Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Seit 2018 haben sich in der Region Celle die Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserneubildung und Grundwasserstände deutlich gezeigt. Grundwasserabhängige Biotope (Fließgewässer und Landökosysteme) sind in eine extreme Stresssituation geraten. Damit hat sich die Konkurrenzsituation mit Grundwassernutzern und hier insbesondere auch mit der Feldberegnung zugespitzt.
Um diese Konkurrenzsituation zu entschärfen, wollen die Flächennutzer und Bewirtschafter in diesem Projekt gestalterisch behutsam im Sinne eines nachhaltigen Managements eingreifen. Immer dort, wo es konfliktfrei möglich ist, soll das anfallende Oberflächenwasser vor Ort zurückgehalten und möglichst dem Grundwasser zugeführt werden.
Durch die Rückhaltung von Wasser in sommertrockenen Gräben soll der Oberflächenabfluss reduziert, die Grundwasserneubildung erhöht und der Grundwasserstand ausgeglichener werden. Zudem sollen die Phasen von Grundwasser-Tiefstständen verkürzt werden mit den sich daraus ergebenen positiven Effekten für Feuchtbiotope, Basisabfluss in Fließgewässern etc. sowie für weitere Grundwassernutzer. Damit wird einerseits der Landschaftswasserhaushalt gestützt und andererseits der für Grundwasserentnahmen verfügbare Vorrat erhöht.
Durch das Pilotprojekt sollen die konkreten örtlichen Zusammenhänge der Wasserhaushaltskomponenten (Oberflächenabfluss, Grundwasserneubildung, Verdunstung) transparent gemacht und deutlich dargestellt werden. Es wird aufgezeigt, wie mit einfachen technischen Mitteln den Änderungen, die sich aus dem Klimawandel ergeben, entgegengesteuert werden kann. Geplant sind dafür eine Vielzahl von kleinen und kleinsten Maßnahmen in den örtlichen Grabensystemen. Diese verhältnismäßig kleinen Maßnahmen werden durch ein Monitoring (hydrogeologisch, hydrologisch, bodenkundlich, naturschutzfachlich) begleitet, in dem an jeder Maßnahme regelmäßig qualitativ deren Wirksamkeit - individuell an die jeweilige Situation angepasst - überprüft werden soll. An ausgewählten Maßnahmen finden zusätzlich Grundwasser- und Oberflächenwasserstandsmessungen statt, um die Effekte auch quantitativ einschätzen zu können.
- Aus Betroffenen Beteiligte machen!?. Dieser Ansatz bedeutet, dass Landwirte ein Teil der vorgeschlagenen Lösungsstrategie für die Anpassung an die Auswirkungen des Klimawandels sind. Das Pilotprojekt soll Landwirten eine Möglichkeit geben, aktiv am Lösungsweg mit zu wirken.
Vorgesehen ist es, an landwirtschaftlichen Entwässerungsgräben (Gräben 3. Ordnung, die in den letzten Jahren sommertrockenfallend waren) Staustufen zu installieren, um dadurch einen Wasser-rückhalt und weitergehend auch die Versickerung des Niederschlagswassers ins Grundwasser zu ermöglichen.
Als technische Maßnahmen sind geplant:
- temporäres Setzen und Betreiben von kleinen Stauanlagen (z. B. einfache Holzbohlenwehre) in Gräben ? i. d. R. in den Wintermonaten und abhängig von der Flächenbewirtschaftung auch darüber hinaus (bis zu ganzjährig) und ggf. Veränderung der Stauhöhe oder
- Reduzieren der Unterhaltung (komplett oder in Teilen) in Gräben oder
- Anheben von Grabensohlen oder
- Rückbau (vollständig oder in Teilen) von Gräben.
Zielsetzung:
Die Solarenergie ist neben der Windenergie eine der Hauptsäulen der Energiewende. Damit die Klimaziele erreicht werden, ist es notwendig die Solarindustrie weltweit massiv zu skalieren. Pierre Verlinden, einer der weltweit führendsten Solarexperten, äußert sich dazu 2020 im Journal of Renewable and Sustainable Energie wie folgt: “The [PV] industry has demonstrated that it is capable to grow at a very high rate and to continuously reduce the cost of manufacturing. There are no challenges related to the technology, manufacturing cost, or sustainability, except for the consumption of silver, which needs to be reduced by at least a factor of 4 […].”
Silber ist die einzige kritische Ressource in der Solarzellenproduktion. Derzeit werden bereits weltweit ca. 17 % des jährlich in Minen abgebauten Silbers für die Solarzellenfertigung beansprucht. Gleichzeitig wächst die Fertigungskapazität für Solarzellen exponentiell um 20 - 30 % pro Jahr. Ohne technologische Innovation würde die Solarindustrie bereits im Jahr 2030 das gesamte weltweit verfügbare Silber aus dem Bergbau nachfragen. Es versteht sich von selbst, dass dies kein tragfähiges Szenario ist, zumal auch andere Zukunftstechnologien, wie die Elektromobilität, einen zunehmend hohen Silberbedarf anmelden.
Expert*innen sind sich einig, dass die Versorgung der Solarindustrie mit Silber für die elektrischen Kontakte der Solarzellen bereits in 2 - 4 Jahren das größte Problem für das nötige Wachstum der Solarindustrie sein wird und somit auch zum Flaschenhals für die gesamte Energiewende wird.
Das Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, PV2+, hat eine patentierte Galvaniktechnologie entwickelt, die es Solarzellenherstellern erlaubt mithilfe eines speziell entwickelten Elektrolyten, in Solarzellenkontakten Silber durch Kupfer zu substituieren. Dies ermöglicht die Skalierung der Solarindustrie und löst somit eine der zentralen Nachhaltigkeitsherausforderungen unserer Zeit.
Fazit:
Das Förderprojekt PV2+ verfolgte das Ziel, Silber durch Kupfer in Solarzellenkontakten zu ersetzen, um Kosten zu senken, die Rohstoffabhängigkeit zu verringern und die ökologische Nachhaltigkeit der Photovoltaikbranche zu stärken. Die gewählte technische Vorgehensweise erwies sich als sehr erfolgreich: Prozesse wie Sputtern und Laserablation wurden optimiert und auf Industrieanlagen übertragen, eine neue Galvanikanlage ermöglichte die homogene Kupferabscheidung auf über 500 Zellen bei stabilisiertem Elektrolyt. Der Proof of Concept wurde durch bessere Zellleistungen auf Industriewafern und einem ROI < 1 Jahr erbracht. Auch erste Umsätze durch Kundenbemusterungen bestätigen den Marktbedarf.
Strategisch war eine Kurskorrektur nötig: Aufgrund des Rückgangs der europäischen Solarindustrie wurde der Fokus erfolgreich auf Asien und die USA sowie auf eigene pilotähnliche Demoproduktion verlagert. Diese Neuausrichtung erwies sich als essenziell für Markteintritt und Skalierung.
Alternative technische Ansätze wie Kupfer-Nanopartikel oder Polymermasken wurden geprüft, boten jedoch keine vergleichbare Leistung, Wirtschaftlichkeit oder Umweltbilanz wie das patentierte Galvanikverfahren von PV2+. Die zentrale alternative Idee war daher nicht technologischer, sondern strategischer Natur und sie trug maßgeblich zur Zielerreichung bei.
Zielsetzung:
Der zügige Ausbau erneuerbarer Energien ist zentral für das Erreichen der Klimaziele. Auf lokaler Ebene führt die volatile Einspeisung aus Wind- und Photovoltaikanlagen jedoch zu erheblichen Herausforderungen für die Netzstabilität. Besonders Verteilnetze sind durch diese Entwicklung zunehmend belastet. Klassische Netzausbaumaßnahmen sind oft kostenintensiv und langfristig. Hier setzt das Projekt NetzFlex an: Es untersucht, wie Großbatteriespeicher als netzdienliche Flexibilitätsoption zur Sicherung des Netzbetriebs beitragen können.
Im Fokus steht die modellbasierte Analyse zur optimalen Dimensionierung und Positionierung von Großbatterien im Verteilnetz. Dabei wird ein innovativer stochastischer Optimierungsansatz entwickelt, der Unsicherheiten in der Netzbelastung und in den Energiemärkten berücksichtigt. Ergänzend werden auch sektorübergreifende Flexibilitäten (Wärme, Mobilität) sowie Vermarktungspotenziale auf dem Strom- und Regelenergiemarkt einbezogen.
Als Fallbeispiel dient der Landkreis Haßberge, der über ein breites Spektrum an erneuerbaren Erzeugern verfügt und ambitionierte Ziele für den EE-Ausbau verfolgt. Ziel ist es, auf Basis historischer Daten und Zukunftsszenarien praxisnahe Empfehlungen für die technische Auslegung und den wirtschaftlichen Betrieb von Großbatterien zu entwickeln. Ein zentrales Ergebnis ist ein frei verfügbares Open-Source-Modell, das die Replizierbarkeit der Ergebnisse über die Region hinaus ermöglicht.
Das Projekt trägt wesentlich zur Integration erneuerbarer Energien bei. Durch den gezielten Einsatz von Batteriespeichern können Netzengpässe vermieden, CO2-Emissionen reduziert und die Abregelung von EE-Anlagen verringert werden. So wird nicht nur die Versorgungssicherheit erhöht, sondern auch eine nachhaltige, stabile und klimafreundliche Energieversorgung auf regionaler Ebene unterstützt.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Das Bauwesen und die damit verbundenen Berufe stehen vor bedeutenden Herausforderungen, die durch die Verknappung fossiler Energieträger, Umweltkatastrophen und die begrenzte Verfügbarkeit mineralischer Baustoffe verursacht werden. Die zunehmende Komplexität im Bauwesen sowie Nachhaltigkeitskriterien auf dem Immobilienmarkt verschärfen diese Probleme. Prognosen zufolge wird der Anteil an Neubauten am gesamten Gebäudebestand bis 2035 weniger als 10 % betragen. Der bestehende Gebäudebestand, einschließlich erhaltenswerter Gebäude, spielt daher eine wesentliche Rolle, insbesondere im Hinblick auf die in den Materialien enthaltene graue Energie und das Konzept des ‚Urban Mining‘.
Derzeit berücksichtigen gesetzliche Vorschriften und Förderungen weder die Ressourceneffizienz noch die Ressourcenschonung im Bestand oder bei Denkmälern. Es ist notwendig, die Gebäudebewertung anzupassen, da der aktuelle Energieausweis lediglich die Betriebseffizienz für Heizwärme und Warmwasser erfasst und für Denkmäler nicht verpflichtend ist. Um die Dekarbonisierung des Bauwesens voranzutreiben, muss eine Grundlage geschaffen werden, die es ermöglicht, diese Potenziale einzubeziehen. Die Metastudie untersucht, wie ökologische Aspekte in denkmalgeschützten Beständen berücksichtigt werden können und welche Potenziale durch Bewertungen einfließen sollten, einschließlich einer Analyse möglicher Bewertungsverfahren unter Berücksichtigung der Ökobilanzierung.
Das Ziel der Studie besteht darin, einen umfassenden Überblick über die Einbindung der ökologischen Aspekte von Baustoffen in denkmalgeschützten Beständen zu geben. Referenzprojekte mit Ökobilanzierung werden identifiziert und analysiert, um darauf basierende Handlungsempfehlungen abzuleiten. Es soll eine Überarbeitung der Systematik für Baudenkmale mit einer Lebensdauer von mehr als 50 Jahren vorgeschlagen werden, wobei die Priorisierung von Bauteilen und die Bewertung der Betriebseffizienz im Vergleich zu Suffizienzstrategien berücksichtigt werden sollen. Es wird angestrebt, Hinweise für zukünftige Maßnahmen zur Bewältigung des Klimawandels, einschließlich des Einsatzes erneuerbarer Energien, zu geben. Die Studie bietet Empfehlungen zur Verbesserung der Beurteilungskriterien in Denkmälern und zeigt Potenziale zur Implementierung in Bewertungssystemen auf, einschließlich der Berücksichtigung von Ausnahmeregelungen für Kulturdenkmäler. Es soll erfasst und analysiert werden, wie Ökobilanzen in verschiedenen Bewertungsmethoden für historische Gebäude verwendet wurden. Eine Übersicht über Denkmalprojekte, die erneuerbare Energien nutzen, sowie deren Effizienz- und Ökobilanzbewertung wird erstellt. Die Unterschiede und Auswirkungen von Lebenszyklusanalysen werden untersucht, um Handlungsempfehlungen für zukünftige Systemmodifikationen und Nachhaltigkeitsbewertungen bereitzustellen.
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.