Themenreader der UTIL

TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN
FAKULTÄT III – PROZESSWISSENSCHAFTEN
INSTITUT FÜR TECHNISCHEN UMWELTSCHUTZ
ARBEITSGRUPPE UTIL
Themenreader der
UTIL-Arbeiten
Arbeitsgruppe UTIL
Sommersemester 2015
Vorabversion: Stand 22.04.2015
Themenreader der UTIL-Arbeiten
Inhaltsverzeichnis
AW 1: E-Bikes - Batterie-Boost in der urbanen Mobilität..............................................................................1
AW 2: Apfelkernenergie ................................................................................................................................2
ÖTOX 1: Schadstoffe in Ökosystemen...........................................................................................................3
ÖTOX 2: Schadstoffe im Ökosystemen..........................................................................................................4
SEE 1: KIEZLADEN Berlin - Strategieentwicklung......................................................................................5
SEE 2: KIEZLADEN Berlin - Ökobilanz.......................................................................................................6
UC 1: Wer messen kann, ist klar im Vorteil – Qualität der Innenraumluft......................................................7
UC 2: Die Berliner Luft - Immer besser und doch nicht gut...........................................................................8
UVT 1: Entwicklung eines Abwasserrecyclingkonzepts für die Berliner Schultheiss-Kindl-Brauerei ..........9
WRH 1: Stoffspuren im Berlin Wasserkreislauf...........................................................................................10
WRH 2: Sulfat in der Spree – Ein Problem für Berliner Trinkwasser?.........................................................11
Arbeitsgruppe UTIL
I
SoSe 2015
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AW 1: E-Bikes - Batterie-Boost in der urbanen Mobilität
Unsere Gesellschaft erlebt eine immer stärkere Diffusion neuer Technologien und treibt damit
eine rasante Entwicklung von mobilen Geräten aller Art voran. Die Elektrizitätsversorgung
erfolgt dabei über leistungsfähige Batteriesysteme, welche durch verschiedene chemische
Systeme und Bauformen charakterisiert sind. Der urbanen Mobilität und dem Wunsch nach
ökologischeren Fortbewegungsmitteln kommen hierbei eine immer stärkere Bedeutung zuteil.
Im Jahr 2010 wurden deutschlandweit etwa 200.000 E-Bikes verkauft. Drei Jahre später haben
sich die Verkaufszahlen schon mehr als verdoppelt und die steigende Entwicklung im Absatz reißt
nicht ab [eurorad.de, 2014]. Die E-Bike-Trends für 2015 heißen: E-Mountainbike, Kompakt-EBike und E-Lastenrad [elktrobike-online.com, 2015]. Entsprechend steigen einerseits die
Anforderungen an u.a. die eingesetzten Akkumulatoren (Li-Ion-Systeme), Rohstoffstoffeinsätze,
Motoren, und andererseits an das Recycling eben dieser.
Im Rahmen der UTIL-Arbeit ergeben sich folgende Ziele:
•
Hintergrundrecherche zu E-Bikes, d.h. Bauarten, Kategorien, Antriebssysteme, etc.
•
Inventarisierung der E-Bikes für Deutschland und Abbildung des Lebenszyklus
(Verkaufszahlen, Rohstoffeinsatz, End-of-Life)
•
Untersuchung des Potenzials und Trends für E-Bikes in Zukunft
•
Darstellung des Bedarfs (kritischer) Rohstoffe für aktuelle und kommende Produktion
Arbeitsgruppe UTIL
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SoSe 2015
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AW 2: Apfelkernenergie
Apfelkernenergie - Welchen Beitrag kann die Vergärung von Berliner Bioabfällen zum
Klimaschutz und zur Energieversorgung leisten?“
Die Berliner Stadtreinigung (BSR) hat im Juni 2013 eine Biogasanlage zu Behandlung der
Berliner Bioabfälle in Betrieb genommen. Seitdem wirbt die BSR, mit Werbeslogans wie
„Klasse, Lasse“ (auf dem Werbebanner sammelt Lasse Küchenabfälle) oder „Ja zu Kernenergie“
(Auf dem Werbebanner ist ein Apfelgriebsch mit Kernen und Zapfhahn abgebildet), für eine
separate Sammlung von Biogut. In der Biogasanlage wird daraus dann Biogas, welches die
Müllfahrzeuge der BSR antreibt.
„Allet schön und jut“, mag sich manch ein Berliner denken, aber für den gemeinen
Umweltingenieur fängt hier erst Arbeit an.
Im Rahmen dieser UTIL-Arbeit wollen wir uns gemeinsam die Biogasanlage der BSR ein wenig
genauer anschauen. Das Ziel soll es sein, die Anlage hinsichtlich ihrer Energiebereitstellung und
ihrer Klimawirksamkeit zu bewerten. Wie viel Bioabfall wird behandelt? Wie viel Biogas entsteht
und wie viel Energie steckt darin? Wie viel Energie könnten Biogasanlagen bereitstellen, wenn
die Berliner besser trennen würden? Was passiert mit den festen und flüssigen Gärresten und wie
können diese genutzt werden? Um diese Fragen zu beantworten, sollen folgende Arbeitspakete
bearbeitet werden:
1.
Erstellung einer Massenbilanz für die Biogasanlage der BSR
2.
Quantifizierung des Berliner Bioabfallpotentials und der daraus möglichen Energienutzung
3.
Erstellung einer CO2-Bilanz für die Biogasanlage inklusive der Gärrestbehandlung
4.
Bewertung der Biogasanlage hinsichtlich ihres Klimaeinflusses
Im Rahmen dieser Arbeit ist eine Exkursion zur Biogasanlage geplant.
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ÖTOX 1: Schadstoffe in Ökosystemen
In den letzten Jahren wurden Schadstoffe, insbesondere Pharmaka, Pflanzenschutzmittel,
endokrin wirksame Substanzen sowie andere prioritäre Stoffe, und deren Rückstände in
Ökosystemen verstärkt untersucht, um das Potenzial ihrer Umweltgefährdung abzuschätzen. Das
Ausmaß eventueller Gefahren für die Umwelt und möglicherweise auch für den Menschen ist
nach wie vor noch unklar. Jedoch sind für einzelne Wirkstoffe bereits deutliche Risiken für die
Umwelt erkennbar, z.B. das Geier-Sterben in den 90er Jahren auf dem indischen Subkontinent
durch Diclofenac, die Hemmung des Wachstums von Algen und Pflanzen durch Antibiotika, die
Störungen in der Reproduktion und Geschlechtsentwicklung bei v.a. im Wasser lebenden
Wildtieren insbesondere durch Hormone usw.
Im Rahmen des UTIL-Projekts Ökotoxikologie - 1 wird die Umweltbelastung durch das
synthetische Hormon Methyltestosteron untersucht, welches in der Aquakultur wie bei Aufzucht
von Tilapia verbreitet eingesetzt wird.
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ÖTOX 2: Schadstoffe im Ökosystemen
In den letzten Jahren wurden Schadstoffe, insbesondere Pharmaka, Pflanzenschutzmittel,
endokrin wirksame Substanzen sowie andere prioritäre Stoffe, und deren Rückstände in
Ökosystemen verstärkt untersucht, um das Potenzial ihrer Umweltgefährdung abzuschätzen. Das
Ausmaß eventueller Gefahren für die Umwelt und möglicherweise auch für den Menschen ist
nach wie vor noch unklar. Jedoch sind für einzelne Wirkstoffe bereits deutliche Risiken für die
Umwelt erkennbar, z.B. das Geier-Sterben in den 90er Jahren auf dem indischen Subkontinent
durch Diclofenac, die Hemmung des Wachstums von Algen und Pflanzen durch Antibiotika, die
Störungen in der Reproduktion und Geschlechtsentwicklung bei v.a. im Wasser lebenden
Wildtieren insbesondere durch Hormone usw.
Das UTIL-Projekt Ökotoxikologie - 2 konzentriert sich auf die Untersuchung der Umweltbelastung durch das Substanz Fipronil, welches als Antiparasitika für Hunde, als Schädlings bekämpfungsmittel z.B. gegen Ameisen, Kakerlaken, und als Pflanzenschutzmittel
(ausschließlich zur Saatgutbehandlung) verbreitet angewendet wird. Fipronil steht jedoch im
Verdacht des hohen akuten Risikos für Bienen (Bienensterben) sowie im Zusammenhang mit dem
starken Rückgang der Süßwasserkrebs-Population in amerikanischen Reisfarmen, wo das mit
Fipronil gebeizte Reis-Saatgut angebaut wurde.
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SEE 1: KIEZLADEN Berlin - Strategieentwicklung
Die Anforderungen an die Stadtentwicklung sind in den letzten Jahrzehnten immer weiter
gestiegen, insbesondere vor dem Hintergrund der zunehmenden Konkurrenz um fossile
Brennstoffe, bewohnbares Land, Trinkwasser, Nahrungsmittel und Rohstoffe. Hinzukommen
noch nicht abschätzbare Umweltauswirkungen durch die vom Menschen mitgestaltetem
Klimawandel. Innovative Lösungen zur nachhaltigen Steuerung der zukünftigen
Stadtentwicklung sind gefragt, die gleichzeitig negativen sozialen Veränderungen
entgegenwirken. Eine Möglichkeit, die hier näher untersucht werden soll, ist die Entwicklung von
Strategien zum nachhaltigen Umgang mit Ressourcen. Wiederverwendung (ReUse) und
Reparatur (RePair) bedingen eine höhere Qualität der Produkte, können aber in der
Produktnutzung Ressourcen schonen und Abfall vermeiden.
Thema 1: Strategieentwicklung
Es soll am Beispiel des Transformationsexperiments "KIEZLADEN Brunnenstraße" Strategien
entwickelt werden, um die Themen: "Teilen, Schenken, Reparieren, Wiedernutzung und Bildung"
besser in der Öffentlichkeit darzustellen. Positive Erfahrungen mit dem Ausbau und Einsatz neuer
Organisationsformen des Reparaturhandwerks wurden beispielsweise in Österreich gemacht. Das
dortige ReUse und Reparaturnetzwerk RepaNet.at zeigt, wie durch sektorspezifische
Schulungsreihen neue Marktchancen durch die Vermittlung von Tools, Strukturen und Strategien
ergriffen werden (http://www.repanet.at/). Weltweit organisieren sich freiwillig technikbegeisterte
Schrauber auf dem internationalen Webportal iFixit.com (http://www.iFixit.com) und beweisen,
dass selbst die kompliziertesten Reparaturen von Laien durchführbar sind. Hinzukommen die
Möglichkeiten durch den 3D Druck, der u.a. das Drucken kleiner Ersatzteile ermöglicht. Viele
Design-Daten oder Open Source Modelldateien sind auf dem Portal thingiverse.com
(http://www.thingiverse.com) verfügbar. Am Ende soll der Mehrwert aufgezeigt werden, der
durch die Umsetzung der erarbeiteten, innovativen Strategien bezüglich eines nachhaltigen
Konsums möglich ist.
Arbeitsgruppe UTIL
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SEE 2: KIEZLADEN Berlin - Ökobilanz
Die Anforderungen an die Stadtentwicklung sind in den letzten Jahrzehnten immer weiter
gestiegen, insbesondere vor dem Hintergrund der zunehmenden Konkurrenz um fossile
Brennstoffe, bewohnbares Land, Trinkwasser, Nahrungsmittel und Rohstoffe. Hinzukommen
noch nicht abschätzbare Umweltauswirkungen durch die vom Menschen mitgestaltetem
Klimawandel. Innovative Lösungen zur nachhaltigen Steuerung der zukünftigen
Stadtentwicklung sind gefragt, die gleichzeitig negativen sozialen Veränderungen
entgegenwirken. Eine Möglichkeit, die hier näher untersucht werden soll, ist die Entwicklung von
Strategien zum nachhaltigen Umgang mit Ressourcen. Wiederverwendung (ReUse) und
Reparatur (RePair) bedingen eine höhere Qualität der Produkte, können aber in der
Produktnutzung Ressourcen schonen und Abfall vermeiden.
Thema 2: Ökobilanz
Die Praxis des Teilen, des Reparieren und der Wiedernutzung soll mithilfe ökologischer Kriterien
bewertet und auf ihre Anwendbarkeit in der Praxis geprüft werden. Verschiedene Methoden auf
Basis der Ökobilanz zur Bewertung der Umweltdimension und deren entsprechende Indikatoren
sind bereits gut quantifizierbar. Trotzdem gilt es, die identifizierten Ursachen-Wirkungsketten im
Bereich der Reparaturdienstleistungen zur quantifizierbaren Analyse potenzieller
Umweltauswirkungen aufzubereiten. Die Auswahl der untersuchten Indikatoren kann dann den
Beitrag zum Treibhauspotential, zur Human- und Ökotoxizität oder zum Verbrauch abiotischer
Ressourcen analysieren unter der Berücksichtigung des gesamten Lebensweges, d.h. von der
Rohstoffentnahme über die Produktion und Nutzung bis hin zur Entsorgung. Im Fokus der
Untersuchung stehen:
•
die Ermittlung der CO2-Einsparung durch Repair-Cafés am Beispiel des REPARATUR
CAFÉS Brunnenviertel,
•
die Ermittlung der CO2-Einsparung durch sog. Give-Boxen oder anderer Formen des
Teilens / Schenkens (z.B. Leihladen, Fehrbelliner Straße 92, 10119 Berlin
http://www.leila-berlin.de) und
•
potenzielle Umweltwirkung des 3D-Drucks für Ersatzteile aus den Filamentmaterialien
Polylactic Acid (PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), die bezüglich der
Druckqualität und des vielseitigen Einsatzgebietes bevorzugten Kunststoffe.
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UC 1: Wer messen kann, ist klar im Vorteil – Qualität der
Innenraumluft
Diese Arbeit soll als „Schnellläuferarbeit“ angefertigt werden!
Der größte Teil der Bevölkerung verbringt fast die gesamte Lebenszeit in Innenräumen. Der
Qualität der Raumluft (in privaten Bereichen, Verkehrsmitteln sowie am Arbeitsplatz) kommt
daher eine außerordentlich hohe Bedeutung zu. Bezüglich der Zusammensetzung unterscheidet
sich die Innenraumluft in den meisten Fällen ganz deutlich von der Außenluft. Dies ist darin
begründet, dass wir Innenräume für verschiedene Tätigkeiten nutzen und uns mit einer Vielzahl
von Gegenständen und auch technischen Geräten umgeben. Nicht wenige darunter verändern die
Zusammensetzung der Luft und setzen zahlreiche Schadstoffe frei. Eine potentiell
gesundheitsgefährdende und daher bedeutende Schadstofffraktion sind Partikelemissionen.
Im Rahmen des UTIL werden wir verschiedene Schadstoffe und deren Emissionsquellen in
Innenräumen beleuchten. Neben der theoretischen Arbeit wird der Schwerpunkt der Arbeit darin
bestehen, CO2- und Partikelemissionen unter unterschiedlichen Bedingungen zu messen. Über
die Untersuchungsgegenstände und die Versuchsplanung entscheidet die Gruppe selbst.
Im Rahmen dieser Arbeit werden folgende Aspekte bearbeitet:
•
Welche Rolle spielen Partikelemissionen als Belastungen im Innenraum?
•
Welche weiteren Stoffe oder Stoffgruppen sind relevant?
•
Aus welchen Quellen stammen sie?
•
Welche gesundheitlichen Wirkungen sind bekannt?
•
Welche gesetzlichen Regelungen gelten in diesem Zusammenhang?
•
Mit welchen Verfahren werden die Stoffe gemessen?
•
Welche CO2- und Partikelkonzentrationen sind für verschiedene Nutzungsszenarien
zu erwarten?
Arbeitsgruppe UTIL
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UC 2: Die Berliner Luft - Immer besser und doch nicht gut
Es soll ein Überblick über das verfügbare Datenmaterial der Luftschadstoffbelastung in Berlin der
vergangenen Jahre gegeben werden. Neben Stickoxide, Schwefeldioxid, Feinstaub und
ausgewählter Staubinhaltsstoffe, soll der Schwerpunkt in dieser Arbeit auf dem (Ultra)-Feinstaub
liegen. Exemplarisch soll anhand der Messdaten der genannten Stoffe die zeitliche Entwicklung
der atmosphärischen Konzentration aufgezeigt und bewertet werden.
Aktuelle Daten zur Luftgüte in Berlin sollen im Kontext der gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte
(EU-Richtlinien) betrachtet und die Ursachen für Überschreitungssituationen dargestellt werden.
Besonderes Augenmerk soll dabei auf die Zuordnung zu bestimmten Quellen (Emittenten) und
Quellregionen (Stadt, regionaler Hintergrund, Ferntransport) für die einzelnen Luftschadstoffe
gelegt werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Betrachtung geeigneter technischer und strategischer
Maßnahmen zur Schadstoffminderung. In diesem Zusammenhang ist die Auswertung des
aktuellen Luftreinhalteplans für Berlin von Bedeutung.
Letztlich sollen im Rahmen der UTIL-Arbeit auch der Aufbau des Berliner Luftgütemessnetzes
(BLUME) sowie die dort eingesetzten Messverfahren zur quantitativen Bestimmung der diversen
Luftschadstoffe (Grenzwertüberwachung) vorgestellt werden.
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UVT 1: Entwicklung eines Abwasserrecyclingkonzepts
für die Berliner Schultheiss-Kindl-Brauerei
Nicht nur vor dem Hintergrund steigender Wasser- und Abwasserkosten, sondern auch aufgrund
der limitierten Rohwasserqualität und -verfügbarkeit gewinnt das Bestreben nach einem
sparsamen Umgang mit der Ressource „Wasser“ in der Brauindustrie immer mehr an Bedeutung.
Neben einem ausgeklügelten Wassermanagement stehen die Aufbereitung und das Recycling des
Gesamtablaufes, aber auch hoch belasteter Prozesswasserteilströme im Fokus zahlreicher
Forschungsprojekte und technischer Praxisanwendungen.
Neben dem Schließen betriebsinterner Wasserkreisläufe erfordern insbesondere die sich ständig
verschärfenden Grenzwerte für das Einleiten von Abwasser in die kommunalen Netze oder
Vorfluter immer intensivere, technische Bemühungen im Umgang mit dem Abwasser. Durch die
umfassende Betrachtung der Gesamt- und Teilströme des Abwassers, der enthaltenen
„Problemstoffe“ und durch das Ergreifen geeigneter Maßnahmen können Einleitgrenzwerte auch
zukünftig (besser) eingehalten werden. Werden größere Wassermengen recycelt, werden nicht nur
die Gewässer entlasten. Ein Abwasserrecycling ist auch aus ökonomischer Sicht vorteilhaft.
In vielen Brauereibetrieben sind Membrantrennverfahren bereits Bestandteil der
Abwasseraufbereitung. Die Berliner Schultheiss-Kindl-Brauerei hat derzeit keine eigene
Abwasseraufbereitungsanlage und leitet ihr Abwasser in die städtische Kanalisation ein
(Indirekteinleitung). Das Ziel dieser UTIL-Arbeit besteht daher darin, ein
Abwasseraufbereitungskonzept für ein Recycling des Gesamtablaufs der Brauerei zu entwickeln.
In einem ersten Schritt soll zunächst die Abwasserzusammensetzung ermittelt und hinsichtlich
ihrer Verschmutzung bewertet werden. Basierend auf den Qualitätsanforderungen an das
recycelte Abwasser sollen Verfahren ausgewählt werden, die die Wiederverwendung des
Gesamtablaufs für Prozesse ohne Produktkontakt ermöglichen. In diesem Zusammenhang soll
auch ein Überblick über die bereits national und international bestehenden Membrananlagen zur
Aufbereitung von Brauereiabwasser erarbeitet werden. Mittels Wirtschaftlichkeitsanalyse soll der
aus der Anwendung der Membrantechnik resultierende Nutzen unter Berücksichtigung der im
Abwasser enthaltenen Wärmeenergie aufgezeigt werden.
Arbeitsgruppe UTIL
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WRH 1: Stoffspuren im Berlin Wasserkreislauf
Diese Arbeit kann auch als „Schnellläuferarbeit“ angefertigt werden.
Bereits seit mehreren Jahren ist bekannt, dass organische Substanzen wie z.B. Arzneimittelrückstände,
Diagnostika,
Industriechemikalien
sowie
andere
vom
Menschen
gebrauchte/konsumierte Stoffe in Oberflächen-, Grund- und vereinzelt auch Trinkwasser
nachgewiesen werden können. Die Stoffspuren, die in der aquatischen Umwelt gefunden werden,
zeichnen sich oft durch schlechte biologische Abbaubarkeit und gute Wasserlöslichkeit aus.
Im Rahmen der UTIL Arbeit soll eine Literaturstudie bezüglich des Vorkommens der
Verbindungen im Raum Berlin durchgeführt werden. Es soll erarbeitet werden über welche
Eintragspfade die Stoffe in den Wasserkreislauf und das Trinkwasser gelangen können. Des
Weiteren soll gezeigt werden welche technologischen Lösungen bzw. Lösungsansätze es gibt, um
den Eintrag zu vermeiden bzw. zu verringern und durch welche Wasseraufbereitungstechniken
der Eintrag in die Vorfluter/Oberflächengewässer verringert oder sogar vermieden werden kann.
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WRH 2: Sulfat in der Spree – Ein Problem für Berliner
Trinkwasser?
Das Gebiet zwischen Senftenberg und Hoyerswerda am Oberlauf der Spree war über Jahrzehnte
ein Zentrum des Braunkohleabbaus. Zurückgeblieben sind riesige Tagebaurestlöcher, die durch
Flutung mit Fluss- und Grundwasser bis 2018 zu einer künstlichen Seenlandschaft umgebaut
werden sollen. Durch das Anheben des Grundwasserspiegels in der Region nach der
Tagebauaktivität gelangt stark sulfat- und eisenhaltiges Grundwasser insbesondere über die kleine
Spree in die Spree. Da der Fluss über die Uferfiltration eng mit der Berliner
Trinkwasserversorgung verknüpft ist, könnte ein Anstieg des Sulfatgehaltes im Fluss die Qualität
des Berliner Trinkwassers negativ beeinflussen.
Die UTIL-Arbeit soll diese Problematik genauer untersuchen und die Frage „Sulfat in der Spree –
Ein Problem für Berliner Trinkwasser?“ beantworten. Sie befasst sich mit den Auswirkungen der
Tagebauaktivitäten auf die Spree und damit auf die Trinkwasserversorgung Berlins.
Neben der Beschreibung der aktuellen Situation im Gewässer und Trinkwasser sowie des Berliner
Wasserkreislaufs, sollen die zukünftige Entwicklung des Sulfateintrags und seine möglichen
Folgen auf Mensch und Umwelt dargestellt werden. Weiterhin sollen anhand von Maßnahmen zur
Sulfatreduzierung Lösungsansätze aufgezeigt werden, die nicht nur die Spree sondern auch das
Berliner Trinkwasser schützen.
Eine Exkursion und stichprobenartigen Beprobungen entlang der Fließstrecke der Spree
ermöglicht dabei die, in der Literatur vorgestellten, Messdaten nachzuvollziehen.
Arbeitsgruppe UTIL
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