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Naturschutz im 21. Jahrhundert – in Afrika entscheidet sich vieles

Der Beitrag konzentriert sich auf die Nutzung der natürlichen Ressourcen in Afrika und die dreifache Krise durch Klimawandel, Biodiversitätsverlust und Pandemien. Er soll das Bewusstsein dafür schärfen, dass die Lebensweise der Menschen in Afrika nicht die Hauptursache des Klimawandels ist, aber die Menschen und die Natur in Afrika stark von dessen Auswirkungen betroffen sind und dass der Globale Norden eine wichtige Rolle bei der Abschwächung dieser Auswirkungen spielen muss. Der Kontext des Naturschutzes in Afrika sowie Fragen der Verantwortung und Möglichkeiten des Einflusses werden diskutiert. Dies schließt die Themen Bevölkerungswachstum, Korruption, wirtschaftliche Ausbeutung und nicht nachhaltige Nutzung von Ressourcen ein. Darüber hinaus wird die Notwendigkeit von Kernschutzgebieten für Wildnis in Afrika betont, um den Verlust der biologischen Vielfalt einzudämmen. Eine wichtige Rolle bei deren Realisierung kommt sowohl nationalen Schutzgebieten als auch von lokalen Gemeinschaften verwalteten Gebieten zu. Die Realisierung dieser Ziele leidet unter Herausforderungen in der Governance sowie unter einer unzureichenden und unsicheren Finanzierung. Letztendlich ist es Aufgabe des Globalen Nordens, es zu ermöglichen, dass dem Schutz der afrikanischen Biodiversität Priorität eingeräumt werden kann: von Menschen und für Menschen.

Aufschlußarchiv Geothermie, Mecklenburg-Vorpommern

Archivierte Schichtenverzeichnisse von Bohrungen zur Suche, Erkundung und Nutzung von geothermischen Ressourcen im Bundeslandes Mecklenburg-Vorpommern - vorwiegend im Mesozoikum -.

Wassersparendes Verfahren für kobaltfreien Korrosionsschutz in der Oberflächentechnologie

Zielsetzung: Gegenstand des Projektes ist die Erarbeitung neuer Passivierungskomplexe, die über einen größeren pH-Bereich stabil sind. Damit wird zum einen Kobalt ersetzt, und zum anderen wird Spülwasser effizienter genutzt. Im Stand der Technik wird das Konfliktmetall Kobalt verwendet, und die Differenzen der pH-Bereiche in der Oberflächenpassivierung sind so groß, dass zwischen den einzelnen Prozessschritten umfangreiche Spülgänge nötig sind. Dabei kommt es zur Ausschleppung der funktionalen Spezies und wertvolle Metalle gehen verloren. Aufgrund des hohen Energie- und Wasserbedarfs sowie Ressourceneinsatzes im Abbau und der Verhüttung von Kobalt und den erforderlichen Spülwasservolumina im Stand der Technik weist dieses Verfahren eine verhältnismäßig negative Umweltbilanz auf. Um den Nachhaltigkeitsgedanken auch in diesem Marktsegment konsequent fortzuführen, sind neue Lösungen erforderlich. Der Ersatz von Kobaltkomplexen durch pH-stabilere Komplexe, die auf dem Spülwasser zurückgewonnen werden, weist eine deutlich bessere Umweltbilanz auf. Marktseitig werden für die Oberflächenpassivierung in Deutschland jährlich unter anderem 100 t Kobalt und 624 Millionen Liter Frischwasser benötigt.

Schlammindexvorhersage mittels künstlicher Intelligenz zum effizienteren Ressourceneinsatz in der Abwasserbeseitigung

Mit der Abwasserbehandlung auf Kläranlagen gehen eine Vielzahl von chemischen und biologischen Prozessen simultan einher. Diese sich gegenseitig beeinflussenden Prozesse, deren Auswirkungen, wenn sich bestimmte Parameter im Prozess ändern und wie Veränderungen vorhergesagt werden können, stellt die Betreiber der Anlagen zum Teil vor große Herausforderungen. Die meisten Einflüsse auf den Prozess bei sich ändernden Umständen sind bereits bekannt, lassen sich aber nur mit großem Aufwand darstellen. Im laufenden Betrieb fällt eine große Anzahl an Messparametern mit entsprechenden Daten an, die zentral abgespeichert werden. Hierbei handelt es sich zum einen um fest eingestellte Betriebswerte, zum anderen aber auch um Daten zu Verbräuchen und sich in Abhängigkeit der Prozesse ergebende Daten. Diese Daten stehen dabei meistens direkt bzw. indirekt in Beziehung zueinander. Bedingt durch die sehr großen Mengen an Daten war es bisher nur sehr schwer möglich, alle anfallenden Messwerte hinsichtlich eines Zielparameters auszuwerten. Eine Möglichkeit zur Analyse, die in den letzten Jahren mehr Beachtung gewinnt, besteht über die Nutzung von künstliche Intelligenz (KI), die durch tausende Rechenoperationen pro Sekunde Muster aufdecken kann. Über die Auswertung historischer Daten kann mit Nutzung der KI ein mathematischer Zusammenhang hergestellt werden. Dieser Zusammenhang soll für die Erstellung zukünftiger Prognosemodelle verwendet werden. Das zum Einsatz kommende Prognosemodell beruht dabei auf einem Digitalen Zwilling der Kläranlage, welcher, verbunden über die Sensoren der Kläranlage, diese virtuell abbildet und in Echtzeit mit seinem wirklichen Vorbild vernetzt ist. Diesem Vorgehen liegt der pragmatische Annahme zugrunde, dass der genaue Einfluss eines bestimmten Parameters zunächst nicht bekannt sein muss, sofern er mathematisch beschrieben werden kann. Das erstellte Modell kann dann beliebig auf Zielparameter eingestellt werden. Im Zuge des Forschungsvorhabens soll dieser Ansatz für die Anwendbarkeit einer möglichen Prognose der Absetzbarkeit des Belebtschlamms vorgenommen werden, explizit der Schlammindexvorhersage (ISV) im Belebtschlammverfahren.

Ultraeffiziente metallische Korrosionsschutzbeschichtungen, Teilvorhaben: Industrielle Erprobung

Korrosion ist ein wesentlicher Aspekt im Umgang mit Gebrauchs- und Investitionsgütern. Die Kosten, die in den Industrieländern durch Korrosion entstehen, betragen drei bis vier Prozent des BIP, ohne Korrosionsschutzsysteme wäre diese erheblich höher. Korrosionsschutz ist differenziert in organische und metallische Schichten. Dominierende im Bereich des kathodischen Schutzes mit metallischen Schichten sind Zink/-legierungsschichten. Im Bereich der Feuerverzinkung bestehen dabei mit der klassischen Stückverzinkung, dem Dünnschichtverfahren sowie der Hochtemperaturverzinkung verschiedene Verfahrensweisen, die im Hinblick auf den Korrosionsschutz und den dafür notwendigen Energie- und Ressourceneinsatz unterschiedliche Vor- und Nachteile mit sich bringen. Im Projekt wird eine Lösung erarbeitet, mit der die Eigenschaften des Zinküberzugs im Hinblick auf die Einstellbarkeit der Schichtdicke und Leistungsfähigkeit des Überzugs bei gleichzeitig möglichst geringem Energieeinsatz erreicht wird. Basis bildet das von ZINQ entwickelte Legierungssystem microZINQ®, welches zeigt, dass durch Optimierung der Schmelzenzusammensetzung positive Effekte auf die Effizienz des Überzuges und des Verzinkungsprozesses erzielt werden können.

Optimierung des Ressourceneinsatzes bei Schweißkonstruktionen durch die automatisierte in-line Lebensdauerbewertung auf Basis von 3D-Scans, Teilvorhaben: Entwicklung einer Systematik zur in-line Kontrolle von Schweißverbindungen und Übergängen auf Basis von optischer 3D-Vermessung

Manuelles oder automatisiertes Schweißen ist in der metallverarbeitenden Industrie das maßgebende Fertigungsverfahren. Aufgrund ihrer geringeren Ermüdungsfestigkeit und Lebensdauer im Vergleich zum Grundwerkstoff stellen Schweißverbindungen immer strukturelle Schwachpunkte dar. Die benötigten Blechdicken in geschweißten und zyklisch beanspruchten Bauteilen und Konstruktionen und der damit verbundene Ressourcenbedarf werden dabei stets über den geringen Ermüdungswiderstand der Schweißverbindung vorgegeben. Ein wesentlicher Anteil daran ist maßgeblich auf die Kerbwirkung bzw. Spannungskonzentration am Schweißnahtübergang zurückzuführen. Aus zahlreichen Untersuchungen ist bekannt, dass die lokale Nahtgeometrie in hohem Maße für die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung relevant ist und Risse von einzelnen Schwachstellen mit hoher Kerbwirkung initiieren. Die Identifizierung von geometrischen Schwachstellen mit hoher Kerbwirkung ermöglicht zudem die gezielte Nacharbeit. Ziel des Projekts ist der Aufbau eines Konzeptes für ein automatisierbaren und anwenderunabhängiges Verfahren zur in-line (oder nachfolgenden) Inspektion und individuellen Lebensdauerbewertung von Schweißverbindungen auf Basis von 3D-Scans zu entwickeln. Besonderes Augenmerk wird auf die Erarbeitung einer technischen Lösung zur Erstellung von 3D-Scans und deren Auswertung an Schweißverbindungen aus Baustahl (S355) durch Metallaktivgasschweißen (MAG) gelegt. Der Stahlbau zählt im Kranbau zu den Schlüsselkompetenzen. Hierbei werden mithilfe manueller und automatisierter Schweißungen Stahlbaukomponenten gefertigt. Neben der reinen Fertigung stellt die Auslegung der Bauteile eine wesentliche Rolle dar. Dabei muss neben der statischen Festigkeit vor allem auch die Betriebsfestigkeit betrachtet werden. Einen erheblichen Einfluss hierauf hat der Übergang zwischen Grundwerkstoff und Schweißnaht.

Entwicklung von ressourceneffizienten und umweltentlastenden Düngestrategien mithilfe innovativer Saatgutbehandlungen

Zielsetzung: Die Pflanzennährstoffe Stickstoff und Phosphat sind fundamental wichtig für ein gesundes Wachstum und hohe Erträge. Doch ein Überschuss an Nährstoffen kann durch Auswaschung ins Grundwasser und durch Oberflächenabfluss in Flüsse und Meere gelangen. Durch die Intensivierung der Landwirtschaft geraten zudem auch landwirtschaftlich genutzte Ökosysteme aus der Balance. Anfällige Pflanzenbestände mit geringer Resilienz sind die Folge. Ein steigender Pflanzenschutzmitteleinsatz wird somit vielerorts notwendig. Der Pestizid-Einsatz stellt jedoch eine weitere Gefahr für die Umwelt auf verschiedenen Ebenen dar und stört das ökologische Gleichgewicht, gefährdet die Wasserqualität und wirkt sich durch die Akkumulation von Rückständen in der Umwelt auf die gesamte Nahrungskette aus. Für eine zukunftsfähige Landwirtschaft stehen Landwirt*innen vor der Herausforderung, Düngemittel und Pflanzenschutzmittel auf das geforderte umweltverträgliche Maß zu reduzieren, ohne dabei die Nahrungsmittelsicherheit zu gefährden. Unter den Bedingungen der novellierten Düngeverordnung muss die Düngemenge bundesweit in nitratbelasteten roten Gebieten 20 % unter dem durchschnittlichem Düngebedarf liegen. Ebenso müssen zusätzliche Auflagen bei der Phosphor-Düngung in gelben Gebieten mit hoher Eutrophierung von Oberflächengewässern durch Phosphor/Phosphat eingehalten werden. Die stark angestiegenen Dünger- und Betriebsmittelpreise kommen erschwerend hinzu. Es braucht eine Landwirtschaft, die umweltfreundlich wirtschaftet und trotzdem bezahlbare Lebensmittel erzeugt. Der durch SeedForward angestrebte Lösungsweg beschreibt die Erprobung von ressourceneffizienten Düngestrategien, die bei reduziertem Düngereinsatz gleichbleibend hohe Erträge ermöglichen. Dies gelingt durch eine verbesserte Ressourcennutzung der Pflanzen, welche auf eine höhere Nährstoffeffizienz der Pflanze zurückzuführen ist, die durch die SeedForward Saatgutbehandlung hervorgerufen wird. An den Kulturen Mais, Getreide und Raps werden neben den Saatgutbehandlungen zusätzlich innovative Mikroorgansimen eingesetzt, denn der Einsatz dieser pflanzenförderlichen Mikroorganismen in Kombination mit der Saatgutbehandlung kann ihren Effekt noch verstärken. Die in dem Projekt geplante Vorgehensweise ermöglicht es, standortbezogene Einsparungen zu prognostizieren und zielgerichtet auszuschöpfen, um die Transformation zu einer zukunftsfähigen Agrarlandnutzung zu unterstützen und die Umwelt zu schützen.

Fichtenstarkholznutzung in Naturverjüngungsbeständen

Durch die Struktur der Holzvorräte mit höheren Anteilen der Stärkeklassen 4-6 wird der Holzeinschlag künftig verstärkt in natürlich zu verjüngenden überwiegend reine Fichtenaltholz- bzw. Umbaubestände konzentriert. Daraus können erhöhte abiotische und biotische Risiken erwachsen. Es sind alternative Konzepte zur Ablösung der früheren Praxis flächenweiser Räumung gefragt. Sie sollen als Demonstrations- und Versuchsflächen für eine ressourcenschonende Praxis dienen. Dazu werden in den wichtigsten Wuchsgebieten Beispielsbestände ausgesucht, behandelt und bis zum Abschluss der Verjüngung beobachtet.

Optimierung des Ressourceneinsatzes bei Schweißkonstruktionen durch die automatisierte in-line Lebensdauerbewertung auf Basis von 3D-Scans, Teilvorhaben: Quantifizierung von Einflussgrößen auf in-line Aufnahme von 3D-Daten durch Laserscannen bei Schweißen

Manuelles oder automatisiertes Schweißen ist in der metallverarbeitenden Industrie das maßgebende Fertigungsverfahren. Aufgrund ihrer geringeren Ermüdungsfestigkeit und Lebensdauer im Vergleich zum Grundwerkstoff stellen Schweißverbindungen immer strukturelle Schwachpunkte dar. Die benötigten Blechdicken in geschweißten und zyklisch beanspruchten Bauteilen und Konstruktionen und der damit verbundene Ressourcenbedarf werden dabei stets über den geringen Ermüdungswiderstand der Schweißverbindung vorgegeben. Ein wesentlicher Anteil daran ist maßgeblich auf die Kerbwirkung bzw. Spannungskonzentration am Schweißnahtübergang zurückzuführen. Aus zahlreichen Untersuchungen ist bekannt, dass die lokale Nahtgeometrie in hohem Maße für die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung relevant ist und Risse von einzelnen Schwachstellen mit hoher Kerbwirkung initiieren. Die Identifizierung von geometrischen Schwachstellen mit hoher Kerbwirkung ermöglicht zudem die gezielte Nacharbeit. Ziel des Projekts ist der Aufbau eines Konzeptes für ein automatisierbaren und anwenderunabhängiges Verfahren zur in-line (oder nachfolgenden) Inspektion und individuellen Lebensdauerbewertung von Schweißverbindungen auf Basis von 3D-Scans zu entwickeln. Besonderes Augenmerk wird auf die Erarbeitung einer technischen Lösung zur Erstellung von 3D-Scans und deren Auswertung an Schweißverbindungen aus Baustahl (S355) durch Metallaktivgasschweißen (MAG) gelegt. Das Unternehmen Quelltech GmbH entwickelt in Zusammenarbeit mit den Liebherr Werken Biberach ein Verfahren zur in-line Digitalisierung von Schweißnahtoberflächen direkt während des MAG-Schweißprozesses. Durch konstruktive und softwaretechnische Maßnahmen soll der Einfluss von Störgrößen (u.a. Rauch, UV-Licht, Spritzer) auf die generierten 3D-Daten minimiert werden. Dies ermöglicht eine effiziente und anwenderunabhängige Kontrolle der Schweißnahtoberflächen.

Coole Wärme - Realexperiment für eine klimaneutrale Wärmeversorgung im Wohngebäudebereich

Zielsetzung: Die Dekarbonisierung unserer Wärmeversorgung ist eine zentrale Herausforderung der Energiewende. Insbesondere einfache Luft-Wärmepumpen kommen hierfür zum Einsatz: sie sind gut planbar, sehr flexibel und fast überall einsetzbar. Die Kombination der Wärmepumpen mit alternativen Wärmequellen, wie solarthermische oder photovoltaisch-thermische (PVT) Kollektoren, kann die Effizienz von Wärmepumpen deutlich steigern. Dadurch kann die effiziente Nutzung solcher Anlagen z.B. in urbanen Räumen und Orten, wo die Nutzung von oberflächennaher Geothermie nicht möglich ist, gefördert werden. Allerdings bietet die Planung solcher Anlagen vielfältige Kombinationen und weist eine entsprechend hohe Komplexität auf. Bisher gibt es einige komplexe Demonstrationsanlagen, welche die höchste erreichbare Energieeffizienz solcher Anlagen unter besonderen Randbedingungen zeigen. Die daraus resultierende Komplexität dieser optimalen Anlagenkonzepte erschwert dessen Übertragung auf andere Gebäude mit unterschiedlichen Anforderungen: bspw. ist in urbanen Kontexten mit einer verdichteten Bauweise häufig kein Zugang zur Geothermie-Nutzung vorhanden; in urbanen Gebäuden im Bestand ist Platzmangel eher die Regel, wodurch die Installation zusätzliche Speichersysteme nahezu unmöglich wird. Zudem sind die Investitionskosten solcher Anlagen häufig deutlich größer als für herkömmliche Luft-Wärmepumpen Anlagen. Dies stellt auch ein wesentliches Hindernis für die Installation solcher Anlagen in Kontexten kollektiver Nutzung und begrenzter finanzieller Mittel dar. Hauptziel unseres Projekts ist es, das technische und wirtschaftliche Potenzial dieser Anlagen zu untersuchen und durch den gezielten Austausch über Grenzen und Potenziale mit Praxispartner:innen die Umsetzung dieser effizienteren und innovativen Systeme zu fördern. Im vorliegenden Projekt sollen erste allgemeine Auslegungsleitlinien für effiziente leicht übertragbare Systeme von Luft-Wasser und Sole-Wasser-Wärmepumpen in Kombination mit PVT oder Solarthermie-Kollektoren zur Nutzung in Kontexten von begrenzten räumlichen oder finanziellen Ressourcen.

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