Preisträger des 35. Sparkassen-Umweltpreises

Die Umweltstiftung der Sparkasse Karlsruhe und das Karlsruher Institut für Technologie haben mit dem 35. Sparkassen-Umweltpreises 2014 die Diplomarbeit von Jana Stengler und die Dissertationen von Dr. Heidi Heinrichs und Dr. Daniel Kampa ausgezeichnet. Außerdem haben Eva Dreger und Marion Heublein je einen Anerkennungspreis für ihre Masterarbeit bekommen. Die Preise wurden im Rahmen der Jahrestagung des KIT-Zentrums Klima und Umwelt überreicht.

Zur Pressemitteilung des KIT

Dipl.-Ing. Jana Stengler

Untersuchungen zur Konzeption und Auslegung eines Entspannungsverdampfers für ein Niedertemperatur-Solarkraftwerk

Kurzfassung der Diplomarbeit

Obwohl der Wasserkreislauf der Erde ein nie versiegendes System ist, ist bereits heute in vielen Regionen Afrikas, Südamerikas und im Nahen Osten das Trinkwasser knapp. Bisher werden in regenarmen, dafür zum Teil ölreichen Regionen wie Saudi-Arabien Entsalzungsanlagen betrieben, die unter hohem Einsatz von fossilen Energieträgern aus Meerwasser Trinkwasser gewinnen. Ein alternatives Konzept zur Gewinnung von Trinkwasser besteht im Verfahren der Entspannungsverdampfung von Meerwasser in einem solarthermischen Prozess. In der mit dem Sparkassen-Umweltpreis ausgezeichneten Diplomarbeit wurde eine solar betriebene Entsalzungsanlage verfahrenstechnisch analysiert, die neben Trinkwasser auch ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stellt, so dass die Anlage autark betrieben werden kann. Damit kann auch in Ländern mit schlechter Infrastruktur der Trinkwasserbedarf z.B. für eine Siedlung durch eine dezentrale Anlage flexibler Kapazität mit geringem Investitionsaufwand gedeckt werden.

Bislang finden sich in Standardwerken zur Auslegung von Verdampfern jedoch keine allgemein anerkannten Konstruktionsrichtlinien. Im Rahmen der Diplomarbeit wurde eine Versuchsanlage in Technikumsmaßstab konstruiert, aufgebaut und in Betrieb genommen, um damit eine neuartige Verdampfergeometrie zu untersuchen. Im besonderen Fokus standen dabei die Prozesse der Tropfenbildung und -abscheidung bei der schlagartigen Verdampfung von Wasser. Verfahrenstechnisch ist dies von großer Bedeutung, da Tropfenmitriss aus dem Verdampfer Turbinenschäden verursachen kann und das Trinkwasser durch Salz verunreinigt. Die Eignung der in der Arbeit entwickelten Geometrie des Verdampfers konnte experimentell gezeigt werden und aus den Messergebnissen wurden Regeln zur Skalierung der Verdampfergeometrie für kommerzielle Entsalzungsanlagen abgeleitet. Eine Pilotanlage, die die Umsetzbarkeit des vorgeschlagenen Konzepts demonstrieren soll, wird im August 2015 in Bad Salzuflen in Nordrhein-Westfalen in Betrieb genommen.

Dr. Daniel Kampa

Filtration von Ölnebel

Kurzfassung der Doktorarbeit

Als Ursache für den vom Menschen verursachten Klimawandel, und somit die Störung des ökologischen Gleichgewichts, wird die Erzeugung von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid angesehen. Stark damit verknüpft ist der globale Energieverbrauch. 46% des Energiebedarfs ist industriellen Ursprungs, 10% davon wird für die Erzeugung von Druckluft aufgewendet.

Druckluft wird meist mit ölgeschmierten Schraubenkompressoren erzeugt. In die Schrauben, mit welchen die Luft verdichtet wird, wird zur Kühlung Öl eingespritzt. Dieses wird durch die Rotation der Schrauben in feinste Tröpfchen dispergiert. Die Entfernung dieser Tröpfchen aus der Druckluft erfolgt meist mit einem mehrstufigen Filtersystem. Kann bei der geforderten Abscheideleistung der Filter deren Druckverlust um 20% reduziert werden, dann entspricht, allein in Deutschland, die daraus resultierende Einsparung dem Energieverbrauch einer Kleinstadt.

Um die Optimierung des Druckverlustes zu ermöglichen, wurde auf Basis der durchgeführten Arbeiten ein mechanistisches Modell aufgestellt, welches die Vorhersage des Druckverlustes erlaubt. Der Druckabfall über dem Filter wurde hiermit durch Transportphänomene erklärt.

Dr. Heidi U. Heinrichs

Analyse der langfristigen Auswirkungen von Elektromobilität auf das deutsche Energiesystem im europäischen Energieverbund

Kurzfassung der Doktorarbeit

Die Zunahme von Elektrofahrzeugen stellt durch ihre flexible Elektrizitätsnachfrage und durch die Möglichkeit, Elektrofahrzeugen als Energiespeicher zu nutzen, die langfristige Planung im Energiesystem vor neue Herausforderungen. Dies gilt vor allem für langfristige Zeiträume, in denen sowohl die Kraftwerksausbau- als auch die Kraftwerkseinsatzplanung berücksichtigt werden müssen. In der mit dem Sparkassen-Umwelt-Preis ausgezeichneten Doktorarbeit wurde daher ein Instrument zur Analyse des langfristigen Einflusses von Elektromobilität auf das europäische Energiesystem entwickelt und angewandt.

Das Besondere am entwickelten Instrument zur Entscheidungsunterstützung liegt in der iterativen Kopplung von drei Modellen: zwei Energiesystemmodellen, mit denen die Entwicklung des europäischen Energiebinnenmarktes und der Ausbau dezentraler Elektrizitätserzeugung in Deutschland integriert untersucht werden, und einem Elektromobilitätsmodell. Mit dem iterativen Ansatz kann nun zum einen der Elektrizitätspreis auf die Berechnung der Elektromobilität rückgekoppelt werden, zum anderen der deutsche Elektrizitätsaustausch und der CO₂-Zertifikatspreis auf den innerdeutschen Kraftwerkspark und das Stromnetz. Darüber hinaus lassen sich die regional differenzierte Marktdurchdringung mit Elektrofahrzeugen endogen inklusive ihrer Lastverschiebung betrachten. Damit gelingt es, die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen Elektromobilität und Energiesystem integriert zu betrachten.

In der langfristigen Analyse zeigt das Instrument, dass mit Zunahme von Elektromobilität, insbesondere von Plugin-Hybriden, die Lastverschiebung an Bedeutung gewinnt, die zum einen die Integration von erneuerbaren Energien erleichtert und zum anderen kostendämpfend wirkt. Gleichzeitig tragen die reduzierten CO₂-Emissionen von Elektrofahrzeugen zur Verbesserung der Umweltverträglichkeit des Verkehrssektors bei. Elektrofahrzeuge und ihre Möglichkeit zur Lastverschiebung stellen damit eine der Schlüsseltechnologien zur CO₂-Reduktion im Verkehrssektor dar und müssen in Energiesystemanalysen endogen betrachtet werden.

Anerkennungspreise

Die erstmals vergebenen Anerkennungspreise gingen an Eva Dreger für Ihre Masterarbeit zu „Fluoreszenzspektroskopischer Untersuchung der Bildung organischer Substanzen bei der autotrophen Stickstoffumwandlung“ und an Marion Heublein für ihre Masterarbeit „Towards a rigorous fusion of GNSS and InSAR observations for the purpose of water vapor retrieval”.