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Optimizing Water Allocation in Rural Areas of Lake Nasser - Upper Egypt (OWARA)

To work against the high population pressure and the poverty problems in Egypt, rural areas are opened for new settlements in the Region of Lake Nasser. Due to its high potential for development the government is planning to settle approximately 1, 5 million people in this area within the following 10-15 years. In order to avoid unplanned settlements in the area with a negative impact on natural resources a Comprehensive Development Plan for Aswan and Lake Nasser was developed in 2003 by the United Nations Development Program (UNDP) together with the Aswan Governorate.

Entwicklung eines automatisierten Verfahrens zur Zustandsanalyse verbauter historischer Hölzer

Zielsetzung: Im Kontext von Klimawandel und Energiekrise sind Fragen der Energiebilanz und -effizienz von Gebäuden besonders relevant. Die Baudenkmalpflege trägt durch ihre wirtschaftlichen, ökologischen und soziokulturellen Aspekte der nachhaltigen Ressourcenverwendung und damit direkt zum Klimaschutz bei. Historische Bauten, die überwiegend aus dauerhaften Materialien und Konstruktionen bestehen, sind ein gutes Beispiel für Green Culture durch energie-schonende Nutzung und bestandsorientierte Weiterentwicklung. Die beim Bau alter Gebäude bereits eingesetzte (graue) Energie muss bei sorgfältiger und schonender Erneuerung, u.a. durch Einsatz nachhaltiger Baustoffe, nicht noch einmal aufgewendet werden. Holz war schon immer ein nachhaltiger, ressourcen- und energieschonender Werkstoff und gehört zu den ältesten Baukulturen weltweit. Allein in Deutschland gilt die Holzarchitektur (Fachwerkhäuser, Dachwerke) als prägend. Es ist daher sowohl im Sinne der Denkmalpflege als auch zur zukünftigen Nutzung von Holz als Baumaterial wichtig, Eigenschaften, Zustand und Veränderung dieses Materials zu beobachten und zu verstehen. Dazu stehen heute vielversprechende Technologien wie optische 3D-Messtechnik und KI-basierte Datenanalyse zur Verfügung, die in diesem Sektor bisher noch kaum eingesetzt werden. Ziel dieses Vorhabens ist, ein Verfahren zur automatisierten Bauteildokumentation und -kontrolle für Altholzbauten im Bestand zu entwickeln. Dies beinhaltet: - Entwicklung eines prototyphaften optischen Messsystems zur Bestands- und Merkmalsaufnahme; - Entwicklung eines Automatisierungsverfahrens zur Merkmalsdetektion; - Automatisierung des Informationstransfers in digitales 3D-Modell. Im Laufe des Projektes werden folgende Ergebnisse angestrebt: - Messverfahren bestehend aus innovativer Hardware (RTI-Sensor, patentiert) und Software (KI-gestützte Merkmalserkennung) zur objektiven und dokumentierten Festigkeitsanalyse von verbautem Altholz; - Schnittstelle zur automatischen Übertragung von Holzkenngrößen an einen Digitalen Zwilling (basierend auf BauWolke-Software/BauCAD); - Zukünftige Vermarktungsmöglichkeiten durch Sensor/Software und erweitertes Dienstleistungsangebot durch Gutachter.

Denkmalpflege und Klimawandel - Denkmallabor zu Zukunftsfragen des Kulturerbeerhalts

Zielsetzung: Die Auswirkungen des Klimawandels, von Hochwasser, Hitze, Dürre, Stürmen und Bodenerosion, sowie anhaltende Diversitätsverluste stellen neuartige Bedrohungsszenarien für das Kultur- und Naturerbe weltweit dar. Historische Gärten und Kulturlandschaften ebenso wie küsten- oder flussnahe Ansiedlungen sind gegenwärtig von den Folgen dieser Veränderungen besonders stark betroffen. Extremwetterereignisse beeinträchtigen die Standfestigkeit historischer Gebäude, die Struktur und Konsistenz historischer Putze, Baumaterialien und Ausstattungen. Zusammen mit dem Weltklimarat weisen Natur- und Denkmalschutzeinrichtungen deshalb vermehrt auf die Dringlichkeit von zukunftsfähigen Erhaltensstrategien hin (z.B. 'Global Research and Action Agenda on Culture, Heritage and Climate Change' von IPPC, UNESCO und ICOMOS, 2022). Noch reagiert die modulare universitäre Ausbildung in Denkmalpflege, Heritage Studies, Architektur oder Städtebau nur unzureichend auf diese Herausforderungen. Interdisziplinäre Querschnittsprojekte fehlen in der Regel ebenso wie eine Beschäftigung mit den globalen Verflechtungen der Problemlagen und andernorts erprobten nachhaltigen Lösungsansätzen. Aus diesem Grund werden elementare Interessen von Studierenden an Klimakompetenz derzeit nicht ausreichend berücksichtigt. Perspektivisch kann das kulturelle Erbe aber nur dann geschützt werden, wenn Spezialwissen in der komplexen Ursachenanalytik hinsichtlich Prävention wie auch reparaturfreundlicher Methoden und Materialkenntnisse vorhanden ist und interdisziplinäre Herangehensweisen erprobt sind. Auf die derzeitigen Desiderate in Ausbildung und Vermittlung reagiert das Pilotprojekt der Denkmallabore. Sie suchen die Ausarbeitung von Adaptation- und Mitigation-Strategien innerhalb eines komplexen Risikomanagements sowie die Entwicklung eines zukunftsweisenden Narrativs, von Wissenstransfers und Partizipationsstrukturen voranzutreiben. Diese Maßnahmen erklären sich aus den komplexen Gefährdungen des kulturellen Erbes und deren Verflechtungen im Zeichen der Klimakrise. Pflege, Reparatur und Prävention konstituieren einen neuen konservatorischen Imperativ. Schonender Umgang, wie ihn die Ökologie fordert und die Denkmalpflege seit langem praktiziert, könnte zusammen mit Strategien des Risk Preparedness und Change Management über die Sicherung des (Welt)Kulturerbes hinaus einen Wissens- und Methodenspeicher für den nachhaltigen Bestandsschutz darstellen - Denkmalpflege eine Avantgardefunktion übernehmen.

PROaktive Steuerung von WAsserVErteilungssystemen

Zielsetzung: Klimatische Veränderungen beeinflussen die verfügbare Wassermenge und -qualität in Talsperren, was deutliche Auswirkungen auf die Sicherheit der Trinkwasserversorgung und auf die Ökosysteme der Stauseen und den Landschaftswasserhaushalt hat. Klimaprognosen deuten für Gebiete wie den Harz auf einen Anstieg von Niederschlägen im Winter und häufigere Trockenperioden im Sommer hin, was stärker schwankende Wasserstände bedeutet. Zur Anpassung im Management der Talsperren und deren Ökosystemen mangelt es jedoch oft an präzisen Vorhersagen und den nötigen Instrumenten, um risikobasierte Entscheidungen über notwendige dynamische Betriebsstrategien zu treffen. Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen des Projekts ein vorhersagebasiertes, mengen- und gütegewichtetes Entscheidungsunterstützungssystem für Talsperren entwickelt werden, welches auf datengetriebenen Modellen basiert und am Beispiel des Systems der Harzwasserwerke implementiert wird. Das Projekt konzentriert sich darauf, durch die Nutzung moderner Technologien und Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), wie LSTM-Netzwerke (Long Short-Term Memory) und Ensemble-Methoden, zuverlässige Vorhersagen des Wasserbedarfs und -dargebots zu erstellen. Diese Vorhersagen werden in ein hydrodynamisches Optimierungsmodell integriert, um eine flexible und belastbare Entscheidungsunterstützung im Ereignisfall zu ermöglichen. Hierdurch sollen die verschiedenen Bewirtschaftungsziele wie Hochwasserschutz, Versorgungssicherheit, Ökosystemleistungen, Landschaftswasserhaushalt und Energieerzeugung bestmöglich erfüllt werden. Die Kombination von Echtzeit-Sensoren, Open-Source-Datensätzen und fortschrittlichen Datenanalyse-Tools ermöglicht es, komplexe und dynamische Prozesse zu simulieren und in Echtzeit Informationen bereitzustellen. Im Sinne der nachhaltigen Klimawandelanpassung werden so proaktive Maßnahmen zur Unterstützung der Versorgungssicherheit, des Hochwasserschutzes sowie des Landschaftswasserhaushaltes ermöglicht. Die Implementierung des Demonstrators im System der Harzwasserwerke soll die Vorteile einer proaktiven Steuerung demonstrieren und eine multikriterielle Bewertung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ermöglichen. Der Fokus liegt nicht nur auf einem hohen Technology Readiness Level, sondern auch auf der Handhabung von Unsicherheiten und der Berücksichtigung verschiedener Vorhersagehorizonte. Diese sind für die verschiedensten wasserwirtschaftlichen Zielsetzungen von entscheidender Bedeutung.

Klimaresilientes Odenthal

Zielsetzung: Der Klimawandel stellt ländliche Gemeinden in Mittelgebirgen vor spezielle Herausforderungen bezüglich des Wasserressourcenmanagements. Die Ereignisse im Sommer 2021 haben gezeigt, dass auch der ländliche Raum nicht hinreichend auf Hochwasser- und Starkregenereignisse vorbereitet ist. Gleichzeitig haben die Dürrejahre 2018 und 2019 erhebliche Auswirkungen auf die Forst- und Landwirtschaft gehabt. Dies unterstreicht den dringenden Bedarf an Konzepten der Klimaanpassung, die eng mit der Landnutzung verknüpft sind. Die Gemeinde Odenthal im Dhünntal des Bergischen Landes war vom Starkregenereignis 2021 stark betroffen und konnte einschlägige Erfahrungen sammeln. Die geo-morphologischen Verhältnisse, insbesondere die Hanglage und Bodenqualität, beeinflussen die Wasserrückhaltung erheblich und sorgen für eine geringe Versickerungsfähigkeit, wodurch Niederschlagswasser aufgrund der geringen Untergrunddurchlässigkeit größtenteils oberirdisch abfließt. Gleichzeitig führt der hohe Nutzungsdruck auf die wenigen verfügbaren ebenen Flächen - oft in Auengebieten - zu Nutzungskonflikten zwischen verschiedenen Akteuren. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, müssen nachhaltige Strategien zur Wasserspeicherung und -bewirtschaftung der Flächen entwickelt und genutzt sowie Interessenkonflikte aufgelöst werden. Unter Einbeziehung der Bürger*innen und in Zusammenarbeit mit der Wissenschaft, vertreten durch die TH Köln, soll nun eine wasserkompetente und klimaangepasste Siedlungsentwicklung in einer Mittelgebirgsregion geschaffen werden. Ziel ist es, durch partizipative Ansätze die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit - Wirtschaft, Soziales und Ökologie - zu stärken und die Akzeptanz der entwickelten Maßnahmen zu sichern. Die Gemeinde Odenthal wird zur Modellgemeinde und zum Reallabor für den innovativen Projektansatz und spielt eine zentrale Rolle im Modellflussgebiet Dhünn des :aqualon e.V.. In enger Zusammenarbeit mit allen Akteur*innen werden Strategien und Maßnahmen entwickelt, die den gesamten Wasserkreislauf, die Risiken des Klimawandels und die Gewässerökologie berücksichtigen. Ziel ist es, neue Wasser-Raum-Konzepte zu schaffen, die den Schutz der Gewässer fördern und die Klimaresilienz der Gemeinde stärken. Das Projekt schafft die Voraussetzungen für ein direkt anschließendes Umsetzungsprojekt, bei dem die gemeinsam entwickelten Lösungen von allen beteiligten Akteur*innen getragen und umgesetzt werden, um Odenthal als klimaresiliente Gemeinde zu etablieren.

Erforschung und Entwicklung eines online HPLC- Messverfahrens zur energieeffizienten und ressourcenschonenden Spurenstoff-Elimination in Kläranlagen und Trinkwasser unter Einsatz eines Quadrupol Massenspektrometers

Ansatz zur Ökobilanzierung in der Verzahnungsfertigung

Erschließung der Ressourceneffizienzpotenziale im Bereich der Kreislaufwirtschaft Bau^Forschungsinitiative Zukunft Bau - Forschungscluster 'Nachhaltiges Bauen/Bauqualität', Untersuchung der Ressourceneffizienzpotenziale im Bereich der Abfall- und Kreislaufwirtschaft

Kernanliegen des Vorhabens ist es, einen Überblick darüber zu gewinnen, wie sich Bauabfälle einer stofflichen Verwertung zuleiten lassen und dabei möglichst in gleicher oder anderer Funktionalität wieder in Bauprodukte zurückgeführt werden können, bevor sie in eine anderweitige bzw. thermische Verwertung gelangen. Ziel ist die Herbeiführung einer verbesserten Kreislaufwirtschaft im Bereich der Bauwirtschaft. Ausgangslage: Mit dem Beschluss der Bundesregierung 'Nachhaltiges Deutschland' wurde als einer der Leitindikatoren die Ressourceneffizienz bestimmt. Darin wird gefordert, die Ressourceneffizienz vom Niveau 1990 bis 2020 um 50Prozent zu steigern. Da der Indikator aus dem Quotient von BIP und Materialumsatz in Tonnen gemessen wird, hat das Bauwesen mit den eingesetzten Massenbaustoffen einen hohen Anteil (ca. 50Prozent). Die Anforderungen an Bauwerke sind maßgeblich durch die gesellschaftlichen Vorgaben definiert. Da zudem die Wertschöpfung bezogen auf die Masse der Substanz im Verhältnis zu anderen Wirtschaftszweigen gering ist, sind Ressourceneinsparungen schwieriger zu realisieren als bei anderen Produktbereichen. In Deutschland werden nach Angaben der Bauwirtschaft bereits annähernd 90Prozent des entstehenden Abfalls verwertet und ein hoher Anteil davon recycelt (Nachnutzung). Dennoch fallen am Ende des Lebenszyklus nach wie vor Bauabfälle in der Größenordnung von 32,5 Mio. Tonnen an, die nicht dem Recycling, sondern der 'sonstigen Verwertung' zugeführt werden. Ziel: Das Projekt hat das Ziel, Potenziale zur Steigerung eines hochwertigen Recyclings bei Bauschutt und Baustellenabfällen zu untersuchen. Hierfür werden die derzeitigen Stoffströme der Massenbaustoffe Beton, Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton, Gips, Holz, Mineralwolle und Hartschaumdammstoffe, Glas und Kunststoffe analysiert und zwei Szenarien für 2030 aufgestellt. Dabei sollen typische Hemmnisse bei der Steigerung der Kreislaufführung von Baumaterialien aufgezeigt werden. Für die Potenzialabschätzung werden vorab Herkunft, Zusammensetzung und Verwertungswege der genannten Materialfraktionen überschlägig ermittelt. Einen Schwerpunkt der Betrachtung bilden die technischen Möglichkeiten zur Steigerung der Kreislaufführung durch höherwertige Verwertung der Abfallströme des Bauwesens. Innovative Recycling- und Verwertungstechnologien kommen zur Bewertung. Zusätzlich zu den Verfahren zur Gewinnung hochwertiger Rezyklate und deren Optimierungspotenzialen sollen Aufnahmekapazitäten des Bauwesens für mögliche recycelbare Stoffmengen entlang der Bautätigkeit 2010 bis 2030 eingeschätzt werden.

Ressourceneffizientes Recycling kritischer Technologiemetalle aus der Klärschlammasche

Zielsetzung: Technologiemetalle kommen aufgrund ihrer exponierten Materialeigenschaften in vielen Zukunftstechnologien zum Einsatz. Ein Problem stellen die aktuellen Gewinnungsarten der Metalle dar. Zum einen finden sich die größten Lagerstätten in den ärmsten Ländern der Welt, was zu enormen Preis- und Lieferproblemen führt. Die Preise für die Metalle haben sich teilweise verdoppelt. Zum anderen werden zur Gewinnung Wälder gerodet, Flüsse vergiftet, Menschen ausgebeutet und ganze Ökosysteme zerstört. In Kombination mit dem enormen Energieverbrauch sind die Abbaupraktiken eine der größten Umweltbedrohungen unserer Zeit geworden. Eine bisher noch ungenutzte Quelle für die (Rück-)Gewinnung von Technologiemetallen stellt Klärschlamm bzw. Klärschlammasche dar. Bisher werden diese Aschen fast ausschließlich auf Deponien entsorgt. Ab 2029 wird es aber aufgrund der Klärschlammverordnung eine große Änderung im Bereich des Klärschlammes geben, durch die die Rückgewinnung von Phosphor gesetzlich verpflichtend wird. Bei den zur Rückgewinnung häufig verwendeten, nasschemischen Verfahren werden die Klärschlammaschen in saure Lösung gebracht, um den Phosphor quantitativ zu lösen. Dabei gehen auch verschiedene Metalle in unterschiedlichem Maße in Lösung und liegen so bereits als Ionen vor. Durch den nasschemischen Aufschluss wird die Möglichkeit der Rückgewinnung von weiteren Rohstoffen, insb. von den Technologiemetallen, ressourcentechnisch und wirtschaftlich deutlich verbessert. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines technischen Moduls, mit welchem es möglich ist, im Zuge der P Rückgewinnung auch bestimmte Metalle aus der Klärschlammasche zu recyceln. Das entwickelte Modul soll direkt an den Verfahrensschritt der nasschemischen P-Rückgewinnung gekoppelt werden, ohne diesen zu beeinträchtigen. Durch den modularen Charakter soll das Recyclingverfahren einfach an die vorherrschenden Zusammensetzungen des Klärschlamms/ der Asche (z.B. bei besonders hohem Anteil an Nd) sowie die entstehende Menge angepasst werden. Um eine möglichst übertragbare Integration des Moduls in bestehende Anlagen zu ermöglichen, sollen zudem noch Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Somit ist der Separationsprozess immer wirtschaftlich optimal ausgelegt und an beliebigen Anlagen(-größen) einsetzbar. Das Modul wird einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung in den Bereichen des Landschutzes, der CO2-Emissionen und der Ressourcenschonung leisten.

Ressourceneffizienz und natürliche Ressourcen im internationalen Kontext II (Folgeprojekt)

Gegenstand des Forschungsprojekts ist die wissenschaftliche Auswertung und Aufbereitung von internationalen Studien und Forschungsergebnissen zum Thema Ressourceneffizienz/Ressourcenschonung/Circular Economy. Dies beinhaltet z.B. für Deutschland relevante Forschungsaktivitäten und Veröffentlichungen des UNEP International Resource Panel (IRP), der OECD, G7 und G20. Das BMUV ist Mitglied des IRP Steuerungsausschusses (steering committee) und nimmt an den regelmäßigen IRP-Sitzungen teil. Schwerpunkt des Vorhabens beinhaltet die im Vorfeld von Sitzungen des IRP Steering Committees verfassten und versendeten wissenschaftlichen Studien auszuwerten. Es soll eine politische Bewertung der Studien vorgenommen werden, d. h. es sollen Handlungsempfehlungen für die Ausrichtung der themenbezogenen Umweltpolitik abgeleitet werden und das BMUV/UBA in der Vorbereitung von und ggfs. Teilnahme bei Sitzungen unterstützt werden (z.B. durch kurze Briefings zu den wesentlichen Inhalten mit Darstellung der Relevanz für Deutschland und Erstellen von möglichen Sprechpunkten). Übergreifendes Ziel ist einerseits das Monitoring von neuen potenziell relevanten Studien für die deutsche Ressourcenpolitik, andererseits die praktische Unterstützung des BMUVs/UBAs in der Vorbereitung der Sitzungsdokumente sowie der Auswertung von relevanten Sitzungsergebnissen.

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