Laufende Forschungsprojekte

Das Projekt POWER erforscht die Potenziale von Wasserkreisläufen zur gemeinschaftlichen und effizienten Energie- und Ressourcennutzung in nutzungsgemischten Baublöcken hoher Dichte. Gemeinsam mit den Kooperationspartnern werden Rahmenbedingungen und technische Konzepte für den Aufbau und Betrieb von lokalen Energie- und Ressourcenaustauschsystemen auf Basis von Wasserkreisläufen zwischen Wohnen und Gewerbe in innerstädtischen Nachverdichtungsprojekten untersucht. Zwei Best-Practice Beispiele dienen zur Konzeptualisierung des Energie- und Ressourcenaustausch über das Medium Wasser zwischen den Nutzungen Wohnen und Gewerbe. In kooperativen Workshops mit Akteur*innen aus Handwerk und Bau werden technische und akteursbezogene Aspekte zusammen mit städtebaulichen Rahmenbedingungen des Ressourcenaustauschs auf Baublockebene betrachtet und anhand dessen beispielhaft Konzepte für zwei innerstädtische Brachen entwickelt. Im Fokus im Bereich Gewerbe stehen produzierende Handwerksbetriebe. Ziel ist es, anhand der beiden Nutzungsarten den wechselseitigen Nutzen der Wasserkopplung für die Steigerung von Ressourcen- und Energieeffizienz zu identifizieren und die Konditionen ihrer Umsetzbarkeit zu benennen, um für hochverdichtete Baublöcke positive Effekte zur Klimaanpassung vor Ort, Resilienzsteigerung, Energieersparnis  und Betriebskostensenkung zu erzielen.

Auftraggeber: BBSR – Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung

Laufzeit: 01.01.2023 – 31.06.2023

Projektpartner:

ILS Research gGmbH
Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik, RWTH Aachen
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH

Ansprechpartnerinnen: Sarah Friese und Pauline Jegen

In den vergangenen 150 Jahren hat der Bedarf an Metallen für Schlüsselsektoren wie die Energie-, Verkehrs-, Produktions- und Kommunikationsbranche stark zugenommen. Neben Massenmetallen wie Eisen, Aluminium und Kupfer werden zunehmend auch Legierungselemente wie Magnesium, Silizium und Mangan unverzichtbar, da sie wichtige Materialfunktionen für spätere Anwendungen erfüllen. Der Trend der Diversifizierung von Legierungen hält an. Technische Innovationen in den Bereichen Mobilität, Energiewandlung und -speicherung sowie bei Baukonstruktionen erfordern immer wieder neue Funktionsmaterialien. Das Thema Recyclingfähigkeit spielt dabei bisher aber kaum eine Rolle. Gleichzeitig wird weniger als die Hälfte des Metallbedarfs in Europa durch eigene Reserven gedeckt. Europa ist somit sehr stark von den weltweit verteilten Vorkommen abhängig. Recycling ist derzeit also die einzige Möglichkeit, sowohl der Abhängigkeit als auch der Knappheit von metallischen Ressourcen entgegenzuwirken. Doch das Recycling von Legierungen stößt an Grenzen, da die Zusätze (beispielsweise Kupfer in Stahl zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit) und Verunreinigungen meist in so niedriger Konzentration und komplex verteilter Form vorliegen, dass sich eine Abtrennung im metallurgischen Prozess äußerst schwierig gestaltet. Durch die Kreislaufführung kommt es damit sukzessive zu einer unerwünschten Anreicherung in der Schmelze. Diesem ungewollte Qualitätsverlust, dem sogenannten Downcycling, wird aktuell durch die Zugabe von Primärmaterial begegnet. Eine Kreislaufwirtschaft sollte zukünftig ermöglichen, dass der Anteil zugesetzter primärer Rohstoffe deutlich reduziert wird und auch die Legierungselemente durch den Einsatz von metallurgischen Echtzeit-Simulationsplattformen in der intelligenten Sortierung wiederverwendet werden können. Das durch das Umweltbundesamt geförderte Projekt befasst sich mit der Ressourceneffizienzsteigerung in der Metallindustrie in Hinblick auf die Substitution von Primärrohstoffen durch Verminderung von Downcycling. Dabei liegt der Fokus auf der Untersuchung der Möglichkeiten eines legierungsspezifischen Recyclings von Stahl-, Aluminium-, Kupfer- und Zinkschrotten. Hier soll die Untersuchung verschiedener Schrottfraktionen vor bzw. nach innovativen Sortier- und Separier-Prozessen neue Erkenntnisse liefern. Darüber hinaus werden Steuerungsgrößen für Up- und Downcycling sowie Regeln für sortenarmes Design bestimmt. Auf Grundlage der Analyseergebnisse werden Empfehlungen zur besseren Erschließung bisher nicht genutzter, hochwertiger Metallpotenziale erarbeitet. Zu den Bewertungsmaßstäben gehören die Einsparpotenziale bei Rohstoffen und Treibhausgasemissionen sowie die Kostenstruktur für die Herstellung von Legierungen aus Rezyklaten. Eine erfolgreiche, das heißt mit minimalen Downcycling-Prozessen „belastete“ Bereitstellung von sekundären Rohstoffen erfordert eine umfassende Wissensbasis über bestehende Recyclingstrukturen, technologische Potenziale, metallurgische Prozesssimulationen und Bewertungsansätze, die im Rahmen dieses Projektes entwickelt werden.

Auftraggeber: Umweltbundesamt
Partner: Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, Universität Augsburg, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie

Die Ziele des Projektes TransMiT bestehen darin, aufzuzeigen und zu be­wer­ten, wie städtebauliche mit wasserwirtschaftlichen Aspekten bei einer Quartiers- und Infrastrukturplanung, unter Berücksichtigung einer Gesamtbetrachtung der Ressourcen, langfristig synergetisch verknüpft wer­den kön­nen. Hierfür wer­den in drei systemcharakteristischen Bestandsquartieren unterschiedliche For­schungs­an­sät­ze in der Praxis un­ter­sucht. Der Fokus liegt dabei auf transformationsrelevanten tech­nisch­en und organisatorischen Aspekten der ressourcenoptimierten Trans­for­ma­tion von Misch- und Trennentwässerung.

Im Zuge häufiger auftretender Starkregenereignisse wurden die Regelwerksanforderungen an den Überflutungsschutz von Gebäuden und Grundstücken in den ver­gang­enen Jahren zunehmend verschärft. Ziel des Teilprojektes an der TU Dort­mund bildet die Un­ter­su­chung von Dachflächen bezüglich Ihrer potentiellen Eig­nung für einen entwässerungs- und überflutungsschutztechnisch relevanten Niederschlagsrückhalt. Die Untersuchungen umfassen dabei Messerhebungen zum Abflussverhalten der Dachflächen, deren Begleitung, Auswertung der Er­geb­nisse sowie die Über­tra­gung auf die aus­ge­wähl­ten Stadtquartiere.

Laufzeit: 04/2019 bis 03/2022
Weiterführende In­for­ma­ti­onen zum Projekt: zum Abschlussbericht

Weitere In­for­ma­ti­onen zur För­de­rung: Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bildung und For­schung (BMBF)
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Mathias Kaiser, Jana-Marie Storchmann
Weitere Beteiligte:
Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH)
Institut für Siedlungswasserwirtschaft der TU Braunschweig (ISWW)
Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement (IIRM)
Institut für Kartographie und Geoinformatik (ikg)
Stadtentwässerung Hannover, Eigenbetrieb der Landeshauptstadt Hannover (SEH)
Landeshauptstadt Hannover, Fachbereich Umwelt und Stadtgrün (LHH – FB 67.10)
Stadtentwässerung Hildesheim (SEHi)
Stadtentwässerung Braunschweig GmbH (SEBS)
Wohnungsgenossenschaft Gartenheim eG (GH)
Spar- und Bauverein eG (spar + bau)
bpi Hannover
aquaplaner Ingenieurgesellschaft für Wasserwirtschaft, Umwelt, Abwasser
plan zwei Stadtplanung und Ar­chi­tek­tur

Im Rahmen des Promotionscluster „Nexus Ressourcenschonung und Klimaschutz“, welches an die Ressourcenkommission am Umweltbundesamt (UBA) angegliedert ist, wurden im Zeitraum Juli 2018 bis Dezember 2021 unter der Leitung von Prof. Dr. Martin Faulstich drei Promotionsvorhaben gefördert und durchgeführt. Die drei Promotionsvorhaben wurden in diesem Zeitraum mit Mitteln des Ressortforschungsplans des Bundesumweltministeriums gefördert.

Das Promotionsvorhaben I mit dem Titel „Die Gestalt der Nachhaltigkeit“ wurde von Herrn Dustin Jessen an der Folkwang Universität der Künste in Essen bearbeitet und von der Co-Vorsitzenden der UBA-Ressourcenkommission Prof. Dr. Christa Liedtke, Professorin für Nachhaltigkeit im Design an der Folkwang Universität der Künste und Abteilungsleiterin am Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie, betreut. Im vorliegenden Bericht werden Veröffentlichungen, die im Rahmen des Promotionsvorhaben I bereits erfolgt, geplant oder in Arbeit sind, aufgegriffen.

Das Promotionsvorhaben II mit dem Titel „Ressourcenleichter Aufbau der IKT-Infrastruktur“ wurde vom 01.07.2018 bis zum 31.08.2019 von Herrn Florian Fiesinger an der Technischen Universität (TU) Clausthal bearbeitet. Die Arbeit wurde wissenschaftlich betreut durch den Co-Vorsitzenden der UBA-Ressourcenkommission, Prof. Dr. Martin Faulstich, und erbrachte 3 Veröffentlichungen[1]. Seit 2020 ist Prof. Faulstich Lehrstuhlinhaber des Lehrstuhls Ressourcen- und Energiesysteme der Technischen Universität (TU) Dortmund. Das Forschungsvorhaben wurde ab Januar 2021 mit einem Fokus auf den „Ressourcenbedarf der Energiewende“ von Frau Charlotte Joachmisthaler an der TU Dortmund fortgeführt.

Das Promotionsvorhaben III wurde von Herrn Thomas Kippes an der Universität Augsburg bearbeitet und beschäftigt sich mit dem Thema „Dissipation von Funktionsmetallen “. Es wurde von Prof. Dr. Armin Reller (Lehrstuhl für Ressourcenstrategie der Universität Augsburg) wissenschaftlich begleitet. Die Dissertation ist als digitale Veröffentlichung im Opus-Publikationsserver der Universität Augsburg frei verfügbar[2].

Auftraggeber: Umweltbundesamt, Ressourcenkommission (KRU)

Laufzeit: 07/2018 bis 12/2021

[1]Fiesinger, F.; Seelig, J.; Faulstich, M.: Dissipative Structure / Streams. In: CEC4Europe, 2018

(Online), S. 1-5. www.cec4europe.eu/wp-content/uploads/2018/11/Chapter-2.5.1_Dissipativestructure-steams_Fiesinger_Seelig_Faulstich.pdf.

Fiesinger, F.; Greiff, K.: Stoffstrommodell der IKT-Infrastruktur in Deutschland. In: DGAW Deutsche Gesellschaft für Abfallwirtschaft e.V., Berlin (Hrsg.): 9. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft, 14. Und 15. März 2019, Ostbayerische Technischen Hochschule Amberg-Weiden. Tagungsband, ISBN 978-3-903187-48-1, Innsbruck University Press, 2019, S.105-110

Greiff, K.; Fiesinger, F.; Liedtke, C.; Faulstich, M.: C like Clever and Cycle – Without a Smart and Systematic Conception of the Metal Industry, Product Labelling and an Indicator System, Nothing Will Happen. In Lehmann, H. (Ed.): Factor X: The Nexus of Sustainable Development and Resource Productivity. The Nexus Approaches. Taylor and Francis, 2021. S. 262-274

[2] Online verfügbar unter: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:384-opus4-915587

Der Ausbau der Windenergie ist eine zentrale Säule, die den Ausstieg aus der Nutzung fossiler Rohstoffe tragen soll. In Deutschland sind derzeit rund 28.000 Windenergieanlagen onshore errichtet. Viele dieser Anlagen müssen innerhalb der kommenden Jahre zurückgebaut werden. Der Rückbau wird einerseits erforderlich, weil der Förderzeitraum für Anlagen nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ausläuft und andererseits auch die technische Lebensdauer der Anlagen begrenzt ist. Ausgehend von den Zeitpunkten, zu denen die Anlagen errichtet wurden, wird in den Jahren 2021-2030 ein Höhepunkt für Rückbaumaßnahmen liegen. Nicht zuletzt mit Blick auf den European Green Deal und den Aktionsplan Kreislaufwirtschaft wird deutlich, dass der erforderliche Rückbau ressour-censchonend und umweltfreundlich erfolgen muss. Das Ressourceneffizienzprogramm III (Progress III) der Bundesregierung weist daher konsequenterweise auch als Ziel aus, dass der Anlagenrückbau auf Grundlage eines nachhaltigen und herstellergestützten Rückbau- und Recyclingkonzepts erfolgen soll, das der Diversität der Anlagen gerecht wird. Das so umrissene Ziel wirft verschiedene juristische, technische und organisatorische Fragestellungen auf.

Erste Grundlagen für die Beantwortung dieser Fragen wurden im Forschungsprojekt „Entwicklung eines Konzepts und Maßnahmen für einen ressourcensichernden Rückbau von Windenergieanlagen“ (UBA-Text 117/2019) herausgearbeitet. Ausgehend von den tatsächlichen Gegebenheiten und dem festgestellten Forschungsbedarf sollen durch das ausgeschriebene Projekt nun weitere Schritte dahingehend erfolgen, dass die örtliche Ge-nehmigungs- und Vollzugsbehörden auf wissenschaftlich fundierter Basis den Rückbau- und Recyc-lingprozess von Windenergieanlagen begleiten können und so sicherstellen, dass Mensch und Umwelt geschützt und die Materialen im Sinne der Zielsetzung der Abfallhierarchie vorrangig recycelt werden.

Die Aufgabenstellung des vorliegenden Forschungsprojektes ist es – in Form eines Gutachtens – Grundlagen für Leitlinien zu entwickeln. Diese sollen im Nachgang und aufbauend auf diesem Projekt geschaffen werden, um eine länderübergreifend abgestimmte Überwachung des Rückbaus/Recyc-lings von Windenergieanlagen zu ermöglichen. Hierfür sollen in diesem Projekt Sachverhalte herausgearbeitet werden, für die eine behördliche Überwachung sinnvoll ist und/oder die durch verbindliche Anforderungen zu regeln sind. Vorschläge für effiziente und effektive Maßnahmen, die behördenseitig im Kontext von Rückbau und Recycling der Windenergieanlagen ergriffen werden können, sollen ebenfalls aufgezeigt werden. Besonders zu betrachten und einzelnen Arbeitspaketen zugewiesen sind dabei der Aspekt der Berechnung der Rückstellungsleistung (§ 35 Abs. 5 S. 2 und 3 BauGB) und der Zugänglichmachung von Herstellerinformationen für Rückbau und Recycling von Windenergieanlagen. Es wird ausgewertet, welche Informationen von Herstellenden gesammelt und von wem und wie gesichert werden müssen, um einen umweltgerechten Rückbau der gesamten Windenergieanlagen und Speichertechnologien zu gewährleisten. Ebenfalls in den Blick zu nehmen sind die Möglichkeit von Energiespeicherung und die mit der jeweiligen Speichertechnologie verbundenen Fragen der Herstellerverantwortung. Hierfür ist das Entwicklungspotenzial verschiedener Technologien im Bereich der Windenergie ist, welche elektronischen Komponenten und Speichersysteme bereits durch bestehende Gesetze (z.B. WEEE, Richtlinie 2006/66/EG, Batteriegesetz etc.) betrachtet werden und welche abfallwirtschaftlichen Anforderungen resultieren.

Laufzeit: 05/2021 bis 08/2022

Auftraggeber: Umweltbundesamt

Hauptauftragnehmer: Ernst & Young Law GmbH (EY Law)

Unterauftragnehmer: Ernst & Young Wirtschaftsprüfgesellschaft (EY WPG) & Lehrstuhl für Ressourcen- und Energiesysteme (RES)

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