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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
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