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Umwelt- und Kostenvorteile ausgewählter innovativer Mobilitäts- und Verkehrskonzepte im städtischen Personenverkehr

In Städten und Ballungsräumen stellen die verkehrsbedingten CO2-Emissionen, Lärm- und Luftschadstoffemissionen sowie der Flächenverbrauch des Verkehrs zum Teil eine erhebliche Belastung der Umwelt und des Klimas dar. Um die gesetzlichen Immissionsgrenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit einzuhalten und die Lebensqualität und die Attraktivität von Städten und Ballungsräumen zu steigern, ist eine Reduktion der verkehrsinduzierten Umweltbelastungen unabdingbar. Innovative Verkehrsangebote sind daher wichtiger denn je, um eine Verlagerung des motorisierten Individualverkehrs (MIV) auf den ⁠Umweltverbund⁠ (Fuß- und Radverkehr, ÖPNV) oder energieeffizientere Verkehrsmittel zu erreichen.Eine Vielzahl urbaner Verkehrsdienstleistungen, die den Umweltverbund stärken und Multimodalität fördern, wurde bereits entwickelt und realisiert, beispielsweise sind Carsharing und öffentliche Fahrradvermietsysteme mittlerweile in zahlreichen Städten vorhanden. Bislang fehlte jedoch eine systematische und vergleichende Analyse dieser Angebote auf ihre tatsächlichen Wirkungen zur Verbesserung der ⁠Klima⁠- und Umweltbilanz. Auch wurde bislang nicht untersucht, welche die Erfolgs- und Hemmnisfaktoren bei der Umsetzung sind und wie die Integration der neuen Angebote in den ÖPNV gelingen kann. Das Forschungsprojekt widmete sich diesen Fragestellungen. Neben dem Verlagerungspotenzial und den Emissionseinsparungen wurde auch die Flächeneinsparung im ruhenden Verkehr durch integrierte Verkehrsdienstleistungen ermittelt und szenarienbasiert bis ins Jahr 2020 bzw. 2030 prognostiziert. Betrachtet wurden deutschlandweit alle Städte mit mehr als 50.000 Einwohnern.

Teilvorhaben 9: Betriebswirtschaft und ökobilanzielle Bewertung

Das Projekt "Teilvorhaben 9: Betriebswirtschaft und ökobilanzielle Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Betriebswirtschaft durchgeführt. Das Ziel des Teilvorhabens 9 gliedert sich in die zwei Zielstellungen 'Betriebswirtschaft' und 'ökobilanzielle Bewertung'. Die Zielstellung 'Betriebswirtschaft' vergleicht für einige Beispielkulturen auf Basis betriebswirtschaftlicher Analysen die Nutzung torfreduzierter Kultursubstrate mit aktuell verwendeten Substraten auf der Ebene gartenbaulicher Produktionssysteme. Die Zielstellung 'Ökobilanzierung' bewertet den Einsatz torfreduzierter Kultursubstrate für dieselben Kulturen nach einem standardisierten Verfahren. Beide Bewertungsansätze werde integriert durchgeführt, so dass eine übergeordnete Interpretation der Ergebnisse möglich ist.

Teilvorhaben: Integration und Lernbasierte Steuerungskonzepte

Das Projekt "Teilvorhaben: Integration und Lernbasierte Steuerungskonzepte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kontron AIS GmbH durchgeführt. Im Projekt 'OptiLearn' sollen neue Messmethoden für die in-line Anwendung in der Produktion von c-Si Solarzellen, kombinierte Messansätze bzw. verknüpfte Messketten sowie Machine Learning basierte Datenkonzepte erforscht werden. Damit sollen neue Ansätze der Überwachungs-, Analyse- und Prognosetechniken für die Solarzellproduktion realisiert werden. Für Kontron AIS GmbH besteht das Projektziel darin eine datentechnische Plattform für die einfache Einbindung von Daten der Maschinen, Messgeräte sowie aus dem Prozess heraus zu schaffen. Dieses bietet die Integration von Analyse-Werkzeugen, Lernverfahren und Nutzung von Modellen aus dem maschinellen Lernen sowohl in der Entwurfsphase als auch in der späteren produktiven Nutzung. Basierend auf dieser Plattform werden Modelle mittels Trendanalysen, Regressionsanalysen und anderen auf Clustering von Zeitreihen basierenden Verfahren erprobt. Die ermittelten Modelle werden an ein vorhandenes MES-System an einer Versuchsanlage praktisch erprobt. Für den Einsatz in Fertigungen ohne ein angeschlossenes MES-System wird ein alternatives Konzept entwickelt, welches die Anforderungen zur Datengewinnung und -analyse in gleicher Weise unterstützen kann. Damit wird die Nutzung der entworfenen Methoden vom Vorhandensein eines MES-Systems entkoppelt.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Humboldt-Universität zu Berlin, Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften, Fachgebiet Biosystemtechnik durchgeführt. Zur gerichteten Kultivierung von bisher unkultivierten Mikroorganismen wird ein Bioreaktorsystems entwickelt, das, basierend auf biologischen Messgrößen, Zielorganismen langfristig für systematische Isolierungsversuche zur Verfügung stellt. Der Bioreaktor soll jeweilige Lebensraumbedingungen simulieren und gesteuert durch frequentierte Überprüfung der Mikroorganismenzusammensetzung mittels Live-Sequencing, Zellzahl- und Aktivitäts-Monitoring, eine aktive, stabile Mikroorganismengemeinschaft erhalten. Demonstriert wird das entwickelte Konzept exemplarisch zur Kultivierung von drei wissenschaftlich relevanten Organismengruppen aus aquatischen Habitaten angewendet werden, die bisher ohne kultivierten Vertreter sind. Zielorganismen des Projekts MultiKulti sind i) eine physiologische Mikroorganismengruppe aus Grundwasser mit Relevanz für die Trinkwasserversorgung, ii) ein Archaeen-Phylotyp mit biotechnologischem Anwendungspotential aus einem Kaltwasser-Geysir und iii) eine ubiquitäre Mikroplanktongruppe mit ökologischer / biogeochemischer Bedeutung aus der Nordsee. Weiterhin wird, gestützt durch metagenomische Analysen, das Verwertungspotenzial der etablierten Mikrobengemeinschaften hinsichtlich der Nutzung für die Astrobiologie und Raumfahrt erforscht und vielversprechende Vertreter in Reinkultur gebracht. Fernziel ist die Entwicklung von automatisierten, bioinformatisch gestützten und von KI-gesteuerten Bioreaktorsystemen, die einem breiten Anwenderkreis die gezielte Kultivierung von nutzbaren Phylo- bzw. Phänotypen ermöglichen. Innovative Aspekte sind i) der modulare, transportable MultiKulti-Reaktor, ii) die Nutzung neuster Sequenzierungs- und Monitoring-Technologien zur hochfrequentierten Kontrolle und Steuerung der Kultivierung, iii) die langfristige Lebenserhaltung der Zielorganismen unter in-situ Bedingungen für systematische Isolierungsversuche und iv) die Gewinnung von Metadaten für die Entwicklung einer KI-basierten Steuerung zukünftiger Reaktorsystem.

Teilprojekt F

Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Chemie- und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik durchgeführt. Zur gerichteten Kultivierung von bisher unkultivierten Mikroorganismen wird ein Bioreaktorsystems entwickelt, das, basierend auf biologischen Messgrößen, Zielorganismen langfristig für systematische Isolierungsversuche zur Verfügung stellt. Der Bioreaktor soll jeweilige Lebensraumbedingungen simulieren und gesteuert durch frequentierte Überprüfung der Mikroorganismenzusammensetzung mittels Live-Sequencing, Zellzahl- und Aktivitäts-Monitoring, eine aktive, stabile Mikroorganismengemeinschaft erhalten. Demonstriert wird das entwickelte Konzept exemplarisch zur Kultivierung von drei wissenschaftlich relevanten Organismengruppen aus aquatischen Habitaten angewendet werden, die bisher ohne kultivierten Vertreter sind. Zielorganismen des Projekts MultiKulti sind i) eine physiologische Mikroorganismengruppe aus Grundwasser mit Relevanz für die Trinkwasserversorgung, ii) ein Archaeen-Phylotyp mit biotechnologischem Anwendungspotential aus einem Kaltwasser-Geysir und iii) eine ubiquitäre Mikroplanktongruppe mit ökologischer / biogeochemischer Bedeutung aus der Nordsee. Weiterhin wird, gestützt durch metagenomische Analysen, das Verwertungspotenzial der etablierten Mikrobengemeinschaften hinsichtlich der Nutzung für die Astrobiologie und Raumfahrt erforscht und vielversprechende Vertreter in Reinkultur gebracht. Fernziel ist die Entwicklung von automatisierten, bioinformatisch gestützten und von KI-gesteuerten Bioreaktorsystemen, die einem breiten Anwenderkreis die gezielte Kultivierung von nutzbaren Phylo- bzw. Phänotypen ermöglichen. Innovative Aspekte sind i) der modulare, transportable MultiKulti-Reaktor, ii) die Nutzung neuster Sequenzierungs- und Monitoring-Technologien zur hochfrequentierten Kontrolle und Steuerung der Kultivierung, iii) die langfristige Lebenserhaltung der Zielorganismen unter in-situ Bedingungen für systematische Isolierungsversuche und iv) die Gewinnung von Metadaten für die Entwicklung einer KI-basierten Steuerung zukünftiger Reaktorsystem.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. - Technisch-wissenschaftlicher Verein - Technologiezentrum Wasser (TZW) durchgeführt. Zur gerichteten Kultivierung von bisher unkultivierten Mikroorganismen ist unsere leitende Vision die Entwicklung eines Bioreaktorsystems, das, basierend auf biologischen Messgrößen, Zielorganismen langfristig für systematische Isolierungsversuche zur Verfügung stellt. Ein in der Sondierungsphase modulhaft konzipierter Bioreaktor soll die jeweiligen Lebensraumbedingungen möglichst nah simulieren und gesteuert durch frequentierte Überprüfung der Mikroorganismenzusammensetzung mittels Live-Sequencing, Zellzahl- und Aktivitäts-Monitoring, eine aktive, stabile Mikroorganismengemeinschaft erhalten. Um die universelle Anwendung zu demonstrieren, soll das entwickelte Konzept exemplarisch zur Kultivierung von drei wissenschaftlich relevanten Organismengruppen aus aquatischen Habitaten angewendet werden, die alle noch keinen kultivierten Vertreter aufweisen. Zielorganismen des Projekts MultiKulti sind i) eine physiologische Mikroorganismengruppe aus Grundwasser mit Relevanz für die Trinkwasserversorgung, ii) ein Archaeen- Phylotyp mit biotechnologischem Anwendungspotential aus einem Kaltwasser-Geysir und iii) eine ubiquitäre Mikroplanktongruppe mit ökologischer / biogeochemischer Bedeutung aus der Nordsee. Weiterhin soll, gestützt durch metagenomische Analysen, das Verwertungspotenzial der etablierten Mikrobengemeinschaften hinsichtlich der Nutzung für die Astrobiologie und Raumfahrt erforscht werden, und vielversprechende Vertreter in Reinkultur gebracht werden. Die hervorzuhebenden innovativen Aspekte dieses Konzepts sind i) der modulare, transportable MultiKulti-Reaktor, ii) die Nutzung neuster Sequenzierungs- und Monitoring-Technologien zur hochfrequentierten Kontrolle und Steuerung der Kultivierung, iii) die langfristige Lebenserhaltung der Zielorganismen unter in-situ Bedingungen für systematische Isolierungsversuche und letztendlich iv) die Gewinnung von Metadaten für die Entwicklung einer KI-basierten Steuerung zukünftiger Reaktorsystem.

TP2.5: Entwicklung von emissionsarmen Antriebssystemen unter Berücksichtigung eines modernen Energiemanagements und der hybriden Energiebereitstellung

Das Projekt "TP2.5: Entwicklung von emissionsarmen Antriebssystemen unter Berücksichtigung eines modernen Energiemanagements und der hybriden Energiebereitstellung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TAMSEN MARITIM GmbH durchgeführt. Die Entwicklung von emissionsarmen Antriebssystemen unter Berücksichtigung eines modernen Energiemanagements und der Hybriden Energiebereitstellung sind Herausforderungen, die gezielt untersucht und bearbeitet werden. Mit der Entwicklung einer Technologie zur Implementierung von Standardsystemen bei der Nachrüstung von elektrischen Antriebssystemen an bestehender Flotte wird ein Gebiet bearbeitet, was insbesondere für Retrofit Lösungen bzgl. einer emissionsarmen Antriebseinheit zukunftsweisend ist. In beiden Themenkomplexen werden die Entwicklung in der Auslegung, im Design sowie für die Gestaltung von Antriebs- und Energiebereitstellungssystemen bei Schiffsneubauten wie auch Retrofit-Ansätzen an bestehenden Schiffen hinsichtlich technischer Möglichkeiten in Bezug auf technologische Machbarkeit so abgewogen, dass passgenaue Lösungen für den emissionsarmen Schiffsbetrieb entstehen. Hybride Antriebslösungen für verschiedene Schiffstypen mit neuartigen Antriebssystemen unter Nutzung verschiedener Energieträger, die aus erneuerbaren grünen Energiequellen (u.a. Wind, Sonne, Wasserstoff, Ammoniak) gespeist werden, stehen im Fokus. Dazu werden Analysen zu verfügbaren Energiequellen durchgeführt, Potenziale von Speichertechnologie bewertet und auf Nutzung unter schiffbaulichen Erfordernissen untersucht. Eine dynamische, interaktiv nutzbare wissensbasierte Matrix wird in diesem Teilprojekt entwickelt, die Kriterien wie Energiebereitstellung, -Übertragung auf die Antriebseinheit und Energiemanagement wichtet und explizit zur Auswahl des Antriebsystems entsprechend Nutzungskonzept beiträgt. Entscheidungshilfen, ob eine Umgestaltung des Antriebssystems auf erneuerbare Energiequellen und ein Retrofit wirtschaftlich sind oder eine komplett neue Flottenfamilie 'Elektroschiff' aus Leichtbaukomponenten in Betracht kommen, werden aus technisch- technologischer Sicht von den Projektmitarbeitern der TAMSEN MARITIM GmbH erarbeitet.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Zur gerichteten Kultivierung von bisher unkultivierten Mikroorganismen ist unsere leitende Vision die Entwicklung eines Bioreaktorsystems, das, basierend auf biologischen Messgrößen, Zielorganismen langfristig für systematische Isolierungsversuche zur Verfügung stellt. Ein in der Sondierungsphase modulhaft konzipierter Bioreaktor soll die jeweiligen Lebensraumbedingungen möglichst nah simulieren und gesteuert durch frequentierte Überprüfung der Mikroorganismenzusammensetzung mittels Live-Sequencing, Zellzahl- und Aktivitäts-Monitoring, eine aktive, stabile Mikroorganismengemeinschaft erhalten. Um die universelle Anwendung zu demonstrieren, soll das entwickelte Konzept exemplarisch zur Kultivierung von drei wissenschaftlich relevanten Organismengruppen aus aquatischen Habitaten angewendet werden, die alle noch keinen kultivierten Vertreter aufweisen. Zielorganismen des Projekts MultiKulti sind i) eine physiologische Mikroorganismengruppe aus Grundwasser mit Relevanz für die Trinkwasserversorgung, ii) ein Archaeen- Phylotyp mit biotechnologischem Anwendungspotential aus einem Kaltwasser-Geysir und iii) eine ubiquitäre Mikroplanktongruppe mit ökologischer / biogeochemischer Bedeutung aus der Nordsee. Weiterhin soll, gestützt durch metagenomische Analysen, das Verwertungspotenzial der etablierten Mikrobengemeinschaften hinsichtlich der Nutzung für die Astrobiologie und Raumfahrt erforscht werden, und vielversprechende Vertreter in Reinkultur gebracht werden.

Teilvorhaben: Ökologisch und ökonomisch nachhaltige Produktionsbewertung und -wahl zur Realisierung KI- & Algorithmen-unterstützter Entwicklungen

Das Projekt "Teilvorhaben: Ökologisch und ökonomisch nachhaltige Produktionsbewertung und -wahl zur Realisierung KI- & Algorithmen-unterstützter Entwicklungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Krause DiMaTec GmbH durchgeführt. Die Eindämmung des Klimawandels bei gleichzeitiger Steigerung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit ist eine Kernherausforderung deutscher Unternehmen im 21. Jahrhundert. Eine der Schlüsseltechnologien zur Erreichung dieses Ziels ist der Leichtbau und die damit erzielbare CO2-Einsparung während der Produktnutzungsphase durch Gewichtsreduktion. Hierbei dürfen die oftmals CO2-intensiven Produktions- und Recyclingverfahren nicht ausgeblendet werden. Es müssen ganzheitliche Lösungen angestrebt werden, welche nachhaltige Produkte über den gesamten Lebenszyklus sowie entlang der vertikalen und horizontalen Prozesskette ermöglichen. Diesen Ansatz verfolgt der BIKINI-Verbund mit bionischen Konstruktionsalgorithmen und KI-basierten Assistenzdiensten in der Produktentstehung unter Berücksichtigung und Einbindung nachgeschalteter Produktlebensphasen. Ausgerichtet auf dieses Gesamtziel umfasst die BIKINI-Toolbox Methoden und Dienste, deren Technology Readiness Level spezifisch und in Kombination signifikant angehoben wird. Kernbereiche sind, das Advanced Requirements Engineering unter Berücksichtigung der Anforderungsabhängigkeiten und KI-basierter Extraktion, Modellierung und Analyse, die Nutzung bionischer Leichtbau-Algorithmen im Entwicklungsprozess, die intuitive Mensch-Maschine-Kollaboration durch die Integration von KI, die automatisierte Nachhaltigkeitsbewertung von Produktentwürfen, die produktlebensphasenabhängige Produktionswahl, die produktionsintegrierte Kennzeichnung zur Rückverfolgung im Lebenszyklus, die Schaffung einer Wissensbasis zur Repräsentation des Entwicklungswissens sowie die bedarfsgerechte Entwicklungsoptimierung durch einen KI- & Algorithmen-unterstützten Entwicklungsprozess. Die Krause DiMaTec GmbH trägt adressiert im Verbundprojekt insbesondere die automatisierte Nachhaltigkeitsbewertung sowie die produktlebensphasenabhängige Produktionswahl. Hierzu wird sie durch Entwicklung von Methoden, Handlungsempfehlungen und Software-Tools beitragen.

Teilvorhaben: Produktionsintegrierte Kennzeichnung zur Verknüpfung KI- & Algorithmen-unterstützter Entwicklungen mit dem physischen Bauteil

Das Projekt "Teilvorhaben: Produktionsintegrierte Kennzeichnung zur Verknüpfung KI- & Algorithmen-unterstützter Entwicklungen mit dem physischen Bauteil" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Additive Marking GmbH durchgeführt. Die Eindämmung des Klimawandels bei gleichzeitiger Steigerung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit ist eine Kernherausforderung deutscher Unternehmen im 21. Jahrhundert. Eine der Schlüsseltechnologien zur Erreichung dieses Ziels ist der Leichtbau und die damit erzielbare CO2-Einsparung während der Produktnutzungsphase durch Gewichtsreduktion. Hierbei dürfen die oftmals CO2-intensiven Produktions- und Recyclingverfahren nicht ausgeblendet werden. Es müssen ganzheitliche Lösungen angestrebt werden, welche nachhaltige Produkte über den gesamten Lebenszyklus sowie entlang der vertikalen und horizontalen Prozesskette ermöglichen. Diesen Ansatz verfolgt der BIKINI-Verbund mit bionischen Konstruktionsalgorithmen und KI-basierten Assistenzdiensten in der Produktentstehung unter Berücksichtigung und Einbindung nachgeschalteter Produktlebensphasen. Ausgerichtet auf dieses Gesamtziel umfasst die BIKINI-Toolbox Methoden und Dienste, deren Technology Readiness Level spezifisch und in Kombination signifikant angehoben wird. Kernbereiche sind das Advanced Requirements Engineering unter Berücksichtigung der Anforderungsabhängigkeiten und KI-basierter Extraktion, Modellierung und Analyse, die Nutzung bionischer Leichtbau-Algorithmen im Entwicklungsprozess, die intuitive Mensch-Maschine-Kollaboration durch die Integration von KI, die automatisierte Nachhaltigkeitsbewertung von Produktentwürfen, die produktlebensphasenabhängige Produktionswahl, die produktionsintegrierte Kennzeichnung zur Rückverfolgung im Lebenszyklus, die Schaffung einer Wissensbasis zur Repräsentation des Entwicklungswissens sowie die bedarfsgerechte Entwicklungsoptimierung durch einen KI-& Algorithmen-unterstützten Entwicklungsprozess. Die Additive Marking GmbH adressiert im Projekt insbesondere die produktionsintegrierte Kennzeichnung zur Erreichung einer durchgängigen Rückverfolgbarkeit und Anbindung an die Wissensbasis. Die Forschungsaktivitäten fokussieren dabei die Stärkung der zirkulären Wertschöpfung.

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