorganisation und Selbststeuerung verteilter und vernetzter Systeme ermöglichen. Der Einkauf wird als Dirigent eine zentrale Rolle bei der Gestaltung dieser Wertschöpfungsnetzwerke einnehmen (Ruile und Vollrath 2015, S. 2). Aufgrund seiner Schnittstellenfunktion ist er sogar in mehrfacher Hinsicht gefordert. Einerseits müssen die benötigten Technologien beschafft werden, andererseits steuert er die unternehmensübergreifende Zusammenarbeit mit den Lieferanten (Kleemann und Glas 2017, S. 6).

Erik Hofmann, Fabian Staiger

2. Unternehmenskultur

Was die Unternehmenskultur einer Firma ist, erschließt sich den Mitarbeitenden vor allem auch dann, wenn sie in anderen Organisationen tätig sind. Oder aber von unbeteiligten Dritten. Es ist die Selbstverständlichkeit des Umgangs untereinander. Wichtige Elemente sind das Verhältnis zwischen Vertrauen und Kontrolle, der Umgang untereinander sowie mit anderen Meinungen, der Führungsstil, das Fällen von Entscheidungen und wie sie vorbereitet werden sowie der Kommunikationsstil.

Clemens Hasler

1. LNG und dessen Thermodynamik

LNG ist die englische Abkürzung für verflüssigtes Erdgas (Liquefied Natural Gas), welches in dieser Form zu den tiefkalt verflüssigten Gasen gehört. An der Quelle, d. h. im Gas- bzw. Ölfeld, erfolgt mit sehr viel Energie die Verflüssigung aus der Gasphase. Von dort wird es bei ca. −161 °C (Siedetemperatur bei Atmosphärendruck) mit Schiffen zu den Kunden in Europa, Japan, China usw. gebracht. Dort wird das LNG in großen Tankanlagen bei Atmosphärendruck zwischengelagert oder direkt zum Transport in den Gasfernleitungen regasifiziert. (siehe [14]).

Werner Hermeling

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

Energiepolitik unter neuen Vorzeichen

Seit mehr als einer Dekade profitieren die USA von der Förderung von Schiefergas und nichtkonventionellem Erdöl. Unter Donald Trump erleben die fossilen Energieträger auch politisch eine Renaissance, denn anders als sein Vorgänger Obama nimmt er Abstand von Regulierungen wie Emissionsstandards sowie dem Klimaschutzabkommen von Paris 2015. Im Rahmen der Paradigmen „America First“ und „Energiedominanz“ unterstützt Trump die Öl-, Gas- und Kohleförderung. Der heimischen Wirtschaft kommt der Öl- und Gasboom zugute; der außenpolitische Spielraum hat sich vergrößert. Allerdings treiben verschiedene Bundesstaaten und große Städte Energieeffizienz, den Ausbau von erneuerbaren Energien und den Klimaschutz voran, so dass sich ein sehr heterogenes Bild US-amerikanischer Energiepolitik ergibt.

Stormy-Annika Mildner, Sonja Thielges, Kirsten Westphal

4. Elektroautos: Heilsbringer oder Sackgasse?

Über die Sinnhaftigkeit möglicher und geplanter Maßnahmen zur Reduktion der PKW-Emissionen

In diesem Kapitel erfahren Sie, warum die Politik vor allem auf die Fahrzeugtechnik und nicht auf Verhaltensänderungen setzt und wie es den Herstellern ermöglicht wurde, Emissionswerte nur auf dem Papier und nicht auf der Straße zu senken. Es wird außerdem deutlich gemacht, warum die Elektromobilität so stark gefördert wird, obwohl deren Klimanutzen umstritten ist, und ob es sich beim Autobahntempolimit um eine wirksame Maßnahme oder nur um ideologische Symbolpolitik handelt.

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

1. Warum wir alle Klimawandelleugner sind

Der Klimawandel als Hauptmotivation für die Umsetzung der Energiewende dient als Einstieg in die Thematik dieses Buchs. Einen Schwerpunkt dieses Kapitels bildet die Auseinandersetzung mit den typischen Argumenten von Leugnern des menschengemachten Klimawandels. Dabei wird deutlich gemacht, dass auch eine unzureichende Klimaschutzpolitik, die nicht für die Erreichung selbstgesteckter Klimaziele ausreicht, eine Form der Klimawandelleugnung darstellt.

Andreas Luczak

Nudging im Eventkontext: Eine vergleichende Analyse von Musikfestivals

Klimademonstrationen haben sich in größeren Städten inzwischen zu vertrauten Erscheinungen entwickelt. Initiiert durch die Bewegungen „Fridays for Future“ (Fridays for Future 2020) und „Extinction Rebellion“ (Extinction Rebellion Hannover 2019) erlangte die ökologische Nachhaltigkeit im Zuge eines tiefgreifenden gesellschaftlichen Wertewandels eine hohe Relevanz und ist Gegenstand intensiver Diskussionen. Deshalb ist es auch für Eventveranstalter und -manager fast zur Pflicht geworden, sie bei der Eventplanung und -realisierung zu berücksichtigen (vgl. Cho et al. 2013).

Sören Bär, Laura Korrmann

11. Der Energiebedarf der Welt

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

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

4. Auswirkungen von Luftverunreinigungen

Der Mensch setzt durch die verschiedensten Prozesse eine Vielzahl von Spurenstoffen frei, wodurch er die natürlichen Emissionen und deren Konzentrationslevel verändert. Die emittierten Verbindungen und/oder ihre chemischen Umwandlungsprodukte können eine Reihe von Schadstoffwirkungen entfalten. Sie sind alle in vielfältiger Weise in die globalen Stoffkreisläufe der Atmosphäre, des Wassers (Hydrosphäre), des Bodens (Lithosphäre) und der belebten Welt (Biosphäre) eingebunden.

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

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

9. Europäisches Energierecht

Mit der Energieeffizienz-Richtlinie 2012/27/EU hat sich die Europäische Union verpflichtet, bis 2050 eine CO2-arme Wirtschaft zu realisieren. Mit diesem Ziel ist auch eine weitgehend emissionsfreie Stromerzeugung verbunden. Gegenüber 1990 sollen die Emissionen an Treibhausgasen bis 2050 um 80–95 % reduziert werden. Um dies zu erreichen, sind vielfältige Maßnahmen in den Bereichen Industrie, Gewerbe/Handel/Dienstleistungen, Verkehr und private Haushalte notwendig. Energieaudits und Energiemanagementsysteme können in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle spielen.

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

Teil 6: Die Entstehung der Anthrazitkohle, ihr Aufstieg und Niedergang

Anthrazitkohle stellt die höchste Stufe der Kohlequalitätspyramide dar. Sie ist über Jahrmillionen aus dem Verkohlungsprozess von fossilen Ablagerungen entstanden. Diese hat von allen Kohlearten den höchsten Kohlenstoffgehalt und Heizwert sowie die niedrigsten Werte an flüchtigen Bestandteilen und bei der Rußbildung.

Eugen Wendler

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

Chapter 5. Der Mensch im Mittelpunkt des digital vernetzen Zeitalters – „Social“ ist kein Kanal!

Die Menschen innerhalb einer Unternehmung standen bereits an mehreren Stellen der vorangegangenen Kapitel im Mittelpunkt der Betrachtung. Diese muss man „mitnehmen“, sonst gelingt keine Digitale Transformation. Die Menschen außerhalb der Organisation sind jedoch die wichtigsten, die eigentlichen Verursacher des Wandels, denn sie nutzen die Technologie und vernetzen sich mit den beschriebenen Konsequenzen.

Prof. Dr. Klemens Skibicki

Die 17 Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen

Das Kapitel beschreibt anhand der 17 Nachhaltigkeitsziele der UN die Herausforderungen und Fortschritte auf dem Weg in eine nachhaltige Welt. Jedes Nachhaltigkeitsziel wird in einem eigenen Abschnitt betrachtet, mit Ursachen, Folgen und Zusammenhängen – jeweils sowohl auf globaler Ebene als auch bezogen auf Deutschland. Jeder dieser Abschnitte beginnt mit einer wahren Geschichte, die in das Thema einführt. Wo es sich anbietet wird zu jedem der Themen gezeigt, was wir im Alltag tun können, um das jeweilige Nachhaltigkeitsziel zu unterstützen.

Matthias Medert

Kapitel 3. Ziele und Kompetenzen im Physikunterricht

Ziele und Kompetenzerwartungen strukturieren den Unterricht, sind Leitlinien für die Unterrichtsplanung, für die Arbeit von Lehrkräften, Eltern und Schülern. Schließlich sind sie auch die Grundlage für Beurteilungen. Dieses Kapitel – Ziele und Kompetenzen im Physikunterricht – geht zunächst darauf ein, wie Ziele gefunden und definiert werden. Dann stehen verschiedene Zieldimensionen und Aspekte der Strukturierung von Zielen im Fokus. Das dritte Teilkapitel befasst sich mit Kompetenzerwartungen und Vorgaben der Kultusministerkonferenz der Länder. Für die konkrete Konzeption des Fachunterrichts sind inhaltliche Kohärenz und Konsistenz wichtige Qualitätsmerkmale. Daher geht der letzte Abschnitt auf Wege und Werkzeuge ein, die helfen, die fachinhaltliche Struktur für den Physikunterricht angemessen aufzubereiten. Speziell betrachtet werden Concept-Maps und Sachstrukturdiagramme.

Ernst Kircher, Raimund Girwidz

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 3. Expert*innenbewertung der Methoden zum Fledermausmonitoring bei Windkraftvorhaben

Die Erfassung des Artvorkommens und der Aktivität von Fledermäusen im Rahmen von Genehmigungsverfahren für Windenergieanlagen (WEA) beruht auf der legalen Notwendigkeit, das gesetzlich verankerte Störungs- und Tötungsverbot geschützter Arten umzusetzen. In einer Internetumfrage baten wir Fachexpert*innen um eine Einschätzung der Eignung und Praxistauglichkeit von Methoden, die gegenwärtig für die Begleituntersuchung von Fledermäusen eingesetzt werden. Der Netzfang und die manuelle sowie automatische Erfassung der akustischen Aktivität von Fledermäusen in Bodennähe betrachteten die Fachexpert*innen als ungeeignet oder bedingt geeignet, um das Schlagrisiko für Fledermäuse an WEA bewerten zu können. Dies galt vor allem für Standorte im Offenland wie zum Beispiel auf Agrarflächen. Die automatische Erfassung der akustischen Aktivität von Fledermäusen in Gondelhöhe (Gondelmessung) wurde mehrheitlich, vor allem für den Zeitraum der Herbstmigration, als geeignet erachtet. Behördenvertreter*innen und Fachgutachter*innen bewerteten die Gondelmessung als wenig praxistauglich, aber prinzipiell geeignet. Der Netzfang wurde für Waldstandorte und speziell für die Wochenstubenzeit als geeignete Methode zur Erfassung der lokalen Fledermausaktivität beurteilt. Die Suche nach Quartierstandorten mittels Radiotelemetrie wurde besonders für Waldstandorte als geeignet bewertet. Fachgutachter*innen gaben häufiger als Behördenvertreter*innen an, dass sie Diskrepanzen zwischen der Gondelmessung und der Schlagopferzahl beobachten konnten. Die Fachexpert*innen waren sich uneinig darüber, ob die Schätzwerte für Schlagopfer mittels spezieller Hochrechnungen der Realität entsprechen. Nur etwa jeder fünfte Befragte gab an, dass diese Hochrechnung realistische Zahlen liefere. Die Mehrheit der Fachexpert*innen vermutete eine Unterschätzung der tatsächlichen Schlagopferzahl. Die Ergebnisse unserer Umfrage zeigen, dass einige im Rahmen von Genehmigungsverfahren praktizierte Methoden von den Fachexpert*innen hinterfragt und deren Verlässlichkeit unter bestimmten Bedingungen kritisiert werden. Insbesondere schließen wir aus der Auswertung, dass die prinzipiell als geeignet bewertete akustische Aktivitätsmessung in Gondelhöhe mit Schlagopfersuchen an den betreffenden WEA kombiniert werden sollte, um die Unsicherheiten der einzeln angewandten Methoden zu reduzieren.

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

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

7. Blick nach vorn

Wie wird sich Mobilität verändern und was sollten wir tun?

Wie in den vorangegangenen Kapiteln deutlich wurde, ist die Kernfrage dieses Buches, nämlich wie „wir“ uns im Jahr 2030 oder später fortbewegen werden, außerordentlich komplex und nicht durch ein einzelnes, konkretes Bild zu beantworten. Mögliche Szenarien hängen nicht nur von Annahmen hinsichtlich des Fortschritts bei der Entwicklung technischer Lösungen ab, sondern vor allem auch von gesellschaftlichen Trends und politischen Rahmenbedingungen sowie in letzter Instanz auch von den jetzt und zukünftig in privaten Haushalten, Unternehmen und öffentlichen Kassen verfügbaren finanziellen Mitteln ab – und fallen somit für jedes Land und jeden Ballungsraum unterschiedlich aus. Doch bei allen Unterschieden und Unwägbarkeiten lassen sich aus der vorangegangenen Betrachtung der Rahmenbedingung doch einige seriöse Prognosen ableiten.

Julian Weber

Kapitel 2. Maßnahmen in den 1950er Jahren

Am 1. November 1951 werden die Ziele des ersten Fünfjahrplanes veröffentlicht, die über jährliche Volkswirtschaftspläne präzisiert werden. Hier sind auch die Produktionsziele für die Kohle- und Energiewirtschaft festgelegt. Vor allem industrielle Energieabnehmer werden verpflichtet, über einen betrieblichen Energieplan den jährlichen Energiebedarf zu planen und abzurechnen. Dafür wird der Einsatz von Energetikern und Energiebeauftragten zur Unterstützung des Betriebsleiters durch eine Verordnung vom September 1952 zur gesetzlichen Pflicht. Im Dezember 1952 wird die Preisverordnung Nr. 281 erlassen, die auch den Stromverbrauchstarif für die Bevölkerung mit 0,08 Pfennig/kWh festlegt. Dieser Tarif wird bis 1989-damit über 37 Jahre- unverändert beibehalten. Im September 1954 werden die DIN- Normen und VDE-Vorschriften durch TGL (Technische Normen, Gütevorschriften und Lieferbedingungen) der DDR ersetzt. Im Februar 1957 wird das Statut des Amtes für Kernforschung und Kerntechnik veröffentlicht und damit der Übergang zur Nutzung der Kernenergie in der DDR eingeleitet. Im Februar 1958 werden durch Beschluss alle Industrieministerien und damit auch das Ministerium für Kohle und Energie aufgelöst. Die zentrale Anleitung der Betriebe wird durch die Staatliche Plankommission (SPK) übernommen.

Wilhelm Riesner

Kapitel 4. Daten von Ländern Europas und Eurasiens

Siehe Abb. 4.1 und 4.2.

Valentin Crastan

Chapter 2. Energiewirtschaftliche Analyse

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

Valentin Crastan

Kapitel 7. Weitere Daten der Länder Afrikas

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

Valentin Crastan

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

Kapitel 9. Umsatzsteuerrecht

Die Umsatzsteuer zählt zu einer der wichtigsten Einnahmequellen des Fiskus und erfährt nicht zuletzt dadurch ein großes Maß an wirtschaftlicher und politischer Bedeutung. Das im Zuge der Einführung des Binnenmarktes zum 01.01.1993 verfolgte Ziel der Harmonisierung des Umsatzsteuerrechts auf Europa-Ebene hat dazu geführt, dass das deutsche Umsatzsteuerrecht seither ständig in Bewegung geraten ist und an Komplexität zugenommen hat. Erleichterungen einerseits, wie der Wegfall von Grenzkontrollen, führten andererseits zu einer ständigen Zunahme von Nachweis- und Meldepflichten der Unternehmer. Bei Vorlage einer Rechnung über eine Lieferung oder sonstige Leistung, an der mehrere ausländische Unternehmer beteiligt sind, kann selbst der Fachmann mitunter nicht mehr auf den ersten Blick Auskunft über deren Richtigkeit geben, sondern muss konsequent eine systematische Abfolge von Kriterien prüfen, um den Sachverhalt abschließend zu beurteilen. Selbst das Zurückgreifen auf kommerzielle Expertisen-Programme setzt fundierte Kenntnisse des Benutzers voraus, um die erforderlichen Daten zutreffend eingeben zu können. Dem Anwender zum Trost sei gesagt, dass durch die Einführung von Neu- und Sonderregelungen zwar mitunter komplizierte Tatbestände Einzug in das Umsatzsteuerrecht gehalten haben, jedoch nach wie vor die gesamte Materie von einer strikten Systematik durchzogen wird. Diesen „roten Faden“ zu vermitteln und dem interessierten Leser ein grundlegendes Verständnis über das Umsatzsteuerrecht zu vermitteln, hat sich die Autorin in diesem Beitrag zur Aufgabe gemacht.

Marion A. R. Müller

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 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

1. Stahl

Stahl ist der Oberbegriff für eine der wichtigsten Eisenlegierungen. Gut 90 % des weltweit erzeugten Roheisens wird zu Stahl weiterverarbeitet. In den Industrieländern wird ein großer Stahlanteil auch aus Schrott erzeugt (Abb. 1.1).

Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

2. Schmiede und Puddel-Öfen

Die sogenannte Luppe, wie schon erwähnt ein Klumpen aus schmiedbarem Eisen in glühend fester Form mit anhaftenden Restschlacken als Produkt aus den Rennöfen, kann nur durch Schmiedearbeit weiter verarbeitet werden.

Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

Kapitel 2. Digitalisierung und „Industrie 4.0“

Im folgenden Kapitel werden zunächst Rahmenkonstrukte des Einkauf 4.0 betrachtet – Industrielle Revolutionen, Digitalisierung und die Lieferkette.

Florian C. Kleemann, Andreas H. Glas

Kapitel 4. Geothermische Nutzungsmöglichkeiten

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

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 3. Geothermische Energie-Ressourcen

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

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 2. Geschichte geothermischer Energienutzung

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

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 1. Thermisches Regime der Erde

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

Ingrid Stober, Kurt Bucher

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

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 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

1. Grundbegriffe des Marketings

Marketing spielt heute nicht nur in fast allen mittleren und größeren Unternehmen eine wesentliche Rolle, sondern auch für zahlreiche Institutionen des öffentlichen Lebens (z. B. Kommunen, Museen oder auch Hochschulen). Die gewachsene Bedeutung des Marketings in den vergangenen Jahrzehnten spiegelt eine Reaktion der Unternehmen auf veränderte Marktverhältnisse wider. Die Ausweitung des Angebots in zahlreichen Märkten und die Intensivierung des Wettbewerbs haben es notwendig gemacht, dass Unternehmen ihre Angebote möglichst weitgehend auf Bedürfnisse und Wünsche von Kunden ausrichten. Entsprechend hat sich das Marketing als eine „Führungsphilosophie“ für Unternehmen etabliert, die eine Gewinnerzielung über eine dauerhafte Zufriedenstellung der Kunden anstrebt und deshalb die Kundenwünsche in das Zentrum aller Überlegungen stellt. Ausgehend von der Ableitung und Erläuterung dieses Verständnisses werden im vorliegenden Kapitel die wesentlichen Charakteristika des Marketings erläutert sowie das strategische Marketing und das Geschäftsbeziehungsmanagement als wichtige Ausprägungen des Marketings diskutiert sowie Erweiterungen des Marketingbegriffs dargestellt.

Alfred Kuß, Michael Kleinaltenkamp

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 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 3. Komponenten und Aufbau von Horden- und Flächentrocknern

Kap. 3 befasst sich mit wichtigen Bauelementen von Horden- und Flächentrocknern und deren Auslegung. Insbesondere wird bei Warmlufttrocknern auf Ventilatoren und Heizregistern, bei Vakuumtrocknern auf Kondensatoren und bei Mikrowellentrocknern auf die Einbringung der Mikrowellenenergie eingegangen. Auch die Gestaltung der Trockner wird besprochen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Nutzung von Abwärme für die Trocknung. Viele Einzelheiten beispielsweise zur Trocknung von Schnittholz und Malz werden zur Verfügung gestellt. Auch wird die Möglichkeit der Abfallholznutzung durch Verbrennung und Vergasung zur Schnittholztrocknung vorgestellt.

Albert Heindl

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

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

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

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

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

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 8. Empirische Studie zu Geschäftsmodellen für grünen Wasserstoff

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

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

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

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

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 2. Die Arbeitswelt 4.0

Wie geht es Ihnen mit dem Begriff „Arbeitswelt 4.0“? An der 4.0 kommen wir heute ja gar nicht mehr vorbei, wenn es um Zukunftsthemen und die Digitalisierung geht. Der eine kann die 4.0 schon nicht mehr sehen und scharrt schon gespannt mit den Hufen nach der 5.0, der nächste jedoch fragt sich, wann die großen Neuerungen endlich im eigenen Unternehmen beginnen. Zu welcher Kategorie gehören Sie?

Diana Brandl

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 4. Analyse archetypischer Geschäftsmodelle für grünen Wasserstoff

Grüner H2 wird zukünftig als Energieträger im Energietransformationsprozess eine entscheidende Rolle spielen (IRENA 2019; Emonts 2017; Bünger 2014; Svilengatyin 2018; Quaschning 2018). Durch die eingeleitete Energiewende ändern sich, wie bereits in Kapitel 2 und 3 besprochen, die heutigen Energieinfrastrukturen. Neue Energiekonzepte und technische Innovationen sind notwendig, um eine mögliche Energietransformation hin zu einer Erneuerbare-Energie-Infrastruktur zu schaffen.

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 1. Einleitung

Fließgewässer wurden in den letzten Jahrhunderten und bis in die 1980er Jahre durch Maßnahmen im Bereich des Wasserbaus und der Flurbereinigung begradigt, ausgebaut, aufgestaut und eingedeicht. Diese Landschaftskultivierung erfolgte aufgrund politischer Vorgaben zur Sicherstellung der Ernährung durch eine Vergrößerung der landwirtschaftlichen Anbaufläche bzw. zur Nutzung der Wasserkraft

Kim Nobis, Martin Schumann, Boris Lehmann, Hans-Joachim Linke

Kapitel 8. Lebensräume und Lebensgemeinschaften

In den Kapiteln 5 „Geographie und Klima“ und 6 „Vegetationslandschaften und Flora des Mittelmeerraumes“ wurden die Landlebensräume des mediterranen Raumes und ihre klimatischen und ökologischen Besonderheiten vorgestellt. Nachfolgend werden wir uns den Lebensräumen der Unterwasserwelt und des Übergangsbereichs zwischen Land und Meer, der Küste (Litoral, einschließlich der lagunären Lebensräume und der Vogelwelt) widmen. Wie schon das Land topographisch vielfältig und stark strukturiert ist, so setzt sich die enge Verzahnung unterschiedlicher Teillebensräume unter Wasser fort.

Robert Hofrichter, Jan Gohla, Roland Melzer, Stephan Pfannschmidt, Michael Wilke, Martin Heß, Peter Sackl

Kapitel 12. Umweltsituation: Gefährdung und Schutz des Mittelmeeres

Wie stark sind das Mittelmeer und die Meere allgemein wirklich gefährdet? Welche zuverlässigen Zahlen können ein Bedrohungsszenario belegen? Was sind die Ursachen dieser Negativentwicklungen, ihre treibenden Kräfte? Sind sie unaufhaltsam oder könnten wir daran noch etwas ändern? Leben wir tatsächlich bereits in der sechsten großen Aussterbewelle der Erdgeschichte (big six) und verlieren Biodiversität in einem besorgniserregenden Ausmaß – diesmal verursacht durch das Walten unserer eigenen Spezies und nicht durch kosmische Katastrophen? Kann der Wassermangel zu einem Krieg ums Wasser führen? Kann eine einfache ökologische Gleichung, wie auf S. 961 dargestellt, eine realistische Zukunftsperspektive liefern? Handelt es sich bei der Plastikflut in den Meeren und der Natur allgemein bloß um ein ästhetisches Problem, oder steckt viel mehr dahinter?

Christian Voll, Gerald Blaich, Robert Hofrichter, Jan Gohla, Matthias-C. Müller, Jacek Engel, Sandra Bračun, Walter Buchinger, Walter Rottensteiner, Wolfgang Pekny, Helmut Wipplinger, Dominic Wipplinger, Stefan Haardt, Roland R. Melzer, Martin Pfannkuchen

Kapitel 11. Digitaler Wandel im Controlling bei der Alpiq Gruppe

Ein Interview von Ulrich Egle mit Anca Frisan und Markus Steiner

Das Interview von Ulrich Egle mit Anca Frisan und Markus Steiner gibt eine grundlegende Einschätzung über den Stand und die Auswirkungen der Digitalisierung im Controlling bei Schweizer Unternehmen. Auβerdem wird über den digitalen Wandel in der Finanzabteilung bzw. im Controlling beim Energieunternehmen Alpiq berichtet. Im Mittelpunkt stehen Reporting, Robotic Process Automation und die personellen und organisatorischen Herausforderungen der Digitalisierung im Controlling.

Ulrich Egle, Anca Frisan, Markus Steiner

Grundlagen für ein CO2-armes Wirtschaften

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

Elmer Lenzen, Sonja Scheferling

Mobilität gegen den Klimawandel. Das Mobilitätskonzept der METRO

Unternehmen – und gerade Handelsunternehmen mit ihren weitverzweigten internationalen Beziehungen und langen Lieferketten – agieren nicht im luftleeren Raum. Sie sind unmittelbar von geopolitischen, makro- wie mikroökonomischen Entwicklungen betroffen. Ihr Erfolg hängt wesentlich davon ab, wie eng und vorausschauend sie auf Veränderungen im nahen wie ferneren Umfeld reagieren. Der Erfolg eines Unternehmens ist heute nicht mehr allein von Produktangebot und Preisen abhängig. Auch seine Akzeptanz bei den Verbrauchern, seine betriebswirtschaftliche Fähigkeit, auf neue Herausforderungen zu reagieren und die Märkte von morgen heute schon zu erkennen, sind entscheidende Erfolgsfaktoren. Deshalb kommt kein Unternehmen heute an einem elaborierten Energie- und Nachhaltigkeitsmanagement vorbei, zu dem auch das Management der Klimawirkungen von Mobilität, Transport und Logistik gehört. Das gilt auch für den internationalen Großhandels- und Lebensmittelspezialisten METRO, der in 36 Ländern über 150.000 Menschen beschäftigt und mehr als 24 Millionen Kunden täglich mit mehr als 50.000 Food- und Non-Food-Produkten versorgt und beliefert.

Olaf Schulze

Kapitel 8. Die Kernenergie angesichts von Klimawandel und Energiekrise

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

Hansruedi Völkle

Kapitel 2. Märkte der Bioökonomie

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

Manfred Kircher

Kapitel 5. Mit welchen Risiken leben wir?

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

Hansruedi Völkle

Kapitel 2. Kunststoffe und Bauteile – Umwelt und Recycling

Das Kap. 2 beginnt mit dem Thema Kreislaufwirtschaft und Recycling (Abschn. 2.1). Ein Teilaspekt der ökologischen Nachhaltigkeit ist die Kreislaufschließung von Stoffen und Produkten. Die Kreislauffähigkeit von Werkstoffen lässt sich dabei nicht abstrakt definieren, sondern muss die jeweiligen Rahmenbedingunge mit einbeziehen. Hierzu zählt u. a. der Einsatzzweck, die möglichen Werkstoffalternativen, aber auch das Nutzverhalten und die vorhandenen Strukturen zur Kreislaufführung oder Entsorgung der Altprodukte. Am Beispiel der Kreislaufführung von Faserverbundbaustoffen mit duroplastischer Matrix (Rotorblätter von Windkraftanlagen, Abschn. 2.2) wird die Sichtweise erweitert. Abschn. 2.3 schließt mit „PET – eine Herausforderung für die internationale Kreislaufwirtschaft“ an, Abschn. 2.4 „Umweltbewertung und -bilanzierung von Kunststoffen“ wurde von M.A. Wolf neu gestaltet und erweitert.

Jörg Woidasky, Elisa Seiler, Frank Henning, Marc-Andree Wolf, Matthias Harsch

Kapitel 4. Methodischer Ansatz zur Analyse von Energietransitionen

In diesem Kapitel werden die methodischen Grundlagen der Untersuchung illustriert. Auf Erläuterungen zum vergleichen Fallstudiendesign (vgl. 4.1) folgt die Vorstellung der Datenerhebung durch Experteninterviews (vgl. 4.2). Während die qualitative Datenanalyse durch eine qualitative Inhaltsanalyse vorgenommen wird (vgl. 4.3), erfolgt die quantitative Auswertung dieses Mixed-Methods-Ansatzes in Form einer Clusteranalyse (vgl. 4.4, 4.5).

Meike Löhr

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 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 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 3. Der Brexit und seine Folgen

Der Brexit hat das Vereinigte Königreich in eine mehrfache Verfassungskrise gestürzt. Der Zusammenhalt der Viervölker-Monarchie (Engländer, Schotten, Waliser, Iren) bröckelt. Die Machtbalance der vier Machtzentren – Volk, Parlament, Regierung und Krone – ist gestört. Johnson hat aus der Konservativen Partei eine Partei radikaler englischer Nationalisten gemacht. Die Frage nach der englischen Identität ist ein wesentlicher Auslöser des Brexit. Die britische Wirtschaft ist nicht katastrophal abgestürzt, wie das voreilige Remainer 2016 prophezeit haben. Aber sie zeigt deutliche Krisensymptome: Investitionen sacken ab, die Währung verliert an Wert. Wie eine künftige nationale Politik in den Politikbereichen aussehen soll, in denen der Brexit Kompetenzen nach London zurückverlagert, ist völlig ungeklärt – ebenso wie das künftige Verhältnis zur EU. Hier wird es Konflikte geben. Die Aussichten auf neue Handelschancen jenseits der EU sind dürr.

Rudolf G. Adam, Gill Mertens

Kapitel 2. Sektoren der Bioökonomie

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

Manfred Kircher

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

Einleitung

In diesem Kapitel werden zunächst die zentralen Begriffe dieses Bandes (Industrie 4.0, Arbeit 4.0) eingeführt. Anschließend wird auf den Entstehungshintergrund dieses Handbuchs eingegangen, um dann einen kurzen Überblick über die Gliederung des Bandes und die einzelnen Beiträge zu liefern.

Günter W. Maier, Gregor Engels, Eckhard Steffen

11. Lernen im digitalen Wandel – Ängste abbauen und digitale Kompetenzen von Beschäftigten fördern

Digitalisierung verändert zunehmend die Arbeitswelt und damit auch die Bedingungen für Mitarbeitende. Neue Anforderungen durch digitale Medien, Unsicherheit im Hinblick auf Datenschutz, Veränderungen in Kommunikation und Zusammenarbeit sowie die ständige Erreichbarkeit und die damit verbundene Erhöhung von Stress verunsichern Beschäftigte. Von daher bedarf es digitaler Kompetenzen der Beschäftigten, die zunächst beschrieben und gezielt gefördert werden müssen. Damit können Vorbehalte und Unsicherheiten gegenüber digitalen Medien abgebaut werden. Das TRIMEKO-Modell beschreibt verschiedene Dimensionen der Medienkompetenz. Auf dieser Grundlage wurde im Forschungsprojekt MeQ:ino, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und dem Europäischen Sozialfonds ( http://meqino.de ), ein Dreiklang für digitales Lernen entwickelt. In einem mitarbeiterorientierten Ansatz werden zunächst Vorbehalte abgebaut und gezielt verschiedene Aspekte der Medienkompetenz gestärkt sowie Mitarbeitende in die Gestaltung digitalen Lernens einbezogen.

Denise Gramß, Patricia Pillath, Annika Holland-Cunz

Kapitel 5. Der Treibhauseffekt

Der natürliche Treibhauseffekt macht die Erde erst zu einem gastfreundlichen Planeten. Wenn wir uns unseren Planeten ohne Atmosphäre vorstellen und die auf die Erde einfallende Strahlung und die ins All abgestrahlte Strahlung bilanzieren, ergibt sich eine Gleichgewichtstemperatur von −18 °C. In der Atmosphäre vorhandene Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan absorbieren jedoch einen Teil der von der Erdoberfläche abgestrahlten Mikrowellenstrahlung und erhöhen die Temperatur. Seit Beginn der Industrialisierung erhöhen die Menschen die Konzentrationen der Treibhausgase in der Atmosphäre immer schneller, insbesondere weil sie Kohle und Erdöl verbrennen. Zum natürlichen Treibhauseffekt kommt daher ein anthropogener Treibhauseffekt hinzu. Die Temperatur erhöht sich dadurch unweigerlich. Wie stark ist allerdings nicht ganz sicher, wie sehr unterschiedliche Angaben für die Klimasensitivität zeigen.

Peter Wadhams

Kapitel 1. Energie als primäre Antriebsgröße

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

Gerhard Babiel

Kapitel 1. Einführung

Die Einleitung gliedert unterschiedliche Aufgabenbereich der Wasserwirtschaft in einen durch Quantität, Qualität und Struktur definierten Rahmen.

Martin Gocht

Kapitel 5. Virtuelle Räume

Die Erschaffung von Scheinwelten

Für eine wirklich virtuelle Impression ist es nicht ausreichend, in einen kleinen Guckkasten zu blicken oder auf einen Bildschirm zu starren. Der fesselnde Eindruck einer virtuellen Erzählung im Weinbaumschen Sinne ist so nicht zu erreichen und von der Lemschen Phantomatik ist man beliebig weit entfernt. Es scheint also geboten, noch weitere Sinne zu reizen. Das Publikum erweitert seinen Handlungsspielraum und wird vom reinen Voyeur zum Akteur. Der Stuhl, auf dem ein Betrachter sitzt, wird zum Motorrad, Auto oder gar zum Flugzeug. Wind umspielt den Piloten des virtuellen Flugzeugs, man riecht den Geruch von Auspuffgasen und hält anstelle einer Computermaus einen Steuerknüppel in der Hand. Die Interaktion mit der virtuellen Welt bedingt die Kenntnis der Blickrichtung des Interakteurs. Dazu werden geeignete Sensoren an unterschiedlichen Stellen des Körpers angebracht, mit denen sich nun die Stellung der Hände, der Finger, der Beine oder des Kopfes bestimmen lässt. Der Wunsch, die virtuelle Welt zu realisieren, lässt die Menschen seit Ovids Zeiten von der Materialisierung der Gedanken träumen. Mit Pygmalions Belebung seiner geliebten Galatea gibt es dafür auch ein scheinbares Zeugnis. Ideen lassen sich heute in reale Dinge umsetzen, wenn man dazu einen 3D-Drucker verwendet. Noch ist nicht möglich, virtuelle Objekte wie auf dem Holodeck des Raumschiffs Enterprise tatsächlich auch real entstehen zu lassen. Aber, wer weiß…?

Dr.-Ing. Armin Grasnick

2. Ordnung hat ihren naturgesetzlichen Preis

Mit dem „Ersten Hauptsatz der Thermodynamik“ haben Robert Mayer, James Prescott Joule und Hermann von Helmholtz (Abb. 2.1) um die Mitte des 19. Jahrhunderts den alten Menschheitstraum von der Gewinnung unerschöpflicher Energie – dem „Perpetuum mobile erster Art“ – zur Illusion erklärt: Energie wird weder geschaffen noch vernichtet – sie wird lediglich umgewandelt [1].

Martin Dehli

9. Energiespeicherung

Energie tritt in sehr unterschiedlichen Formen in Erscheinung: als potenzielle Energie, als kinetische Energie, als Arbeit in verschiedenen Formen (z. B. als Volumenänderungsarbeit, Druckänderungsarbeit, Verschiebearbeit, Wellen- oder Kupplungsarbeit und Reibungsarbeit), als innere Energie, als Enthalpie, als Wärme, als chemisch gebundene Energie, als elektrische Energie und als Kernenergie.

Martin Dehli

20. Virtuelle Kraftwerke

Die Bundesrepublik Deutschland hat sich mit der politisch gewünschten Energiewende ein Großprojekt vorgenommen, das über Jahrzehnte hinweg große Anstrengungen notwendig macht, um die gesetzten Ziele zu erreichen. Hierzu gehört insbesondere das Ziel, die Stromversorgung zu einem erheblichen Teil mithilfe von Windkraft- und Solaranlagen zu decken, die die elektrische Energie nicht zeitlich, örtlich und mengenmäßig dem Bedarf entsprechend bereitstellen kann. Während eine Reihe anderer bedeutender Industriestaaten die Umstrukturierung ihrer Stromversorgung vorsichtig betreiben, ist die deutsche Stromwende durch Einflüsse geprägt, die der Beibehaltung bestehender großer Wärmekraftwerke eine abnehmende Bedeutung zumisst und dem Auf- und Ausbau vieler dezentraler Kleinanlagen den Vorzug gibt. Dies bedingt, dass viele dezentrale Anlagen, aber auch größere Anlagen, zu virtuellen Kraftwerken zusammenzufassen sind. Die daraus resultierenden Erfordernisse und Möglichkeiten werden im Folgenden erörtert. Dabei wird insbesondere auch auf die Rolle von Industrie- und Gewerbebetrieben näher eingegangen.

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

Energiewirtschaft 4.0

Die Energiewirtschaft in Deutschland steht am Ende einer längeren Entwicklung vor einer tiefgreifenden Umgestaltung, die in der notwendigen Intensität letztendlich nur mit der Digitalisierung zu bewältigen ist. Die Energiewirtschaft 4.0 ist unabdingbar. Ihr Aufbau hat längst begonnen.

Frank-Michael Baumann, Eckehard Büscher, Stefan Rabe, Georg Unger

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

9. Ökologische Aspekte beim Hochwasserschutz

Unter Landschaftspflege versteht man die Gesamtheit aller Maßnahmen zur Sicherung, Verbesserung und Wiederherstellung der nachhaltigen Nutzungsfähigkeit der Naturgüter sowie der Vielfalt, Eigenart und Schönheit von Natur und Landschaft. Zu den wichtigsten Naturgüter in unserer Landschaft zählen zweifelsfrei die Fließgewässer mit ihren Auen. Diese Lebensadern unserer Landschaften wurden insbesondere in urbanen Gebieten oft sicherheits- und nutzungsorientiert zu naturfernen Gerinnen umgestaltet, die ihre ureigensten Funktionen nicht mehr oder nur noch ungenügend erfüllen können.Bei allen wasserbaulichen Maßnahmen zum Hochwasserschutz darf daher die Erhaltung bzw. Verbesserung des ökologischen Zustands der Fließgewässer und Auen nicht vergessen werden. Dies gilt nicht nur für Maßnahmen in der freien Landschaft, sondern auch in städtischen Bereichen. Besondere Bedeutung haben dabei der Wasserrückhalt im Einzugsgebiet und die Abflussleistung naturnaher Gerinnestrecken. Um die Vorteile naturnaher Gestaltungen bei der Planung des Hochwasserschutzes bewerten und umsetzen zu können, ist das Wissen und das Verständnis um die ökologischen Funktionen natürlicher Fließgewässer und Auen unerlässlich.

Peter Jürging†, Walter Binder, Heinz Patt

Kapitel 2. NACHHALTIGKEIT

Jede Baumaßnahme ist, und war stets, ein Eingriff in die natürliche Umgebung und stellt immer eine (auch wenn noch so kleine) lokale Störung des ökologischen Gleichgewichts dar. Rohstoffe werden zu diesem Zweck der Natur entnommen, unter Einsatz von Energie und weiteren Ressourcen in komplexen technischen Prozessen zu Bau- oder Werkstoffen umgewandelt, an andere Orte transportiert und dort zu Bauwerken verarbeitet, manchmal über den Zwischenschritt einer Vorfertigung von Bauelementen in einem stationären Werk.

José Luis Moro

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 9. Fallstudie: Vergleichende Ökobilanz von T-Shirts

Dieses Kapitel dient dazu, die Theorie der vorhergehenden Kapitel anhand eines Fallbeispiels anzuwenden. Mit den Ihnen zur Verfügung gestellten Informationen sollten Sie nachfolgende Fragen beantworten können. Ausführliche Antworten sind in Kap. 10 zu finden.

Rolf Frischknecht

Kapitel 7. Neue Ansätze

In den vorhergehenden Kapiteln wurde die klassische Ökobilanzmethode vorgestellt, wie sie von Unternehmen im Alltag zur Dokumentation der Umweltbelastung eines Produkts oder für Produktvergleiche verwendet wird. In diesem Kapitel gehen wir auf methodische Ansätze ein, die für ausgewählte Fragestellungen geeignet sein können oder vor allem in größeren Projekten und umfangreicheren Untersuchungen eingesetzt werden.

Rolf Frischknecht

Kapitel 10. Lösungen der Fallstudie: Vergleichende Ökobilanz von T-Shirts

Als funktionelle Einheit eignet sich besonders gut „1-mal Tragen eines T-ShirtsT-Shirt “ (oder 100-mal), da dies die Funktion des Stück Stoffes wiedergibt und die unterschiedliche LebensdauerLebensdauer von BaumwollBaumwolle - und Polyester-T-ShirtsPolyester berücksichtigt.

Rolf Frischknecht

Kapitel 1. Einführung

In den letzten Jahrzehnten treten in der Europäischen Umweltpolitik anstelle zusätzlicher Gebote und Verbote vermehrt marktwirtschaftliche Instrumente auf. Die Europäische Union hat beispielsweise ein Emissionshandelssystem für Kohlenstoffdioxid (CO2) und andere Treibhausgase eingerichtet, während in der Schweiz eine CO2-Lenkungsabgabe auf fossile Brennstoffe (ohne Treibstoffe) erhoben wird. In Deutschland wird eine Prämie beim Kauf von Elektroautos gewährt, und in der Schweiz gibt es eine Steuerbefreiung für Treibstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe, die nachweislich geringere Treibhausgasemissionen verursachen als konventionelle fossile Treibstoffe (UVEK 2016).

Rolf Frischknecht

1. Grundlagen

Entrepreneurship beschäftigt sich hauptsächlich mit der Gründung innovativer Unternehmen und der Schaffung neuer wirtschaftlicher Strukturen, schließt aber andere Varianten wie den Kauf eines Unternehmens oder den Lizenzverkauf nicht per se aus. Auf einer Makroebene ist Entrepreneurship ein Prozess der kreativen Zerstörung. Unternehmerinnen und Unternehmer sind für diesen Prozess ein zentrales Element: Sie identifizieren Gelegenheiten und machen neue Technologien und Konzepte wirtschaftlich nutzbar. Im Rahmen dieses Lehrbuchs wird eine prozessorientierte Sicht von Entrepreneurship angewendet, die das Erkennen, Evaluieren und Nutzen von unternehmerischen Gelegenheiten umfasst. Die Existenz von unternehmerischen Gelegenheiten wird mit dem Bestehen von wirtschaftlichen Ungleichgewichten und asymmetrischen Informationen begründet. Das Erkennen von Gelegenheiten ist eng an die Person des Unternehmers bzw. der Unternehmerin gebunden, wobei Vorkenntnisse und kognitive Eigenschaften eine große Rolle spielen. Bei der Evaluierung einer Gelegenheit ist es für die Unternehmerin oder den Unternehmer maßgeblich, ob nach seiner Einschätzung der Nutzen einer unternehmerischen Gelegenheit größer ist als die Opportunitätskosten, die ihm durch das Vernachlässigen von Alternativen entstehen. Für die Nutzung einer unternehmerischen Gelegenheit kommen zwei grundsätzliche institutionelle Arrangements infrage: die Gründung einer Unternehmung oder der Verkauf der Gelegenheit am Markt. Die Begriffe Entrepreneurship und kleine und mittlere Unternehmen sind eng miteinander verbunden, aber nicht deckungsgleich. Entrepreneurship ist v. a. in den frühen Phasen eines Unternehmens von Bedeutung, wohingegen in späteren Phasen meist die Sicherung und Steigerung der Effizienz im Vordergrund stehen.

Alexander Fust, Urs Fueglistaller, Christoph Müller, Susan Müller, Thomas Zellweger

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 1. Eine kurze Geschichte der Energienutzung

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

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

Kapitel 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

Kapitel 2. Energieformen und Energiebedarf

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

Thomas Schabbach, Viktor Wesselak

14. Energiepolitik

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

Nils Wartenberg, Fabian Stein, Barbara Darimont

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 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

Zur internationalen Dimension der Energiewende

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

Lutz Mez

Das Recht der Energiewende

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

Michael Rodi

Energiewende im Wärmesektor – noch ein langer Weg

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

Dörte Ohlhorst

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

2. Vorläufer der Unternehmensbewertung

Ob es Unternehmen oder unternehmensähnliche Organisationen bereits in den Hochkulturen Mesopotamiens (dem heutigen Irak) gab, ist nicht bekannt. Bekannt ist allerdings, dass in dieser Zeit bereits extensiv Handel auch über weite Strecken getrieben wurde und auch Aufzeichnungen über Vorräte, Erträge etc. angefertigt worden sind. Auf Tontafeln wurde die Menge von Tieren, für die ein Mitarbeiter verantwortlich war, notiert. Oder es gab Aufzeichnungen darüber, wie viele Mengen Silber, Weizen, Kleidung etc. jemand schuldete. Damit steht das Rechnungswesen am Anfang der Entwicklung von zwei grundlegenden Kulturtechniken: Dem Zählen und dem Schreiben (Mattesich 1994; Schmandt-Besserat 1977).

Stefan Behringer

Kapitel 8. Die Digitalisierung und deren Werkzeuge – die technische Revolution 4.0

„Was ist eine Dampfmaschine?“, fragte bereits Lehrer Bommel in dem Film „Die Feuerzangenbowle“. In dem anschließenden Monolog wird deutlich, dass die Art der Erklärung nicht auf die Gegenliebe der Schüler trifft. Hätte Lehrer Bommel seinen Monolog damit eröffnet, dass es sich bei der Dampfmaschine um eine Revolution handelt, wäre die Aufmerksamkeit sicherlich höher gewesen. Ähnlich könnte man auch heute fragen: „Was ist die Digitalisierung?“ und auf vergleichbare Reaktionen treffen. Wie bei der Dampfmaschine handelt es sich bei der Digitalisierung um eine technische Revolution, die im Allgemeinen als industrielle Revolution bezeichnet wird. Sie schließt aber nicht nur die Industrie, sondern auch andere Bereiche ein. Der Unterschied zu den bisherigen technischen Revolutionen liegt in der Änderungsgeschwindigkeit und Anzahl der Änderungen begründet. In weniger als einer Generation muss sich jedes Unternehmen, jeder Fachbereich und jede Person auf Veränderungen einstellen. Diese finden zudem nicht nur einmalig statt, sondern wiederkehrend.

Thomas Kalippke

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

3. Energiemanagement – Energiebeschaffung für Unternehmen

Ohne Energie funktioniert nichts in der modernen Industriegesellschaft.

Olaf Schulze

Kapitel 3. Green Financing im Nachhaltigkeitsmanagement

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

Dr. Hans-Werner Grunow, Christoph Zender

Kapitel 6. Die Nachhaltigkeitstaxonomie der Europäischen Union

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

Dr. Hans-Werner Grunow, Christoph Zender

Kapitel 37. Blockchain in der Energiewirtschaft

Blockchain in der Energiewirtschaft, ein viel diskutiertes Thema. In Kürze geben das Allgäuer Überlandwerk mit seinem Blockchain-Projekt pebbles und die Forschungsstelle Energiewirtschaft e.V. mit ihrer Forschung im Bereich der Blockchain-Anwendungsfälle einen Ausblick auf mögliche Einsatzgebiete der Blockchain in der Energiewirtschaft. Konkret wird am Projekt „pebbles“ gezeigt, wie unabhängig vom Hype um die Blockchain ein Forschungsprojekt die Möglichkeiten eines lokalen Energiemarktes auf Basis einer Distributed-Ledger-Technologie untersucht und technisch umsetzt.

Joachim Klaus, Christian Ziegler, Andreas Zeiselmair, Alexander Bogensperger, Michael Hinterstocker

Kapitel 38. Das digitale EVU

Sonne, Wind und Wasser ersetzen im Rahmen der Energiewende Atomstrom und fossile Energien. Das macht die Energieversorgung künftig noch stärker vom Wetter abhängig. aliunid („all you need“) steuert als digitales EVU mithilfe von Echtzeitdaten, KonnektivitätKonnektivität und einer eigenen Cloud die Energieflüsse vom Haushalt bis zum Kraftwerk. Ein formales Energiemodell verringert die Komplexität und ermöglicht ein System, das Steuerintelligenz und Datenhaltung direkt beim Endkunden ansiedelt. Das ebnet den Weg für die nächste Generation von DatenschutzDatenschutz und Systemresilienz. Das Start-up aliunid wird seit Ende 2018 u.a. von der Schweizerischen Eidgenossenschaft gefördert.

David Thiel, Andreas Danuser

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

Kapitel 4. Politics: Institutionen und ihre Prozesse erfolgreichen Scheiterns

Regieren ist ein wicked problem und Demokratie bezeichnet den Versuch, dieses Problem durch institutionalisierte Mehrheitsbeschlüsse zu bändigen. Im letzten Kapitel entschied ich mich, das Modell der agonistischen Demokratie als Hintergrundtheorie für eine angewandte Theorie ethischer Urteilsbildung im Politikmanagement zu verwenden. Der diskursanalytische Rahmen von Mouffe und Laclau scheint mir ein geeigneter Ausgangspunkt zu sein, weil in ihm die Komplexität, Kontingenz, Ambiguität, Normativität, Politizität und Temporalität des Politischen demokratietheoretisch berücksichtigt werden.

Sven Sebastian Grundmann

Kapitel 3. Historische Erfahrungen

Im folgenden Kapitel werden, ausgehend von dem eben dargelegten Verständnis der Kritikalität und von dem Konzept unternehmerischer Rohstoffstrategien, die historischen Erfahrungen mit dem Umgang mit der Kritikalität von Rohstoffen analysiert und empirisch untersucht.

Marc Schmid

Kapitel 3. Langfristige Geldanlage: Aktien, Anleihen und weitere Anlagemöglichkeiten

In diesem Kapitel werden langfristige Kapitalanlagen vorgestellt, bei denen die Ermittlung des Risikos und die Dauer der Investition eine entscheidende Rolle spielen und die in der Verzinsung widergespiegelt werden. Der Zins macht damit als Ausdruck des bewerteten Risikos und der Zeit Anlagemöglichkeiten vergleichbarer.

Philipp Karl Maximilian Lindmayer, Hans-Ulrich Dietz

Der VÖNIX als Nachhaltigkeitsbenchmark des österreichischen Aktienmarkts

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

Reinhard Friesenbichler

Die Oesterreichische Entwicklungsbank als Klimabank

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

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