Studien-, Bachelor-, Diplom- und Masterarbeiten:

 

Die nachfolgenden Themen können zum Teil alleine, zu Zweit oder im Team (Projektarbeit) bearbeitet werden. Auch sind die Themen modifizierbar. Eigen vorgebrachte Themen oder auch Arbeiten bei Firmen betreue ich, sofern sie in meinem Interessens- und Kompetenzbereich liegen, ebenfalls (Stand 26.02.2009).

 

1.    Prognosen zu Auswirkungen und Empfehlungen zu Verminderung des Klimawandels des Vierten Sachstandsberichts der IPCC

Die internationale Klimaforschung wird von dem renommierten Weltklimarat IPCC beobachtet, ausgewertet und mit viel Publicity publiziert. Die allgemeinen Ergebnisse kennen Sie aus den Medien. Doch uns geht es ums Detail: Der erste Band über die „Wissenschaftlichen Grundlagen“ des 4ten Sachstandsberichts aus dem Jahr 2007/08 wurde am Institut ausgewertet. Unsere Untersuchungen zeigen, dass die Ergebnisse des IPCC in den Medien nicht korrekt, sondern tendenziös und aufbauschend wiedergegeben werden. Dies veranlasst uns zu einer Folge-Untersuchung über die Bände II und III des Vierten Sachstandberichts der IPCC, in denen Auswirkungen eines Klimawandels auf Basis von Klimamodellen und Handlungsempfehlungen zur Verminderung eines Klimawandels ausgearbeitet sind. Die Aussagen des Sachstandsberichts zu analysieren und die Medienberichte zu objektivieren sowie die Verbesserungen gegenüber dem dritten Bericht aus dem Jahr 2001aufzuzeigen sind Gegenstand dieser aktuellen Arbeit.

 2.    Die wirtschaftlichen Auswirkungen des Klimawandels

Wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden, führt der Klimawandel zu Überschwemmungen und Zerstörungen zivilisatorischer Einrichtungen immensen Ausmaßes, die auf Hunderte von Billionen Euro (100 x 1012) pro Jahr weltweit geschätzt werden. Der Stern-Report von Ende 2007 schätzt ab, dass die wirtschaftlichen Gegenmaßnahmen, um die Konzentrationen der Treibhausgase auf etwa 550 ppm (Vorindustriell 280 ppm) zu begrenzen, lediglich auf etwa 1 – 2 Prozent des nationalen bzw. internationalen Bruttoinlandsproduktes belaufen. Vorbeugen anstatt Nachsorgen lohnt sich. Diesen Bericht sowie andere Untersuchungen zur wirtschaftlichen Auswirkung des Klimawandels sowie zu den Kosten zur Vorbeugung und Nachsorgung ist Gegenstand dieser Arbeit.

 3.    Der Einfluss des Wasserdampfes auf unser Klima

 4.    Untersuchungen zur Kritik und zu Alternativmodellen zum Treibhausmodell

 5.    Vision Wasserstoff-Wirtschaft

Wasserstoff hat den höchsten Energieinhalt aller Stoffe, ist vielseitig einsetzbar, umweltfreundlich und könnte der Energieträger der Zukunft sein. Es gibt jedoch renommierte Kritiker, die sagen, dass die Wasserstoffwirtschaft teuerer wäre als die direkte Nutzung der regenerativen Energien, ja, dass die Wasserstoffgewinnung sogar energetisch negativ sei.

a)   Multiple Wasserstofferzeugung:

30 Mio. Tonnen Wasserstoff werden heutzutage industriell überwiegend über chemische Verfahren gewonnen. Ist der Strom preisgünstig (Wasserkraft, Kernenergie, Solar, etc.), dann besteht die Option über Elektrolyse. Biochemische Verfahren bieten sich zukünftig ebenfalls an. Wie groß sind die Kosten, der Energieaufwand und die CO2-Emissionen zur Herstellung von 1 m³ Wasserstoff nach den verschiedenen Verfahren? Welche Entwicklungspotenziale haben diese Verfahren? Ist der H2-Erntefaktor wirklich negativ? Diesen Fragen auf den Grund zu gehen ist Gegenstand dieser Arbeit.

b)   Solare Wasserstoffwirtschaft:

Wasserstoff regenerativ mit Photovoltaik und Elektrolyse aus Wasser erzeugen, dann speichern und bei Bedarf Strom, Kraft und Wärme mit H2-Turbinen, Brennstoffzellen, direkte Verbrennung, etc. in Kraftwerken, Industrie, Auto und Haushalten erzeugen – das ist die Vision einer nachhaltigen Energiewirtschaft. Die Wirtschaftlichkeit der H2-Wirtschaft im Vergleich zu derjenigen mit direkter Nutzung regenerativer Energien zu untersuchen ist Gegenstand dieser Arbeit. Konkret: Was kostet 1 kWh Strom aus der Kette Solarzellen in Sahara – Elektrolyse – H2-Pipeline / H2-Kryotanker (Sahara – Europa) – H2-Stromgenerator in Deutschland im Vergleich zur Kette Solarzellen in Sahara – HGÜ nach Europa – Transformator - direkte Nutzung. Oder: Was kostet 1 kWh Arbeit aus der Kette Solarzellen in Sahara – Elektrolyse – H2-Pipeline / H2-Kryotanker – Brennstoffzellen-Pkw in Deutschland im Vergleich zur Kette Biomasseplantage in den Tropen – Transport nach Europa - BTL-Kraftstoff-Raffinerie -  Otto-Pkw. Weitere Ketten sollen ggf. untersucht werden.

6.    Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit von Fernübertragungen elektrischer Energie

7.    Das virtuelle regenerative Kombikraftwerk für sichere Stromversorgung

 8.    Das Potenzial der Photovoltaik und Solarthermie in Ballungsgebieten

Wir freuen uns über jede Solarzellen- oder Solarkollektor-Anlage. Die Zuwachsraten sind phantastisch. Wo werden sie vor allem montiert? Auf Einzelhäusern, auf wenigen Hallen und im freien Gelände. In Innenstädten, dichten Bebauungsgebieten und auf Produktionsanlagen der Industrie, also dort, wo viel Energie benötigt wird, findet man sie bislang kaum. Das Potenzial der PV und ST am Beispiel der Quadrate Mannheims, also innerhalb des Rings liegende Bebauung, hausgenau zu ermitteln,  Bedarf und Angebot zu spiegeln, Lösungsvorschläge zu finden und Szenarien anzustellen ist Gegenstand unserer Untersuchung.

 9.    Das Potenzial der Erneuerbaren Energien für ein Industriegebiet am Beispiel der BASF in Ludwigshafen

Analoge Untersuchung zu Zif.7, jedoch unter Einschluss aller erneuerbarer Energien.

 10. Ist-Stand und Entwicklungen von Langzeitspeichern und Saisonalspeichern für die Nutzung der Solarwärme

Die Sonne schenkt uns ihre Wärme umsonst, im Sommer im Überfluss, doch im Winter in geringer Intensität, gerade dann, wann wir viel Heizungswärme benötigen. Die Solarthermie hat nur dann langfristig die Chance, wenn es ihr gelingt, die Sonnenenergie im Sommer mit Langzeitspeichern und sog. Saisonalspeichern zu tanken und im Winter zu nutzen. Schweden scheint führend. Die nationale und internationale Entwicklung solcher Speicher und Nutzungssysteme zu untersuchen ist Gegenstand dieser Arbeit.

 11. Das theoretische und technische Potenzial der Erneuerbaren in Deutschland, Europa und in der Welt.

Dazu gibt es Zahlen im Buch Erneuerbare Energien von Kaltschmitt, die jedoch aus dem Jahr 2000 und früher stammen. Aufgabe dieser Arbeit ist eine umfassende Literaturrecherche über aktuelle Daten zu den Potenzialen der Erneuerbaren mit Bewertung und Folgerungen.

 12. Untersuchung zur Wirtschaftlichkeit von Heizungsanlagen mit regenerativen Energien für ein 2-Familienhaus und 10-Familienhaus.

Moderne, nachhaltige Heizungsanlagen setzen Solarkollektoren, Erdwärme, Pellets, Biogas oder Rapsöl ein. Die Wirtschaftlichkeit der Heizungsanlagen wird je nach Institution gut oder schlecht gerechnet. Wir wollen ein einfaches, doch gutes Wirtschaftlichkeitsberechnungsmodell selbst aufstellen, in dem die Kosten für Investitionen, Betrieb, Energieinput, die Erlöse, der Zinssatz, die staatliche Förderung, Abschreibung, Nutzungsdauer der Anlage, etc. eingehen. Dieses Modell soll einfach handbar auf dem PC sein. Damit soll die Wirtschaftlichkeit der Anlagen errechnet, mit einer Ergas- oder Heizöl befeuerten konventionellen Heizungsanlage verglichen, Literaturwerte herangezogen und insgesamt bewertet werden. Wir wollen uns auf eine unabhängige Basis stellen. (Beschränkung auf weniger Arten ist möglich)

 13. Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit von Kraftwerksanlagen mit regenerativen Energien bei kleiner und großer Leistungseinheit (10 MW, 1000 MW).

Mit dem in Nr. 9 oder hier entwickelten Wirtschaftlichkeitsberechnungsmodell soll die Wirtschaftlichkeit von Stromerzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien errechnet werden. Als Anlagen nachhaltiger Energieträger kommen hier in Frage: PV-Anlagen, Solarkraftwerke, Windkraftparks, Geothermieanlagen, Biogas-GT und Biomassekraftwerke. Beschränkung auf weniger Arten sind möglich. Die Ergebnisse sind untereinander und mit Literaturergebnissen zu konventionellen und nuklearen Kraftwerken zu vergleichen und insgesamt zu bewerten. Auch hier wollen wir uns auf eine von den EVU’s möglichst unabhängige Basis stellen.

 14. Untersuchungen zur Ökobilanz und Nachhaltigkeit von Heizungsanlagen mit regenerativen Energien für ein 2-Familien- und 10-Familienhaus.

Die Beurteilung von Heizungsanlagen darf nicht nur nach Wirtschaftlichkeitskriterien, sondern muss auch nach Umweltverträglichkeit erfolgen oder wie wir heute sagen: die Nachhaltigkeit muss stimmen. Die gilt nicht nur für konventionell befeuerte Heizungsanlagen, sondern auch für Heizungsanlagen, die Solarkollektoren, Erdwärme, Pellets, Biogas oder Rapsöl einsetzen. Auch diese haben Emissionen (Abgase, Feinstaub, Abwasser, Lärm, etc.) mehr oder minder stark. Es sind die Emissionen von Anlagen am Beispiel eines 2-Familien- und 10-Familienhauses bei Betrieb, Errichtung und Stilllegung der Anlagen zu ermitteln und sog. Ökobilanzen aufzustellen. Auch die Energiemengen zur Errichtung, zum Betrieb und zur Stilllegung der Anlage und ihr Verhältnis zur produzierten Energiemenge, der sog. Erntefaktor sind von Bedeutung. Diese zu ermitteln sind häufig sehr aufwändig und kann meist nur von größeren Forschungsinstitutionen geleistet werden. Wir wollen deren Ergebnisse zusammentragen, eigene Abschätzungen machen, relativieren und damit eigene Bewertungen aufstellen. (Beschränkung auf weniger Anlagen ist möglich)

 15. Mit welchen Anteilen kann sich Deutschland, Europa oder die Welt selbständig mit Biokraftstoffen für den Verkehr versorgen?

(Kann in 3 Arbeiten unterteilt werden)

 16. Konzeptionen, Entwicklungen und Stand der BtL-Kraftstoffe

 17. Wie nachhaltig ist die energetische Nutzung der Biomasse?

Zum Potenzial der Nutzung der Biomasse werden in der Literatur und in den Medien phantastische Zahlen genannt. Wird die Biomasse der Natur entnommen, direkt verbrannt oder zu Biogas, Biokraftstoffen, etc. umgewandelt und energetisch genutzt, aber die Reststoffe wie Asche, Schlacke, Press-, Filterkuchen, Schrot, Schlempe, Gülle, Mist, etc. nicht in die Natur zurückgegeben, dann verarmt der Boden im Laufe der Zeit an Mineralien und Nährstoffen zum Aufbau neuer Biomassen. Bei der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung wird der Kreislauf dank dem Naturverständnis des Landwirts traditionell sichergestellt. In der Forstwirtschaft und Biowirtschaftlich für intensive energetische Nutzung wird dieses Kreislaufverständnis bislang kaum, z.T überhaupt nicht praktiziert. Würde man statt Raubbau Nachhaltigkeit in der energetischen Biomassenutzung einführen, dann müssten die Flächen und Flächenerträge sowie die Wirtschaftlichkeit der Biomassenutzung entsprechend angepasst und das technische Potenzial der Nutzung von Biomassen korrigiert werden. Die Untersuchung der Auswirkungen extensiver energetischer Biomassenutzung und Erarbeitung von Lösungsvorschlägen ist Gegenstand dieser Arbeit.

 18. Aufforstung als Kompensation fossiler CO2-Emissionen (vergeben)

 19. Intensive weltweite Aufforstung: Ein Weg aus der Klimakrise?

20. Wie lange reichen unsere Energievorräte? (vergeben für Erdöl und Erdgas, offen für Kohle und Uran)

Über die Reichweite von Kohle, Erdöl, Erdgas und Uran wird in den Medien viel, zum Teil Widersprüchliches geschrieben und in der Politik nach Belieben geredet. Wir wollen hier die Reserven,  Ressourcen und Reichweiten der fossilen und nuklearen Energieträger aus seriösen Literaturquellen zusammentragen und eine objektive Bewertungsbasis aufstellen.

 21. Der Zukunftsreaktor HTR

In Finnland wird derzeit der klassische, doch fortgeschrittene Druckwasserreaktor EPR mit höheren Sicherheitsbarrieren gebaut. Schweden will wieder in die Kerntechnik einsteigen. Wie ist der Entwicklungsstand und wie sind die Aktivitäten zu innovativen Reaktoren, z.B. Hochtemperaturreaktor HTR, flüssigmetallgekühlten Reaktoren LMR, Fusionsreaktoren, etc? Der in Deutschland entwickelte HTR hat ein viel höheres inhärentes Sicherheitspotenzial als herkömmliche Kernreaktoren und sein Wirkungsgrad ist ebenfalls deutlich größer. Es gab Pläne für kleine, modulartige HTR’s, die in Kraft-Wärme-Kopplung sogar stadtnah aufgestellt werden könnten. Die Patente sind verkauft. Wie ist der Entwicklungsstand, in welchen Ländern wird an seiner Weiterentwicklung und Realisierung gearbeitet, was sind seine Potenziale?  

22. Stand der Entwicklung der Brennstoffzellen

Die Brennstoffzelle wurde bereits 1896 erfunden. Dann lebte sie in der Raumfahrt seit 1964 auf. U-Boote mit Brennstoffzellen sind im Einsatz. Im Jahr 2000 prognostizierte die Automobilindustrie den wirtschaftlichen Brennstoffzellen-Pkw für das Jahr 2005. Doch Meilen noch sind wir davon entfernt! In Forschung, Raumfahrt und Militär, wo die Kosten nicht die entscheidende Rolle spielen, sind BZ im Einsatz, nicht jedoch in der freien Marktwirtschaft. Wie ist ganz konkret der Stand der Entwicklung der BZ für den Individualverkehr? Liegt es an der BZ oder an ihrer Peripherie? Wie sind die Perspektiven? Diesen Fragenkomplex für mobile BZ zu untersuchen ist Gegenstand dieser Arbeit.

In einer weiteren Arbeit soll diesem Fragenkomplex für stationäre BZ nachgegangen werden.

 23. Potenziale regionaler Kraft-Wärme-Kopplung

Die simultane Erzeugung von Strom und Wärme ist die effizienteste Brennstoffausnutzung mit Wirkungsgraden bis zu 95%. Die Technik dazu ist in Form der BHKSs und der kommunalen Fernwärmeerzeugung verfügbar. Doch sie wird noch viel zu wenig genutzt. Stattdessen ist eine Vielzahl reiner Strom-Kraftwerke geplant. Das Ballungsgebiet Rheinland-Ruhrgebiet von Köln bis Dortmund ist eine riesige Energiesenke. Wie groß ist sein Potenzial für Kraft-Wärme-Kopplung? Wie groß ist die derzeitige Nutzung? Dicht bei liegt das größte Braunkohlegebiet Deutschlands, in dem nur Strom in riesigen Kraftwerksmeilern erzeugt wird. Könnte dieses Braunkohlegebiet auch für simultane Strom- und Fernwärme-Erzeugung für das Ballungsgebiet genutzt werden? Wie groß wäre hierdurch die Energieeinsparung? Dieser dahinterstehende Fragenkomplex unter technischen, wirtschaftlichen, logistischen und ökologischen Aspekten im ersten Durchgang grob konzeptionell zu untersuchen ist Gegenstand dieser Arbeit.  

 24. Erntefaktor und Amortisationsdauer der erneuerbaren und klassischen Energieerzeugungsanlagen

Die Kennzahl Erntefaktor f gibt das Verhältnis von Energiegewinn zu Energieaufwand (genau: Quotient aus Nettoenergieerzeugung während der Nutzungsdauer und kumuliertem Energieverbrauch für Herstellung der Anlage und Teile sowie der Betriebsmittel) an. Nur für Anlagen mit f > 1 ist ein Betrieb sinnvoll. Die Amortisationszeit ist die Betriebsdauer einer Energie erzeugenden Anlage, in der die kumulierte Nettoenergie genauso groß geworden ist wie der Energieaufwand zur Errichtung der Anlage. Dazu gibt es widersprüchliche Angaben, insbesondere zur Photovoltaik und Windkraft. Allerdings wurden gerade in diesen Technologien im letzten Jahrzehnt großartige Entwicklungen erzielt. Diese Untersuchung soll in einem breiten Literaturstudium die aktuellsten Berechnungen eruieren, bewerten und eine objektive und aktuelle Gegenüberstellung dieser Kennwerte für die Stromerzeugenden Anlagen Photovoltaik, Windkraft, Wasserkraft, Gasturbinen-, Kohle- und Kernkraftwerk liefern.

 25. Energiesparen und Energieeffizienz

Energiesparen und Energieeffizienz sind große, hehre Worte derzeit in den Munden von Politikern und Energiegurus. Phantastische Einsparpotenziale werden genannt. Sind die Zahlen realistisch? Wie wirtschaftlich sind konkret Energiesparen und Energieeffizienz?

a)   Im Haushalt:

Wo und wie viel Energie kann der Bürger ganz konkret im Haushalt sparen? Was kostet ihn dies und wie viel Euro gewinnt er hierbei konkret und momentan?

Beispiele: Welchen Energieverbrauch haben Haushaltsgeräte (Kochherd, Waschmaschine, Kühlschrank, Beleuchtung, Fernsehanlage, etc.) 10 Jahre alt, heutige Geräte in Standard und in Energiesparausführung? Was kosten diese? Wie ist die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung? Wie viel Energie kostet beispielsweise eine Tasse Kaffee im Kochtopf, Wasserkocher oder aus der Kaffeemaschine? Wie viel Energie kostet ein Mittagessen mit Schnitzel, Kartoffeln und Gemüse, zubereitet in Pfanne, Kochtopf und Normalherd oder zubereitet in Pfanne, Schnellkochtopf und Induktionsherd oder Fertiggericht im Mikrowellenherd?

b)   Im Büro und Dienstleistungsgewerbe:

Wo und wie viel Energie kann ein Dienstleistungsbetrieb ganz konkret im Büro, in der Praxis oder im Restaurant sparen? Wie hoch sind die Investitionskosten für Energie sparende Geräte? Wie ist die Wirtschaftlichkeit?

Beispiele: PC, Drucker, Kopierer, Beleuchtung, Telefonanlage, Fernseher

c)    In der Industrie: analog

d)   Bauwesen: analog.

 26. Kosten und Nutzen der Photovoltaik-Förderung

Die Einspeisung von elektrischem Strom aus PV-Anlagen ins Netz wird mit rd. 45 Cent/kWh (leicht degressiv) seit Einführung des EEG im Jahr 2000 gefördert. Für jede Anlage wird die Förderung 20 Jahre lang gewährt. Dadurch boomt die Installation von PV-Anlagen in Deutschland. Milliarden Euro erfordert diese Förderung. Wegen dieses Booms, aber auch wegen struktureller Schwächen müssen Teile der Solarzellen und PV-Anlagen importiert werden. Die Wertschöpfung der PV-Installationen soll in Deutschland nur 60 – 70 % betragen. In dieser Arbeit sollen einmal die Kosten der Förderung hochgerechnet werden und zum anderen die Installationskosten sowie der nationale Wertschöpfungsanteil ermittelt, beides einander gegenübergestellt und der volkswirtschaftliche Erfolg bewertet werden.

 27. Szenarien zur Entwicklung der Energieversorgung Deutschlands und der Welt

Besonders bekannt und breit anerkannt hierzu ist die Shellstudie aus dem Jahr 1998. Die eskalierende Thematik des Klimawandels, der Endlichkeit fossiler Energieträger sowie die Ideologisierung der Energiediskussionen haben eine Reihe neuer Prognosen über mögliche Entwicklungen zukünftiger Energieversorgung auf den Markt kommen lassen. Diese gilt es zusammen zu tragen,  zu bewerten, zu objektivieren sowie möglicherweise ein eigenes Szenario aufzubauen.

 28. Stand, Entwicklungen und Prognosen alternativer Antriebe für den Individualverkehr

Mit dem Hybridmotor kam neuer Schwung in die Automobilkonzerne zur Entwicklung alternativer Antriebe. Doch hat der Hybridantrieb eine langfristige Perspektive? Im Dieselotto steckt noch viel Entwicklungspotenzial. Ferner haben die Elektroantriebe über Batterie und Brennstoffzelle Zukunft. Es ist der internationale Endwicklungsstand der Antriebe Hybrid, Dieselotto, Brennstoffzelle und Batterie getriebener Elektromotor zu ermitteln und hinsichtlich zeitlicher Verfügbarkeit, spezif. Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen, Reichweite, Kraftstoffinfrastrukturen, Betriebs- und Herstellungskosten, Weiterentwicklungspotenzial, etc. zu bewerten. Diese Arbeit kann auch in mehreren Arbeiten aufgeteilt werden.  

29. Das Potenzial autarker Biokraftstoff-Versorgung für den Individualverkehr von Deutschland, Europa und der Welt

 30. Die zwei Seiten der fossilen Energienutzung („Segen und Fluch …“)

 31. Es folgen noch Themen zur Umweltüberwachung