20.07.2011 von PaulWutz.

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 19.07.2011

Wenn die Sonne scheint, fließt viel Strom aus Solaranlagen ins Netz. Schiebt sich eine Wolkenfront dazwischen, sieht es für den Stromertrag schnell düster aus. Für Stadtwerke lässt sich daher die Sonnenenergie nur schwer einplanen. Einfacher wird das jetzt mit einer Software, die Informatiker der Universität des Saarlandes gemeinsam mit der Firma Luxea GmbH und den Stadtwerken in Sulzbach entwickelt haben. Dabei werden die Vorhersagedaten des Deutschen Wetterdienstes über Wolkenzug und Lichtintensität kleinräumig mit den vorhandenen Photovoltaikanlagen abgeglichen. Für jedes Netzgebiet kann man damit vorhersagen, welcher Stromertrag aus Solarenergie in den kommenden Stunden zu erwarten ist.

Für Energieunternehmen und Hausbesitzer wird es mit der neuen Software einfacher, den stark schwankenden Ertrag aus der Solarproduktion besser zu nutzen. „Mit unseren Prognosen könnte man zum Beispiel die Waschmaschine oder den Geschirrspüler so steuern, dass sie erst dann laufen, wenn viel Solarstrom ins Netz eingespeist wird“, erläutert Holger Hermanns, Professor für Verlässliche Systeme der Saar-Uni. Auch beim Laden von Elektro-Autos oder dem Betrieb von Wärmepumpen käme es oft nicht so genau auf eine Stunde an. „Da die Stromspeicherung teuer und aufwändig ist, sollte man die Sonnenenergie möglichst nutzen, wenn sie anfällt“, erläutert der Informatiker. Die Energieversorger könnten außerdem durch die kurzfristige Vorhersage der Solarproduktion ihren Energiemix besser planen. Damit werde der Bedarf an teurer Regelenergie vermindert. „Wenn man abschätzen kann, wie viel Sonnenlicht an einem Tag die Photovoltaikanlagen in der Region erreicht, muss man zum Beispiel Gasturbinen erst gar nicht anschalten oder kann auf den Zukauf von Atomstrom verzichten“, erklärt Holger Hermanns. Auch könne man kritische Überversorgungen und Engpässe deutlich besser vorhersagen.

Für das Forschungsprojekt haben die Stadtwerke im saarländischen Sulzbach die Daten über die Photovoltaikanlagen in ihrem Bezirk zur Verfügung gestellt. Diese haben die Informatiker mit den präzisen Radarbildern des Deutschen Wetterdienstes abgeglichen und ein Rechenverfahren entwickelt, mit dem sich der zu erwartenden Solarertrag recht präzise bestimmen lässt. Die Firma Luxea in Saarbrücken hat daraus eine Software erarbeitet, die jetzt an interessierte Stadtwerke und Hausbesitzer vertrieben wird. Das IT-Unternehmen konnte dabei seine Erfahrungen aus dem Computerprogramm SOLinvest einbringen, mit dem Planer und Hausbesitzer berechnen können, welcher Solarertrag auf ihren Dächer zu erwarten ist.

Externer Link: www.uni-saarland.de

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13.07.2011 von PaulWutz.

Medienmitteilung der Universität Basel vom 01.07.2011

Stehen Trinkwasserbrunnen in der Nähe von Flüssen, können sie bei Hochwasser verunreinigt werden. Forschende der Universität Basel haben nun zusammen mit der Firma Endress+Hauser eine Technologie entwickelt, mit der eine drohende Verschmutzung frühzeitig erkannt und die Entnahme von Trinkwasser differenziert gesteuert werden kann.

Trinkwasserbrunnen in unmittelbarer Nähe zu Flüssen sind einer besonderen Gefahr ausgesetzt: Bei Hochwasser kann mit Bakterien und anderen Mikroben belastetes Flusswasser unterirdisch in die Grundwasserfassungen einfliessen. Droht eine mikrobiologische Verunreinigung, müssen die Pumpen abgestellt werden.

Für die Betreiber von Wasserversorgungsanlagen ist es allerdings schwierig, jederzeit richtig einschätzen zu können, wie gefährdet einzelne Grundwasserbrunnen sind. Forschende um Prof. Peter Huggenberger von der Universität Basel haben nun zusammen mit dem Messtechnik-Spezialisten Endress+Hauser mit Sitz in Reinach BL eine neuartige Technologie entwickelt, die auf Messungen und Modellrechnungen beruht. Sie erlaubt es, eine drohende Verschmutzung von flussnahen Brunnen frühzeitig zu erkennen und geeignete Massnahmen bei der Trinkwassergewinnung einzuleiten.

Potenzielle Gefährdung erkennen

Die Wissenschaftler erforschten während drei Jahren im Gebiet der Reinacherheide das komplexe Zusammenspiel von Grundwasser und Flusswasser der Birs. Da der Nachweis von Mikroorganismen in Echtzeit nur mit grossem Aufwand möglich ist, suchten sie nach Parametern, die indirekt eine Gefährdung des Grundwassers anzeigen können. Dies gestaltet sich schwierig, da sich die Gefährdungssituationen bei Hochwasser ständig ändern und immer wieder unterschiedliche Messresultate liefern. Mit statistischen Verfahren lässt sich jedoch aus einer grossen Anzahl von Messdaten die aktuelle Gefährdungssituation erkennen.

Dazu installierten die Forschenden mehrere Sonden, die Daten zu Temperatur, pH-Wert, elektrischer Leitfähigkeit und Wassertrübung erfassen. Diese Informationen werden dann automatisch übertragen, mit statistischen Methoden ausgewertet und mit den Resultaten von Simulationen der Grundwasserströmung verglichen. Zeichnet sich eine potenzielle Gefährdung der Wasserqualität ab, alarmiert das System den Brunnenmeister, damit er die Pumpen so steuern kann, dass sich eine Verunreinigung des Trinkwassers vermeiden lässt.

«Dank dem neuen Analyseverfahren kann der Brunnenmeister eine Gefährdungslage zuverlässig beurteilen, ohne dass er laufend viele unterschiedliche Messdaten interpretieren muss», erläutert Prof. Peter Huggenberger die Vorteile des neuen Überwachungssystems, dessen Entwicklung von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) gefördert wurde.

Technologie mit Marktpotenzial

Der integrative Ansatz von Messtechnik und Gefährdungsanalyse ermöglicht es, adäquat auf eine potenzielle Gefährdung der Wasserversorgung zu reagieren. Das macht die Technologie für zahlreiche Trinkwasserversorger interessant und eröffnet ein grosses Marktpotenzial.

«Die Versorgung mit Wasser ist heute eine der grossen Herausforderungen», sagt Klaus Endress, CEO der Endress+Hauser Gruppe. «Weltweit haben über eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Hier können wir künftig noch besser helfen, eine sichere Versorgung zu gewährleisten.»

Um die Technologie bis zur Marktreife zu entwickeln, haben die Forschenden zusammen mit dem Industriepartner Endress+Hauser bei der KTI um eine Fortsetzung des Projekts nachgesucht.

Externer Link: www.unibas.ch

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10.06.2011 von PaulWutz.

Presseaussendung der TU Wien vom 07.06.2011

Gepresste Strohballen sind ein verblüffend simples und wirkungsvolles Dämmmaterial. An der Technischen Universität (TU) Wien wurde von der Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) das Dämmen mit Stroh nun zur Marktreife gebracht.

Die einfachsten Ideen sind manchmal die besten: Für die Wärmeisolierung von Häusern braucht man nicht unbedingt High-Tech-Materialien, gepresste Strohballen stellen sich als umweltfreundliche und vielseitig einsetzbare Alternative heraus. Die Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) an der TU Wien hat das Konzept genauer untersucht und zur Marktreife gebracht. Die „S-HOUSE Ballen“ sind nun ein offiziell zertifizierter Dämmstoff und können ab sofort eingesetzt werden, um den hohen Ressourcen- und Energieverbrauch der Baubranche zu reduzieren.

CO2-sparende Alternative

„Unser zentrales Ziel war eine Weiterentwicklung des Strohbaus, aufbauend auf bisherigen Forschungsergebnissen“, erklärt Sören Eikemeier (GrAT, TU Wien). Stroh hat viele Vorteile: Es ist ein reines Naturprodukt, speichert Kohlenstoff und ist daher klimafreundlich. Mit einem strohgedämmten Haus lassen sich rund zwanzig Tonnen CO2 vermeiden. Entgegen verbreiteten Vorurteilen brennt Stroh in gepresster Form sehr schlecht und stellt daher kein Sicherheitsrisiko dar.

Behördlich als Baustoff zugelassen

Erzeugt werden nun quaderförmige Dämmelemente in unterschiedlichen Abmessungen aus Getreidestroh. Sie können für Wand- oder Deckenisolierung oder auch für die Dämmung von Dachkonstruktionen eingesetzt werden. Schon von Anfang an war klar: Wenn man nicht nur ein akademisches Konzept vorstellen will, sondern das Produkt tatsächlich auf den Markt bringen möchte, dann ist eine baubehördliche Zulassung der Strohballen als Dämmstoff nötig – und das ist durch die Bemühungen der GrAT an der TU Wien nun gelungen. Damit müssen keine zusätzlichen Auflagen für eine Baugenehmigung mehr erfüllt werden, Bauträger und Nutzer können auf ein Produkt mit hohen Qualitätsstandards vertrauen, das auch Sicherheit in Gewährleistungsfragen bietet. Außerdem wird es als geprüfter ökologischer Dämmstoff mit der Österreichischen Technischen Zulassung (ÖTZ) bei Wohnbauförderungen berücksichtigt.

TU Wien arbeitet am „Haus der Zukunft“

Die „S-HOUSE Ballen“ sind Teil eines Projektes der Programmlinie „Haus der Zukunft“, die vom österreichischen Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie finanziert wird. In vielen Teilprojekten werden Ideen entwickelt, Bauen und Wohnen umweltverträglicher zu machen. Das Bauen mit Stroh gehört zu den international am meisten beachteten Ergebnissen der Programmlinie „Haus der Zukunft“. Österreich hat sich in Europa durch zahlreiche erfolgreich durchgeführte Projekte die Themenführerschaft in diesem Bereich erarbeitet. Unterstützt wurde die Erarbeitung der ÖTZ der S-HOUSE Ballen auch von den Ländern Nieder- und Oberösterreich.

Bestellungen bereits möglich

Das beste Konzept bleibt wirkungslos, wenn man Produzenten und Konsumenten nicht zueinander bringen kann. Produzenten und Landwirte erhalten daher von der GrAT das Know-how zur durchgängigen Logistik und Qualitätssicherung, um den Rohstoff Stroh zu einem marktfähigen Dämmstoff zu verarbeiten. Wer nun daran interessiert ist, sein Haus ökologisch sinnvoll zu dämmen, kann die S-HOUSE Ballen über die GrAT beziehen. Zurzeit ist eine Bestellung der gewünschten Ballenanzahl vor dem Beginn der Ernte erforderlich, an einer ganzjährigen Verfügbarkeit wird gerade gearbeitet. Eine Zwischenlagerung beim Produzenten ist möglich, der Transport kann organisiert werden. Auch Beratung durch Strohbauexperten wird angeboten.

Die GrAT

Die Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) ist ein wissenschaftlicher Verein an der Technischen Universität Wien und setzt sich aus AkademikerInnen und StudentInnen der verschiedensten Fachrichtungen zusammen. Die verbindende Idee ist das gemeinsame Bewusstsein um die Verantwortung für einen sozial- und umweltverträglichen Umgang mit Technik und ihren Folgen. Im Rahmen flexibler Projekt- und Arbeitsstrukturen werden die Themen Angepasste Technologie, Nachhaltige Entwicklung und Kreislaufwirtschaft in interdisziplinären Forschungsprojekten bearbeitet und weiterentwickelt. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

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16.05.2011 von PaulWutz.

Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom Mai 2011

In vielen Ländern der Welt ist sauberes Wasser ein rares Gut. Die Versorgung der Bevölkerung stellt die Behörden oft vor Probleme. In der Mongolei zeigt ein interdisziplinäres Forscherteam, wie sich die knappen Ressourcen effektiv nutzen lassen. Eigens entwickelte Software und Mess-Systeme helfen beim Aufspüren von Schwachstellen.

Die Mongolei ist ein Land der Gegensätze: im Sommer brütend heiß, im Winter eisig kalt; im Norden feucht, im Süden staubtrocken. In der Hauptstadt Ulaanbaatar lebt eine Million der drei Millionen Einwohner dicht gedrängt, während der Rest des riesigen Landes überwiegend von Nomaden mit ihrem Vieh genutzt wird. Eine flächendeckende Versorgung mit sauberem Trinkwasser ist schwierig: Wer sollte auf einer Fläche von 1,5 Millionen Quadratkilometern frostsichere Wasserleitungen verlegen? So nutzen die Menschen auf dem Land schon immer das Wasser aus den Flüssen oder aus Brunnen, die sie selbst graben. Doch diese traditionelle Wasserversorgung stößt jetzt an ihre Grenzen: In den vergangenen Jahrzehnten wurden die Regenperioden während der Sommermonate, die die Grundwasserspeicher aufgefüllt haben, immer seltener. An ihre Stelle traten Unwetter mit sintflutartigen Regengüssen, die oberflächlich abfließen, weil sie keine Zeit haben, zu versickern. Gleichzeitig stieg der Wasserbedarf der schnell wachsenden Bevölkerung. »Die Trinkwasserversorgung wird immer schwieriger. Wenn man sie langfristig sichern will, muss man sehr viele verschiedene Faktoren berücksichtigen und herausfinden, wie sie sich gegenseitig beeinflussen«, erklärt Dr. Buren Scharaw vom Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik AST in Ilmenau. Der gebürtige Mongole arbeitet seit vier Jahren am Projekt MoMo – kurz für »Integriertes Wasser-Ressourcenmanagement in Zentralasien: Modellregion Mongolei«. Projektpartner sind die Universitäten Heidelberg und Kassel, die Bauhaus-Universität Weimar, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, das Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei sowie private Unternehmen. Die Modellregion, die die Forscher unter die Lupe genommen haben, sind das Einzugsgebiet des Flusses Kharaa und Darkhan, eine Stadt mit 100 000 Einwohnern.

Seit Beginn des Projekts 2006 ist Scharaw mehrmals in seine frühere Heimat gereist: Er hat die Wasserqualität der öffentlichen und privaten Brunnen sowie des Verteilungsnetzes untersucht, den Energieverbrauch der Pumpen gemessen, die Effektivität des Klärwerks erforscht. Alle Daten wurden in am AST entwickelte Computermodelle eingespeist. »Mit unserer Wassermanagement-Lösung HydroDyn haben wir erstmals die Möglichkeit, sowohl die Qualität als auch die Quantität der Wasserflüsse sichtbar zu machen und eine künftige Entwicklung zu modellieren«, erläutert der Forscher. Der Status Quo ist verbesserungsfähig: Die Wasserpumpen benötigen viel Energie, die Leitungen sind marode, fast die Hälfte des Trinkwassers versickert auf dem Weg zum Verbraucher. Viele Jurten verfügen über eigene Brunnen, das Wasser ist jedoch häufig mit Keimen kontaminiert, die von Latrinen eingeschwemmt werden. Was also ist zu tun? »Nachdem wir Daten erfasst und Modelle erstellt haben, beginnen wir jetzt, ökonomisch und ökologisch sinnvolle Vorschläge zu erarbeiten«, sagt Scharaw. Sein Team hat hierfür eine Software entwickelt, die ermittelt, wie sich die Wasserversorgung energiesparend und nachhaltig sichern lässt.

Um die Verluste im Trinkwasserverteilungs-Netz zu minimieren, haben die Fraunhofer-Forscher außerdem ein Mess-System entwickelt, mit dem sich Lecks orten lassen: Kleine Sensoren registrieren Druckabfall in den Leitungen, so lassen sich Löcher relativ genau lokalisieren. Ist die undichte Stelle ausgemacht, kann der betroffene Leitungsabschnitt gezielt ausgebessert werden. Um die Schadstoffbelastung der Gewässer zu senken und die Effektivität des bisherigen Klärwerks zu steigern, bauen die MoMo-Forscher jetzt eine Versuchskläranlage, die Mikroorganismen in hoher Konzentration enthält: »Wir erwarten, dass diese Anlage auch in der kalten Jahreszeit, wenn die Aktivität der Mikroorganismen abnimmt, noch gute Ergebnisse liefert. Diese Resultate lassen sich dann auf eine künftige Anlage übertragen.« In drei Jahren, wenn das MoMo-Projekt abgeschlossen ist, wollen die Experten der Verwaltung in Darkhan einen Maßnahmenkatalog vorlegen, der zeigt, wie sich die Wasserver- und -entsorgung in Zukunft effizient und kostengünstig sichern lässt. Einen seiner größten Erfolge sieht Scharaw darin, dass seine Ergebnisse die mongolischen Behörden bewogen haben, den Bergbau bereits in einigen Regionen des Kharaa-Einzugsgebiets zu stoppen: ein Gewinn, der weit über die Verbesserung des Trinkwassers von Darkhan hinausreicht.

Externer Link: www.fraunhofer.de

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18.04.2011 von PaulWutz.

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 14.04.2011

KIT-Wissenschaftler liefern grundlegende Erkenntnisse über die Vorgänge in photoelektrochemischen Zellen und publizieren in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“

Die Erschließung und Nutzung neuer Energiequellen zählt zu den größten Herausforderungen unserer Zeit. Solarenergie spielt dabei eine zentrale Rolle. Eine interessante Variante ist die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie, beispielsweise die Erzeugung von Wasserstoff durch Spaltung von Wasser. Der momentan effizienteste, aber noch wenig verstandene Prozess ist die Titanoxid-basierte Photo-katalyse. Wissenschaftler des KIT-Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) haben in Zusammenarbeit mit Kollegen aus dem In- und Ausland die fundamentalen Mechanismen der Photochemie an Titanoxid untersucht und liefern neue detaillierte Erkenntnisse.

Obwohl die Wasserstoffgewinnung aus Wasser und Sonnenlicht mittels Oxidpulvern schon seit mehreren Jahrzehnten intensiv untersucht wird, gibt es noch immer keine befriedigende Beschreibung der zugrunde liegenden physikalischen und chemischen Mechanismen. Unter der Leitung von Professor Christof Wöll ist es Wissenschaftlern des KIT-Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) nun in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universitäten St. Andrews (Schottland) und Bochum sowie des Helmholtz-Forschungs-zentrums Berlin gelungen, neue Erkenntnisse zu fundamentalen Mechanismen der Photochemie an Titandioxid (TiO2) zu gewinnen.

Titandioxid ist ein photoaktives Material und kommt in der Natur in den zwei Modifikationen Rutil und Anatase vor, wobei die Anatase-Form eine zehnfach höhere photochemische Aktivität besitzt. Fällt Licht auf dieses weiße Pulver, das auch als Pigment in der Malerei und als Sonnenschutzmittel eingesetzt wird, werden Elektronen in angeregte Zustände versetzt und können dann beispielsweise Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff spalten. Der auf diese Weise gewonnene Wasserstoff ist ein „sauberer“ Energieträger, da bei seiner Verbrennung kein klimaschädliches Treibhausgas, sondern lediglich Wasser entsteht. Titandioxid wird auch zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen verwendet. Dabei entfernt einfallendes Sonnenlicht durch photochemische Prozesse unerwünschte Beläge. In Krankenhäusern wird dieser Effekt zur Sterilisierung speziell beschichteter Instrumente durch Bestrahlen mit UV-Licht genutzt.

Die physikalischen Mechanismen dieser photochemischen Reaktionen an Titandioxidoberflächen und insbesondere der Grund für die viel höhere Aktivität von Anatase konnten bislang noch nicht aufgeklärt werden, da die dafür verwendeten Pulverpartikel mit nur wenigen Nanometern winzig klein sind. Solch kleine Partikel sind für die Untersuchung mit leistungsstarken Methoden der Oberflächen-analytik nicht geeignet. Daher haben die Forscher für ihre Messungen Millimeter-große Einkristalle verwendet. An derartigen Substraten konnten dann mit Hilfe eines neuartigen Infrarot-Spektrometers erstmals präzise Messungen zur Photochemie an der Oberfläche von Titandioxid durchgeführt werden.

Außerdem haben die Wissenschaftler mittels einer laser-basierten Technik die Lebensdauer von lichterzeugten elektronischen Anregungen im Inneren von TiO2-Kristallen bestimmt. Genaue Informationen über diese Prozesse sind von großer Bedeutung, wie Christof Wöll, Leiter des IFG, erklärt: „Eine kurze Lebensdauer bedeutet, dass die angeregten Elektronen sofort wieder in ihren Ausgangszustand zurück fallen. Es entsteht eine Art interner Kurzschluss. Bei einer großen Lebensdauer bleiben die Elektronen lange genug im angeregten Zustand, um die Oberfläche des Kristalls zu erreichen, wo sie dann chemische Prozesse in Gang setzen.“ Anatase ist hierfür besonders gut geeignet, weil die elektronische Struktur dieses Materials eine Besonderheit aufweist, die diesen „internen Kurzschluss“ verhindert. Die Kenntnis dieser Ursache wird es den Forschern nun erlauben, Form, Größe und Dotierung der in den Photoreaktoren eingesetzten Anatase-Partikel weiter zu optimieren. Ziel ist es, photoaktive Materialien mit höheren Wirkungsgraden und längeren Lebensdauern zu entwickeln. “Für die Erzeugung elektrischer und chemischer Energie aus Sonnenlicht haben die Ergebnisse von Wöll und Mitarbeitern eine große Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf die Optimierung von Photoreaktoren,“ sagt Professor Olaf Deutschmann, Sprecher des Helmholtz-Graduiertenkollegs “Energy-related Catalysis“. (twn)

Publikation:
Mingchun Xu, Youkun Gao, Elias Martinez Moreno, Marinus Kunst, Martin Muhler, Yuemin Wang, Hicham Idriss, Christof Wöll, Phys. Rev. Lett. 106, 138302 (2011)

Externer Link: www.kit.edu

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