DBU aktuell Nr. 5 | Mai 2009

Informationen aus der Fördertätigkeit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt

Zukunft Wasser im Fokus der Sommerakademie

Der Klimawandel, die wachsende Weltbevölkerung und die steigende Industrieproduktion erfordern gerade in Zeiten des globalen Wandels massive Anstrengungen zum nachhaltigen Schutz und zur Nutzung von Wasser und Gewässern.

Medien & Infos

Diesem Schlüsselthema der nachhaltigen Entwicklung ist die 15. DBU-Sommerakademie in der Zeit vom 14. bis 19. Juni 2009 im Internationalen Begegnungszentrum St. Marienthal/Ostritz gewidmet. Unter dem Titel »Zukunft Wasser« bietet die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ein vielschichtiges und umfangreiches Programm. Gemeinsam mit renommierten Experten, internationalen DBU-Stipen­diaten sowie vielen Persönlichkeiten aus dem DBU-Umfeld werden Strategien und Handlungsempfehlungen für den Umgang mit der Ressource Nummer Eins identifiziert und diskutiert.

Die Welt im Wandel

Zum Auftakt am Montag, 15. Juni berichtet der sächsische Umweltminister Frank Kupfer über Gewässerschutz und Wasserwirtschaft im Gastgeberland Sachsen. Anschließend wird Dr. Jürgen Kropp vom Potsdam-Institut für Klima­folgenforschung (PIK) in seinem Vortrag »Zukunft Klima – Die Welt im Wandel« über die neusten Erkenntnisse der Klimaforschung sprechen. Fritz Holzwarth vom Bundesumweltministerium (BMU) stellt das UN-Jahr »Transboundary Rivers 2009« vor. Der DBU-Umweltpreisträger Hans Huber spricht über »innovative Wassertechnik als Chance für Umwelt und Wirtschaft«.
Am dritten Veranstaltungstag nehmen die drei parallel stattfindenden Workshops ihre Arbeit auf. Die Arbeitsgruppe »PIUS und Energieeffizienz« diskutiert unter anderem über Beispiele aus der Textil-, Papier und Chemie­industrie sowie über zahlreiche Anwendungen von Membrantechniken und die Kreislaufführung von Prozesswässern. Sie steht unter der Moderation von Prof. Dr. Joachim M. Marzinkowski, Uni Wuppertal, sowie von Prof. Dr. Peter Czernak, FH Gießen-Friedberg. Eine zweite Arbeitsgruppe hat Beispiele dezentraler Wasserwirtschaft zum Inhalt. Hier kommen Projekte aus Rumänien beziehungsweise Projekte zur getrennten Erfassung von Niederschlagswasser zur Sprache. Die Arbeitsgruppe steht unter der Leitung von Prof. Dr. Jörg Londong, Bauhaus-Universität Weimar,  und von Dr. Heiko Sieker, Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbH (Dahlwitz-Hoppe­garten). Die dritte Arbeitsgruppe befasst sich mit dem Thema EU-Wasserrahmenrichtlinie – Schwerpunkt Wasserstraßen und Ökologie. Die Revitalisierung des Rheins, die nachhaltige Bewirtschaftung der Elbe sowie die grenzüberschreitende Renaturierung der Unteren Donau sind hier unter anderem zentrale Themen. Diese Gruppe wird von Ulf Jacob (Zentrum für Umweltkommunikation/ZUK) und Volker Wachendörfer (DBU) moderiert.
Am Mittwoch, 17. Juni finden tradi­tionell die Exkursionen der Sommer­akademie statt. Sie führen unter anderem nach Hirschfelde, wo der Spül-, Reinigungs- und Waschmittelhersteller fit besichtigt werden kann.
Am Donnerstag, 18. Juni nehmen die Arbeitsgruppen ihre Tätigkeit wieder auf. Unter Leitung von Prof. Dr. Bela H. Buck, Alfred-Wegener-Institut (Bremerhaven), werden die Themen Aquakultur, Energie­effizienz in Abwasserbehandlungsanlagen und Klärschlammverwertung diskutiert. Ein weiterer Arbeitskreis befasst sich mit Bildungs- und Kommunikationsfragen im Sektor Wasser/Abwasser.
Aspekte wie Aus- und Fortbildung in der Wasserwirtschaft sowie der Wissens- und Technologie­transfer in Südost­europa und das Thema Wasser in der Bildung für nachhaltige Entwicklung kommen hier zur Sprache. Rüdiger Heidebrecht, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (Hennef), sowie Dr. Nicole Freyer (DBU), Martin Schulte und Verena Menz (beide ZUK) moderieren diesen Workshop. An der Moderation der Arbeitsgruppen I, II und IV (siehe ausführliches Programm) wirken ferner die DBU-Mitarbeiter Franz-Peter Heidenreich und Anja Grove mit.

Wasser und Klima

Schließlich befasst sich eine sechste Arbeitsgruppe mit der Fragestellung
Wasser und Klima. Hochwasser-Risikomanagement oder die Auswirkungen veränderter Niederschlagsmuster auf die Siedlungs­entwässerung spielen in diesem Arbeitsfeld eine Rolle. Moderiert wird dieser Arbeitskreis von Volker Wachendörfer (DBU) und Ulf Jacob (ZUK).
Am letzten Akademietag stehen die Auswertung der Arbeitsgruppen sowie eine abschließende Podiumsdiskussion auf der Agenda. Das ausführliche Programm der Veranstaltung befindet sich hier.

Stoffliche Verwertung von Mineralwolle

Im Rahmen von Gebäuderückbau und Sanierung fallen in Deutschland jährlich 10 Mio. Kubikmeter Mineralwolleabfälle an, die auf Sondermülldeponien verbracht werden müssen. Mineralwolle, die vor 1996 verwendet worden ist, gilt als krebserzeugend oder krebsverdächtig. Der Umgang mit alten Mineralwolle-Dämmstoffen ist heute nur noch im Zuge von Abbruch-, Sanierungs- und Instandhaltungsarbeiten zulässig. Analog zum Gefahrstoff Asbest sind umfangreiche Schutzmaßnahmen zu treffen. Bei neuen Dämmstoffen aus Mineralwolle wurde sowohl die Fasergeometrie als auch die chemische Zusammensetzung soweit verändert, dass diese als nicht mehr krebserzeugend eingestuft werden. Bisher gibt es hingegen noch kein sicheres Verfahren zur Verwertung gebrauchter Mineralwolle ähnlich der Asbestverwertung. Es ist nur eine Verbringung des aufgemahlenen Gefahrstoffes im Ziegelton bekannt.
Die MWT – Gesellschaft für industrielle Mikrowellentechnik mbH (Elz) entwickelte auf Basis des Asbestverwertungsverfahrens der Marco Reimann Spezialentsorgung (Seebergen) gemeinsam mit dem Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau (IFF) Weimar e. V. und der Bauhaus Universität Weimar ein technisches Verfahren zum umweltgerechten Behandeln und Verwerten kanzerogener Mineralwolle. Der Gefahrstoff wird durch sogenannte Multi-Mode-Mikrowellen gezielt verschlackt. Die Schlacke kann nachfolgend durch Exzenterschwing­mühlen aufgemahlen werden. Das faserfreie neue Produkt beziehungsweise Feinmaterial kann aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung in der Baustoffindustrie in vielerlei Weise eingesetzt werden.

Mineralwolleabfälle müssen normalerweise auf Sondermülldeponien verbracht werden.

Energetische Nutzung von Deponiegas mit niedrigem Methangehalt

Die Nutzung von Deponiegas zur Stromerzeugung leistet einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Die im Zuge der Stoffumsetzung auf den Deponien entstehenden Methangase werden dabei gezielt abgesaugt und in Gasmotoren verbrannt. Dadurch wird eine diffuse Emission des Klimagases Methan verhindert, das ein 21-fach höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid aufweist. Problematisch ist, dass sich die Methankonzentration des abgesaugten Deponiegases im Zuge des fortschreitenden Abbaus organischer Deponieanteile über die Zeit reduziert. Unterschreitet der Methangehalt einen Schwellenwert von etwa 40 %, kann das Deponiegas nicht mehr sicher in Gasmotoren verbrannt werden. Üblicherweise findet dann eine thermische oder biologische Behandlung der Gase ohne energetische Nutzung statt. Als Alternative hierzu wurde von der Entsorgungsgesellschaft Steinfurt auf der Deponie Altenberge demonstriert, dass methanarmes Deponiegas mit Biogas vermischt und sicher zur Stromerzeugung in Gasmotoren genutzt werden kann. Ein solches Verfahren bietet sich auch deswegen an, weil viele Deponien über die Infrastruktur für den parallelen Betrieb von Biogasanlagen verfügen. Das in Kooperation mit der Fachhochschule Münster durchgeführte Demonstrationsvorhaben hat sowohl die ökologischen als auch ökonomischen Vorteile eines solchen Verfahrens aufgezeigt.

Mathias Härtel, Mitarbeiter der Entsorgungsgesellschaft Steinfurt mbH, führt eine Gasanalyse durch.

Optimierter Wärmetauscher für KWK-Biogasanlagen

Die energetische Biomassenutzung kann einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Substitution fossiler Primärenergieträger leisten. Die Nutzung von Biogas bietet sich dabei insbesondere für den Einsatz in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen an. Aufgrund entsprechender Anreize aus dem Erneuerbare-Energie-Gesetz hat sich die Zahl der Biogas­anlagen seit dem Jahr 2000 fast vervierfacht, gleichzeitig stieg die installierte Leistung von 50 MW auf heute rund 1.300 MW. Dass die Nutzung von Biogas durch die Optimierung von Anlagenkomponenten vorangetrieben werden kann, zeigt ein Forschungsvorhaben der Firma Aprovis Energy Systems aus Weidenbach. In Biogasanlagen werden in der Regel Rohrbündelwärmetauscher eingesetzt. Empirische Erfahrungen aus Schadensfällen haben gezeigt, dass die Zusammenhänge zwischen den Betriebs­parametern von Abgaswärmetauschern und kritischen Betriebsbedingungen nicht ausreichend geklärt sind. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden mittels einer Parameterstudie systematisch verschiedene Einflussparameter variiert, um deren Einfluss auf das Bauteil zu ermitteln. Im Ergebnis wurden spezielle Auslegungsregeln entwickelt, die es nunmehr ermöglichen, die Hauptabmessungen der Rohrbündelwärmetauscher so zu wählen, dass Herstellungskosten minimiert und die Beanspruchungen insbesondere des hochbelasteten Bauteils Rohrplatte reduziert werden können. Für den Betreiber von Biogasanlagen ergibt sich aus der erhöhten Betriebssicherheit derartiger Apparate eine Reduzierung der Anlagenstillstandszeiten.

Per Rechner ermittelte Visualisierung der Spannungsverteilung einer Rohrplatte eines Abgaswärmetauschers.

DBU-Stipendiaten wirken an Weltrekord-Solarzelle mit

Ein Forscher-Team am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Freiburg) hat für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom zum ersten Mal einen Wirkungsgrad von 41,1 % und damit einen neuen Weltrekord erzielt.

Das Forscherteam des Fraunhofer ISE in Freiburg, das die Mehrfachsolarzelle entwickelt hat – darunter vier DBU-Stipendiaten

Zum Vergleich: Konventionelle Siliziumsolarzellen erreichen etwa 25 % Wirkungsgrad. Hierzu wurde das Sonnenlicht 454-fach auf eine 5 mm2 kleine, sogenannte Mehrfach­solarzelle aus den III-V-Halbleitern Gallium-Indium-Phosphid/Gallium-Indium-Arsenid/Germanium (GaInP/GaInAs/Ge) konzentriert. Der Erfolg ist das Ergebnis jahrelanger Forschungsarbeit am Fraunhofer ISE. In jüngster Zeit haben die vier DBU- Stipendiaten Wolfgang Guter, Simon Philipps, Jan Schöne und Elke Welser intensiv an der Weiterentwicklung der hochkomplexen Struktur der Mehrfachsolarzelle gearbeitet und damit maßgeblich zur Erreichung des Welt­rekords beigetragen.
Der Weltrekord wurde mit einer sogenannten metamorphen Tripelsolarzelle erzielt, einer speziellen Art der Solarzellen aus III-V-Halbleiterkombinationen. Es handelt sich dabei um Zellen aus GaInP und GaInAs auf Germanium-Substraten. Die DBU-Stipendiaten Elke Welser und Wolfgang Guter befassen sich in ihrer Dissertation mit der Herstellung solcher Halbleiterschichtsysteme mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE). Während Elke Welser sich mit Fünf- und Sechsfachsolarzellen beschäftigt, hatte die Arbeit von Wolfgang Guter speziell die Entwicklung verschiedener Arten von Tripelsolarzellen zum Ziel.
Die für die Rekordzelle verwendete Kombination von Halbleitermaterialien ist optimal für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom geeignet. Diese Materialien lassen sich aber nur mit Hilfe eines Tricks – des sogenannten metamorphen Wachstums – miteinander kombinieren. Denn der Abstand der Atome im Kristallgitter der verschiedenen Halbleiter ist im Gegensatz zu herkömmlichen Mehrfachsolarzellen nicht identisch. Die unterschiedlichen
Gitterkonstanten erschweren das Wachstum von III-V-Halbleiterschichten mit hoher Kristallqualität, da an den Übergängen zwischen den Materialien Spannungen entstehen, die zur Ausbildung von Versetzungen und anderen Kristalldefekten führt. Den Forschern am Fraunhofer ISE ist es jetzt gelungen, eine Kontrolle von Kristalldefekten während des Wachstums von Halbleitermaterialien zu erreichen, so dass die elektrisch aktiven Bereiche weit­gehend defektfrei gehalten werden können – eine Voraussetzung für das Erreichen höchstmöglicher Wirkungsgrade.
Eine entscheidende Grundlage für die Entwicklung dieser Methodik ist ein umfassendes Verständnis der Bildung und Kontrolle von Defekten in Solarzellen. DBU-Stipendiat Jan Schöne hat sich mit diesem Thema intensiv beschäftigt und konnte wesentlich zur Lokalisierung der Defekte beitragen.
Aufgrund der Komplexität der Zellstrukturen und der vielfältigen Abhängigkeiten zwischen den verschieden Schichten ist eine Unterstützung der experimentellen Arbeiten durch numerische Modellierung und Simulation sehr wichtig. Mit dieser Thematik beschäftigt sich der DBU-Stipendiat Simon Philipps. So arbeiten die vier von der DBU geförderten Doktoranden auf verschiedenen Gebieten gemeinsam an der Weiterentwicklung von Mehrfachsolarzellen.

Schadstoffreduktion bei der StĂĽckholzfeuerung

Der Energieträger Holz hat in den zurückliegenden Jahren vor dem Hintergrund der steigenden Gas- und Ölpreise insbesondere in privaten Haushalten als Brennstoff an Bedeutung gewonnen. Nach wie vor dominiert dabei die Scheitholzverbrennung. Angesichts des sehr komplexen Scheitholz-Verbrennungsprozesses geht die Verbrennung allerdings mit vergleichsweise sehr großen Schadstoffemissionen einher. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde am Institut für Sensorik und Informationssysteme der Hochschule Karlsruhe (FH) in Kooperation mit der Firma Escube aus Stuttgart und weiteren Partnern aus der Sensorik-, Holzfeuerungs- und Abgaskatalysatorbranche untersucht, wie der Verbrennungsprozess von Stückholzfeuerungsanlagen durch eine neuentwickelte, kontinuierliche Regelung auf der Basis geeigneter Sensorsignale optimiert werden kann. Untersucht wurde auch, welchen zusätzlichen Beitrag der Einsatz eines Oxidationskatalysators zur Schadstoffminderung leisten kann. Im Ergebnis konnte bisher gezeigt werden, dass  sich der Primär- und Sekundärluftstrom der Feuerstätten mittels eines entsprechenden Algorithmus so regeln lässt, dass eine Absenkung der Schadgasemissionen auf 15 % erreichbar ist. Als Basis der Zuluftregelung dienen die sensorischen Eingangsgrößen Verbrennungstemperatur, Restsauerstoffgehalt und CO/HC-Gehalt im Abgas. Durch den zusätzlichen Einsatz eines Oxidationskatalysators zur Nachverbrennung der Schadgase können die entsprechenden Emissionen nochmals, im Idealfall auf unter 1 % reduziert werden. Im nächsten Schritt erwartet das Projektteam von einer ganzheitlichen Betrachtung der Feuerungsprozessführung, die neben der Sensorik auch die Optimierung der Brennraumgeometrie mit einschließt, weitere bedeutende Fortschritte zur Absenkung der Schadgas- und Feinstaubemissionen solcher Kleinfeuerungsanlagen.

Testanlage zur Optimierung des Verbrennungsprozesses von StĂĽckholzfeuerungsanlagen

Neues aus Kuratorium und Geschäftsstelle

DBU trauert um Martin Fellbaum

Martin Fellbaum (Gronau), Leiter der DBU-Klimaschutzkampagne »Haus sanieren – profitieren!«, ist Anfang April nach schwerer Krankheit im Alter von nur 43 Jahren verstorben. Die DBU trauert um den Diplomingenieur (Fachrichtung Elektrotechnik), der von Anfang an Entwickler und Motor des Klimaschutz­projektes war. DBU-Generalsekretär Dr.-Ing. E. h. Fritz Brickwedde: »Bis zum Schluss war ihm das Projekt ein zentrales, persönliches Anliegen. Er war ein überaus warmherziger, engagierter und optimistischer Kollege. Er wollte dazu beitragen, die Welt für seine Kinder lebenswert und im Gleichgewicht zu hinterlassen. Unser Mitgefühl gilt seiner Frau und seinen fünf Kindern, deren Zukunft und Wohlergehen immer sein höchstes Anliegen waren.«

»Entdecke die Vielfalt!«: Bundeskanzlerin informierte sich


Über den neu gestarteten DBU-Schüler- und Jugendwettbewerb »Entdecke die Vielfalt!« informierte sich Bundeskanzlerin Angela Merkel (Mitte) anlässlich einer Veranstaltung der Konrad-Adenauer-Stiftung in Berlin bei DBU-Abteilungsleiter Michael Dittrich (links) und ZUK-Projektleiterin Jutta Gruber-Mannigel (rechts). Nach dem Erfolg im vergangenen Jahr sucht die weltweit größte Umweltstiftung auch dieses Jahr wieder Engagierte zwischen 10 und 16 Jahren, die sich für den Erhalt biologischer Vielfalt und für eine vielfältige und gerechte Welt einsetzen nach dem Motto: global denken – fair und nachhaltig handeln! Bewerbungen sind in den Wettbewerbskategorien Natur erforschen, Verantwortlich handeln oder Kreativ kommunizieren möglich. Weitere Informationen, Aktionsideen und Hinweise zur Online-Bewerbung oder Angaben, wie Vereine und Institutionen Kooperationspartner des Wettbewerbs werden können, finden sich unter
www.entdecke-die-vielfalt.de. 

Bewerbungsschluss ist der 18. November 2009.

Projektpartner zeigt Messepräsenz in Brasilien

Auf der ecogerma 2009, Fachmesse für deutsche und brasilianische Umwelttechnologien, in São Paulo wurde vor kurzem das von der DBU unterstützte Projekt »Entwicklung wasserdurchlässiger und verdunstungsfähiger Pflastersteinbeläge« vorgestellt (siehe DBU aktuell 10/08). Das Kooperationsvorhaben der Firma Heinrich Klostermann GmbH & Co. KG Betonwerke Coesfeld und der Universität Münster stieß in Brasilien auf großes Interesse. Der hohe Versiegelungsgrad in São Paulo und das südamerikanische Klima führen dort regelmäßig zu Hochwasserereignissen.

Martin Fellbaum
(v. li.) DBU Abteilungsleiter Michael Dittrich, Bundeskanzlerin Angela Merkel, Zuk-Projektleiterin Jutta Gruber-Mannigel

Terminvorschau

DBU informiert über Fördermöglichkeiten

Am 25. Mai lädt die Deutsche Bundes­stiftung Umwelt (DBU) kleine und mittlere Unternehmen, Lehrerinnen und Lehrer sowie Bildungseinrichtungen aus dem Kreis Steinfurt zu einer Informationsveranstaltung ins Zentrum für Umweltkommunikation (ZUK) ein. Von 15.30 bis 18.30 Uhr erläutern DBU-Fachreferenten und Projektpartner die Fördermöglichkeiten der Stiftung und präsentieren erfolgreiche Beispiele aus der Praxis. Mitarbeiter des ZUK stellen die aktuelle Ausstellung »WasserWissen – Die wunderbare Welt des Wassers« und den Schüler- und Jugendwettbewerb »Entdecke die Vielfalt« vor. DBU-Generalsekretär Dr.-Ing. E. h. Fritz Brickwedde und der Landrat des Kreises Steinfurt Thomas Kubendorff begrüßen die Teilnehmer der kostenlosen Informationsveranstaltung. Weitere Infos und Anmeldung unter www.dbu.de/termine  oder telefonisch: 0541|9633-935.

Publikationen

»Erfolgsprodukt Umweltschutz«

»Erfolgsprodukt Umweltschutz« lautet der Titel einer soeben erschienenen, neuen DBU-Broschüre. Sie stellt auf 40 Seiten besonders erfolgreiche Innovationen aus dem Mittelstand vor. Firmeninhaber und Geschäftsführer kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) kommen in der Broschüre selbst zu Wort und schildern ihre ganz persönlichen Projekt­erfahrungen. Dabei sind unter anderem der Umwelt­preis­träger des Jahres 2008 Dr. Holger Zinke, Geschäftsführer der B-R-A-I-N – Biotechnology Research and Information AG (Zwingenberg) und Anja Busse, Geschäftsführerin der Busse GmbH, die Kleinkläranlagen herstellt.
Die Broschüre ist kostenlos bei der Geschäftsstelle erhältlich.