Magazin als ePaper

Was ist wichtiger? Maßnahmen zu setzen, um den voranschreitenden Klimawandel zu stabilisieren oder Maßnahmen zu treffen, um die Widerstandsfähigkeit der Gesellschaft, des Ökosystems und der Infrastruktur gegenüber dem bereits erfolgten Klimawandel möglichst zu stärken? Die Antwort auf diese Frage ist mittlerweile sehr einfach, denn es steht außer Streit, dass es enorme und rasche Anstrengungen in den beiden zwar getrennten, aber letztlich doch zusammenhängenden Themenfeldern braucht, um dramatische Schäden und hohe Kosten sowohl von unserer Volkswirtschaft als auch von der gesamten Weltbevölkerung abzuwenden.
Während wir bereits seit Jahrzehnten ein Portfolio an Maßnahmen zur Reduktion von klimaschädlichen Treibhausgasen an der Hand haben, sind im Vergleich dazu Maßnahmen zur Vermeidung bzw. zur Verringerung der negativen Auswirkungen von klimatischen Veränderungen derzeit erst wenig verbreitet und deren Effekte noch schwer quantifizierbar. Aus diesem Grund fokussieren wir in der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ auf dieses zugleich wichtige wie herausfordernde Themengebiet und berichten sowohl über vielversprechende Entwicklungen als auch über beispielhafte Umsetzungen, die uns das Leben im Klimawandel erleichtern bzw. zukünftig überhaupt erst möglich machen.

Der Bedarf an Großwärmespeichern zum Phase-Out von fossiler Energie im Fernwärmesektor ist enorm. Basierend auf einem von Euro Heat & Power prognostizierten europäischen Fernwärmebedarf von 1 780 TWh im Jahr 2050 und der Annahme, dass rund 5 bis 15 Prozent des jährlichen Wärmebedarfs zwischengespeichert werden müssen, ergibt sich eine notwendige Speicheranzahl von 22 500 bis 67 500 mit jeweils 100 000 m³ Wasseräquivalent.
Die konkrete Umsetzung konnte bisher nicht mit den Potenzialen Schritt halten. Internationale Zusammenarbeit auf Ebene der IEA, europäische Großforschungsprojekte, nationale Initiativen sowie punktuell auch einfach die Notwendigkeit des Handelns, bringen Dynamik in die Thematik. Mit dem Resultat, dass nicht nur in Dänemark oder in Deutschland Pilotanlagen realisiert werden, sondern auch in anderen Ländern. Darunter ist auch Österreich, wo gerade einige Großwärmespeicher, z. B. der Bau eines neuartigen Erdtankspeichers für die Fernwärme Wien, vorbereitet werden.
Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt einen Überblick über nationale und internationale Aktivitäten, die zum Einsatz kommenden Technologien, zeigt die ausgezeichnete Positionierung österreichischer Akteur*innen sowie auch den Bedarf an mehr politischer Verbindlichkeit bei der Umsetzung von wichtigen Energieinfrastrukturen der Zukunft.

Internationale Kooperationen haben bei AEE INTEC seit jeher einen hohen Stellenwert. Seit den Anfängen unseres Instituts haben wir den Blick über nationale Grenzen hinweg gerichtet und in zahlreichen Projekten auf europäischer Ebene sowie in Zusammenarbeit mit internationalen Organisationen wie der UNIDO und der ADA nachhaltige Lösungen entwickelt und umgesetzt. Diese Partnerschaften führten uns von Europa nach Asien über Afrika bis nach Latein- und Südamerika. Der wissenschaftliche Austausch, den wir in diesen Kooperationen pflegen, basiert stets auf Kommunikation auf Augenhöhe und dem gemeinsamen Lernen. Aus dieser Offenheit und Neugierde haben wir wertvolle Impulse und Erkenntnisse für unsere eigene Forschung gewonnen. In dieser Ausgabe teilen wir Einblicke in unsere internationalen Aktivitäten und reflektieren darüber, wie sie unsere Arbeit und unser Verständnis von Forschung in einem globalen Umfeld bereichern.

Die Energiewende und der Ausstieg aus fossilen Brennstoffen erfordern innovative Ansätze für die gebäudeübergeifende Energieversorgung in Siedlungen und Quartieren. Egal ob quartiersweise Wärme- und Kälteversorgung auf Niedertemperaturbasis, die kollaborative Bereitstellung von Energieflexibilität in Form von Energiespeichern oder die Umsetzung von erneuerbaren Energiegemeinschaften, Lösungen auf Quartiersebene sind Konzepten auf Ebene von Einzelgebäuden in mehrerlei Hinsicht überlegen. So können erneuerbare Energieträger auf Quartiersebene sowohl effizienter als auch kostengünstiger genutzt werden, bei gleichzeitig positiven Aspekten in Bezug auf die direkte Beteiligung und Motivation der Bevölkerung, in Energietechnologien zu investieren. Dadurch bildet die Aktivierung unserer Siedlungen und Quartiere einen enormen Hebel zur Beschleunigung der Umsetzung einer nachhaltigen Energiewende.

Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt Einblick in aktuelle Energieinnovationen in Quartieren und die zugehörigen „Learnings“ aus den Umsetzungsprozessen. Darüber hinaus beschäftigt sich der Leitartikel der aktuellen Ausgabe mit den Änderungen in der europäischen Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden, wie z. B. die Ablöse des Niedrigstenergiegebäudes durch das Nullemissionsgebäude – basierend auf einer Vielzahl an Maßnahmen.

"Eine zukünftige Energiewende ist nicht zu meistern ohne die intensive Nutzung von grünem Wasserstoff" – eine oft gehörte und viel diskutierte These.
Wasserstoff als direkter Ersatz für Erdgas würde einige Vorteile bieten – ein Teil der bestehenden Infrastruktur kann genutzt werden, Umwandlungstechnologien müssen nicht verändert werden und die Energieversorgung ist gesichert. Aber ist das wirklich so? Woher kommt der grüne Wasserstoff in Zukunft? Begeben wir uns mit diesem Energieträger in Abhängigkeiten, weil Europa die Eigenversorgung für sich nicht gewährleisten kann? Welchen Preis werden wir für diesen Energieträger zahlen und ist Wasserstoff der geeignetste Energieträger oder werden in Zukunft Ammoniak, Methanol oder Dimethylether das Rennen machen?
Dies sind nur einige der vielen offenen Fragen, die wir in dieser Ausgabe von "nachhaltige technologien" auf wissenschaftlicher Basis zu beantworten versuchen möchten.
Neben den bekannten Technologien der Elektrolyse wird es in Zukunft neue effiziente Methoden zur Biogaserzeugung oder die Anwendung der Methanpyrolyse sowie hochinnovative Technologien wie beispielsweise die photokatalytische Umwandlung von Abwasser in Wasserstoff oder Methanol geben.
Um die Herausforderungen der Energiewende innerhalb der vorgegebenen Zeit erfolgreich bewältigen zu können, ist die Nutzung aller erneuerbaren Energien unerlässlich. Dabei wird es entscheidend sein, diese auch vernünftig und effizient einzusetzen. Nur so können wir unabhängig von externen Energiequellen und globalen Krisen werden.

Ganz so neu ist das Thema rund um die Serielle Sanierung, zumindest in Österreich, freilich nicht, denn bereits in den frühen 2000er Jahren wurden erste Pilotprojekte realisiert. Leider ist dieses auf Standardisierung, Digitalisierung und Vorfertigung basierende Modell bisher nie über den Pilot-Status hinaus und somit nicht in die beabsichtigte Serienfertigung gekommen. Initiativen aus mehreren Teilen Europas, wie z. B. aus den Niederlanden, Deutschland und Estland, demonstrieren in einem neuen Anlauf sehr erfolgreich die „Serielle Sanierung 2.0“. Alleine in Deutschland wurden in den letzten Jahren bereits 50 Geschoßwohnbauten seriell saniert, 25 sind in Bau und die Pipeline an weiteren Projekten ist gut gefüllt. So zeigen aktuell rund 150 in Vorbereitung befindliche Geschoßwohnbauten eindrucksvoll, dass der Sprung von einzelnen Pilotsanierungen hin zur seriellen Sanierung dieses Mal gelingen kann und somit ein wichtiger Beitrag zur raschen Auflösung des in der gesamten EU vorherrschenden Sanierungsstaus im Gebäudesektor geleistet werden kann. Das Potenzial für serielles Sanieren in
Österreich und die Chancen für die österreichische Baubranche? Aufgrund der Gebäudetypologie und der Holzbautradition grundsätzlich hoch, es braucht aber rasch gezielte Initiativen und längerfristig begünstigende (Förder-) Rahmenbedingungen. Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt Einblick in aktuelle europäische Initiativen zur seriellen
Sanierung und berichtet über den Status quo in Österreich.

Die Installationszahlen von Kompressionswärmepumpen explodieren national als auch international. Allein in Österreich wurden im Jahr 2022 über 60 000 Wärmepumpen installiert, was einem Marktwachstum im Vergleich zu 2021 von 60 Prozent entspricht. Überwiegend werden diese für Raumheizung im privaten Wohnbau und mit Außenluft als Wärmequelle eingesetzt. Trotz enormer Anwendungspotenziale im Bestand von Geschoßwohnbauten, in Industrie und Gewerbe sowie in Nah- und Fernwärmenetzen ist dieses Segment noch praktisch unerschlossen. Hintergrund ist, dass aufgrund von teilweise deutlich unterschiedlichen Betriebsbedingungen einerseits noch spezifische Produktentwicklungen vorgenommen werden müssen sowie andererseits auch die Standards in der Erschließung von entsprechenden Wärmequellen und der Systemintegration fehlen. Interessant ist, dass sich für diesen Anwendungsbereich auch noch andere vielversprechende Wärmepumpen-technologien, wie zum Beispiel Rotationswärmepumpe, thermoakustische Wärmepumpe sowie auch thermisch angetriebene Wärmepumpen als geeignet darstellen.

Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt Einblick in umgesetzte Pilotprojekte für Kompressionswärmepumpen und thermisch getriebene Wärmepumpen sowie berichtet über den Stand der Entwicklung bei Rotationswärmepumpen und thermoakustischen Wärmepumpen.

Für ein Gelingen der Transformation unseres Energie- und Mobilitätssystems kommt Städten eine besondere Rolle zu. Denn global gesehen sind unsere Städte für 78 Prozent des Energiekonsums bzw. für rund 75 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich. Aufgrund eines flächenbezogen hohen Energieverbrauchs bei gleichzeitig limitierter Flächenverfügbarkeit für Energiekonversion ist die Transformation der Energieversorgung deutlich komplexer und herausfordernder als im ländlichen Raum. Vor diesem Hintergrund ist es essenziell wichtig, dass städtespezifische Transformationspläne erstellt werden, dabei auch Stakeholder und Bürger*innen eingebunden sind und die Zielsetzungen einer zukünftigen Energieversorgung verbindlich in Stadtent¬wicklungs¬konzepten niedergeschrieben werden. Einige österreichische Städte sowie auch zahlreiche andere europäische Städte folgen bereits diesem Weg und werden durch nationale Programme (in Österreich beispielsweise „Klimaneutrale Stadt“ und „Pionierstädte“) als auch durch internationale Programme (zum Beispiel „100 European Climate-Neutral-Cities by 2030“) gelenkt und unterstützt.

Der Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ Ausgabe 02-2023 gibt Einblick in diese Programme, präsentiert konkrete Transformationsfahrpläne beispielhafter Städte und berichtet über Erfahrungen in der proaktiven Partizipation von Bürger*innen und Stakeholdern in urbanen Transformationsprozessen.

Das globale und permanente Sammeln von Daten und deren Nutzung durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz in unterschiedlichsten Anwendungen und Geschäftsfeldern hat enorm an Fahrt aufgenommen. Viele dieser Anwendungen generieren gänzlich neue Möglichkeiten und Vorteile. Im Gebäudesektor beispielsweise können durch die Sammlung von Daten aus der Planungs-, der Bau- und insbesondere aus der Betriebsphase erhebliche Kostenvorteile erzielt, die CO2-Emissionen reduziert und der Komfort der Nutzer*innen verbessert werden. Dazu werden aktuell eine Vielzahl von Methoden im Bereich des „Internet of Things“ erforscht oder bereits auch als Dienstleistung am Markt angeboten. Die Bandbreite ist enorm und reicht von Visualisierungen in Form von Dashboards und Building Information Modeling über (Betriebs-)datengestützte selbstlernende, vorausschauende Gebäuderegelung bis hin zu unterschiedlichsten Ausprägungen von Digitalen Gebäude-Zwillingen.

Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt einen Überblick über den Status quo der internationalen Aktivitäten und einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Die europäische Kommission hat sich im Rahmen des Green Deals zum Ziel gesetzt, bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Eine wichtige Säule ist darin die Transformation unserer linearen Wirtschaftsentwicklung in Richtung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Diese zielt darauf ab, den Wert von Ressourcen entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu steigern und Materialkreisläufe zu schließen.
In der Kreislaufwirtschaft gibt es drei grundsätzliche Stoßrichtungen: die möglichst lange Nutzung von Produkten, Stoffe so lange wie möglich im Wertstoffkreislauf zu führen und vor allem die sorgfältige und gezielte Verwendung von Materialen.
Dazu ist ein kollektives Umdenken notwendig und das Engagement unterschiedlicher Stakeholder und Verantwortungsträger aus Politik, Wirtschaft und Forschung, aber auch der Zivilbevölkerung gefordert.
In der vorliegenden Ausgabe unserer Zeitschrift „nachhaltige technologien“ finden Sie eine umfassende Übersicht über unterschiedliche Forschungsaktivitäten, die alle das Ziel haben, Wertschöpfung zu generieren und Materialkreisläufe zu schließen.

Der Schwerpunkt der aktuellen Ausgabe beschäftigt sich mit dem Thema „Speicheroption Bauteilmasse“.
Die Bedeutung von Speicheroptionen in einem transformierten Energiesystem steht mittlerweile außer Streit. Doch soll auf Energiespeicher, die heute noch einen geringen Technologiereifegrad aufweisen und trotz hoher Forschungsintensität erst in der nächsten Dekade zur Verfügung stehen oder auf Speichertechnologien, die bereits verfügbar sind, deren reale Umsetzung aber wegen ihrer großtechnischen Dimension und Neuheit mit höheren wirtschaftlichen Risiken verbunden ist, gesetzt werden? In zukünftigen Energiesystemen wird es alle Stoßrichtungen im Speicherportfolio brauchen.
Die thermische Bewirtschaftung von ohnehin verfügbaren Bauteilmassen als Flexibilitätsoption in Gebäuden ist hinsichtlich Technologiereifegrad bereits am Markt angekommen, ist aus wirtschaftlicher Sicht höchst interessant und besitzt enormes Umsetzungspotenzial in Neubau und Sanierung. Berichte zu laufenden Demonstrations-projekten geben im gegenständlichen Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ einen ausgezeichneten Überblick über Optionen zur flexiblen Aufnahme erneuerbarer Energien in Gebäuden, der Eignung unterschiedlicher Bauteile und Baumaterialien, zum Grad der Vorfertigung und Standardisierung, zu neuartigen vorausschauenden Regelungs¬konzepten sowie zu angepassten Geschäfts- und Nutzungsmodellen.

Zusätzlich zu den Auswirkungen des Klimawandels wird uns durch die aktuellen geo- und energiepolitischen Entwicklungen sehr deutlich bewusst gemacht, dass wir endlich ernsthaft aus der fossilen Abhängigkeit unseres Energiekonsums aussteigen müssen. Der Wärmesektor ist mit rund 65 Prozent fossiler Versorgung stark betroffen und steht in Bezug auf die notwendige „Wärmewende“ vor enormen Herausforderungen. Das „Erneuerbare Wärme Gesetz“, welches den Ausstieg aus den Fossilen regeln soll, ist überfällig und hängt in der Kompetenzteilung zwischen Bund und Ländern fest. Verlorene Zeit, da der aktuell gültige gesetzliche Rahmen es nach wie vor erlaubt, selbst im Neubau Gasheizungen zu errichten. Der aktuelle Umsetzungsstand des Gesetzes, der Rahmen sowie der vorgesehene Zeitplan wird im Leitartikel von „nachhaltige technologien“ vorgestellt.
Eine zentrale Herausforderung der Wärmewende ist unter anderem die Dekarbonisierung der Fernwärme. Insbesondere die städtische Fernwärme ist stark von fossilen Energieträgern abhängig. Bestehende zentrale Systeme hin zu lokal verfügbaren, erneuerbaren Energieträgern zu transformieren, geht mit Dezentralisierung und mit Sektorkopplung einher. Die dadurch gesteigerte Systemkomplexität bringt zusätzliche Anforderungen an Planung, Umsetzung und Betrieb und erfordert neue Herangehensweisen. Das Großforschungsprojekt ThermaFLEX hat hier an der Nahtstelle zwischen Forschung und Anwendung neue Ansätze entwickelt und in 10 Demonstratoren umgesetzt. Eindrucksvoll konnte gezeigt werden, dass auch in Wärmenetzen die Transformation rasch gelingen kann.

Die Digitalisierung durchdringt mittlerweile fast alle Bereiche des gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Lebens. Diese rasant fortschreitende Entwicklung ermöglicht Unternehmen Vorteile, um Produkte zum Beispiel besser an Kundenbedürfnisse anzupassen oder Geschäftsmodelle stetig zu optimieren. Vor allem die Energieversorgung durch volatile, erneuerbare Energien wird ihr Potenzial mit Hilfe von Digitalisierung zukünftig noch stärker nutzen können und zu optimalen flexiblen Energieversorgungslösungen beitragen.
In dieser Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ finden Sie einen umfassenden Überblick über unterschiedliche neue Ansätze zur Flexibilisierung industrieller Energiesysteme.
Neben der Entwicklung von digitalen Energiezwillingen, die eine Echtzeitabbildung der erneuerbaren Energieversorgung für Industriebetriebe darstellen, finden sich Artikel über die Erstellung eines digitalen Abwärmeatlas, der georeferenziert die Potenziale der Abwärmenutzung für die Fernwärme darstellt, bis hin zu Cloudmanufacturing, mit dem die digitale Vernetzung von Lieferketten und die Steuerung und Vernetzung von global verteilten Fertigungsanlagen abgewickelt werden.

Aktuelle Entwicklungen, Gebäude digital zu erfassen und damit Energiebedarf und Komfortbedingungen in der Simulation abzubilden, bevor noch ein Gramm Material verbaut ist, hat in den letzten Jahren enorm an Fahrt aufgenommen. Innovative Rechenmodelle und Softwarelösungen ermöglichen es uns mittlerweile, virtuelle Gebäudezwillinge in der Gebäudeplanung und dem Betrieb umfassend zu integrieren. Das volle Potenzial der Gebäudesimulation muss aber wohl erst noch ausgeschöpft werden. Die Gebäudesimulation wird sich auf jeden Fall stark weiterentwickeln, aber was können wir uns in den nächsten Jahren erwarten? Aktuelle Entwicklungen zeigen die Entwicklung hin zu komplexen Mikroklima- und Quartierssimulationsmodellen über Cloudrechner, automatisierte BIM-Simulationsworkflows, kostengünstige multifunktionale Sensoren, die mit Simulationsmodellen gekoppelt werden, datengetriebene Smart-City-Konzepte und simulationsbasierte Steuerung und Regelung zur kontinuierlichen Optimierung des Gebäudebetriebs. Einige dieser spannenden Entwicklungen dürfen wir ihnen in dieser Ausgabe vorstellen. Auch ein Trend lässt sich bei vielen dieser neuen Ansätze klar erkennen: zukünftige Simulationsmodelle werden auf jeden Fall mit intelligenter Technologie und IOT-Sensorik koexistieren und viel stärker zusammenwachsen.
In dieser Ausgabe finden Sie einen anwendungsorientierten Blick auf innovative neue Simulationsmethoden - von der „Echtzeitkopplung von Simulation und Betrieb mittels digitaler Gebäudezwillinge“ bis hin zu „Mikroklimasimulationen“.

Kommunale Kläranlagen gehören zu den größten Stromverbrauchern in einer Gemeinde. Dabei werden durch die Reinigung von Abwasser organische Bestandteile aerob abgebaut und so energetisch ungenutzt verarbeitet. Diese organischen Bestandteile des Abwassers könnten jedoch zum Beispiel in Form von Biogas oder Ammoniak rückgewonnen werden und einer energetischen Verwertung zugeführt werden. Umgesetzte Beispiele haben bereits gezeigt, dass Kläranlagen der Zukunft technologisch so umgebaut und erweitert werden können, dass sie mehr Energie (Wärme, Gas und Strom) produzieren als sie verbrauchen und durch eine intelligente Verschaltung mit Fernwärmenetz, Gasnetz und Stromnetz zur nachhaltigen energetischen Versorgung einer Kommune beitragen können. In den letzten Jahren wurden mehrere nationale und internationale Forschungs- und Demonstrationsprojekte initiiert. In diesem Zusammenhang sind es vor allem Umsetzungen, die mittels Wärmepumpen die thermische Energie aus dem Abfluss von
Kläranlagen für die Einbindung in die Fernwärme nutzbar machen. In der vorliegenden Ausgabe unserer Zeitschrift „nachhaltige technologien“ finden Sie eine umfassende Übersicht über unterschiedliche Initiativen, die alle das Ziel haben, zukünftig Abwasserreinigungsanlagen auf den Weg von einem Energieverbraucher und Treibhausgasverursacher zu einem Produzenten von erneuerbarer Energie zu bringen.

Wärmespeicher werden in einem nachhaltig transformierten Energiesystem eine zentrale Rolle einnehmen. Einerseits macht der Wärmebedarf in Österreich aktuell rund 50 % des Energiebedarfs aus und andererseits kann Wärme aus heutiger Sicht wesentlich kostengünstiger gespeichert werden als elektrischer Strom.
Aktivitäten im Themenbereich Großwärmespeicher haben zuletzt sowohl national als auch international deutlich an Fahrt aufgenommen. In Österreich widmete sich in den letzten drei Jahren das Großforschungsprojekt gigaTES mit 18 internationalen Partnern aus Industrie und Forschung der gezielten Weiterentwicklung von Großwärmespeichern, zudem werden durch Technologieentwicklungen auf Material-, Komponenten- sowie Konstruktionsebene spannende Umsetzungen erwartet.
Auf internationaler Ebene startete letztes Jahr unter österreichischer Leitung eine Experten-Arbeitsgruppe unter dem Schirm der Internationalen Energieagentur. Darüber hinaus gibt es international einige neue Demonstrationsvorhaben, allen voran der Wärmespeicher der dänischen Fjernvarme Fyn mit einem Volumen von 1,05 Millionen m³.
In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ berichten wir über Aktivitäten in diesem Zusammenhang.

Viele Jahre wurde bereits über die Wichtigkeit der raschen Einführung von Energieraumplanung in der nachhaltigen Entwicklung von städtischen und kommunalen Strukturen gesprochen. Zumeist jedoch mit einem entscheidenden Schönheitsfehler, nämlich wenigen Fortschritten in der Überführung in die Praxis. Nun nimmt dieses Thema aber tatsächlich auch in der Umsetzung Fahrt auf und zwar nicht nur in der Schweiz, wo es schon seit einigen Jahren Erfahrung im Umgang mit sogenannten Energie-Masterplänen gibt, sondern auch in Österreich. Im Bundesland Salzburg ist das Thema Energie mittlerweile in für Gemeinden verpflichtenden „Räumlichen Entwicklungskonzepten (REK’s)“ ein fixer Bestandteil, in der Steiermark wurde das Sachbereichskonzept Energie als Beitrag zum Örtlichen Entwicklungskonzept (ÖEK) eingeführt und in Wien wurde 2020 bereits in acht Bezirken die verpflichtende Umsetzung von Energieraumplänen verordnet. Mehr über die Erfolgsfaktoren der Verfügbarkeit spezieller digitaler Planungsgrundlagen mit Raumbezug sowie die Etablierung geeigneter Rahmenbedingungen und Prozessabläufe in der öffentlichen Verwaltung finden Sie in der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“.

Digitalisierung beeinflusst unsere Gesellschaft auf vielfältige Art und Weise. Neben bekannten Entwicklungen in der Kommunikationsbranche, im Finanzsektor, in der Industrie, im Handel oder in der öffentlichen Verwaltung hält das Thema der Digitalisierung auch im Energiesektor mehr und mehr Einzug. Neue Methoden und Schlagwörter wie „Internet of Energy“, „Digitale Energiezwillinge“, „Datenbasierte Regelung“, „Künstliche Intelligenz und Energie“, etc. gewinnen zunehmend an Bedeutung. Die Gründe dafür sind mannigfaltig, orientieren sich aber zumeist an den enormen Potenzialen zur Einsparung von Energie und Ressourcen, Steigerung der Effizienz in der Regelung von Prozessabläufen sowie der Erhöhung des Anteils an Erneuerbaren Energien. Als besonders vielversprechend und zugleich auch herausfordernd erweisen sich dabei die sich bietenden Möglichkeiten der automatisierten Einbindung von Kundinnen und Kunden bzw. deren Verhaltensgewohnheiten.
In der gegenständlichen Ausgabe der „Nachhaltigen Technologie“ werden beispielhafte und aktuelle Forschungsaktivitäten mit Schwerpunkt auf Digitalisierung im Energiesektor und deren erwarteter Wirkungspotenziale vorgestellt. Da zunehmende Digitalisierung bekanntlich nicht ausschließlich Vorteile mit sich bringt, widmet sich der Leitartikel dem Spannungsfeld „Digitalisierung und Beschäftigung“.

Die große Herausforderung der Zukunft wird die Umsetzung einer „klimafitten“ Energieversorgung für Gebäude und Quartiere sein. Dies gilt sowohl für den Winter und zunehmend mehr auch für den Sommer. Diesbezüglich gibt es zwar eine große Anzahl an Forschungsvorhaben – die Umsetzung in der Praxis ist jedoch immer noch schwierig. In dieser Ausgabe der „nachhaltigen technologie“ werden innovative Demonstrationsgebäude und -quartiere vor den Vorhang geholt, an denen diese Ziele hervorragend und auch leistbar umgesetzt wurden. Monitoringergebnisse bestätigen den innovativen Ansatz und den tatsächlich sehr geringen Energieverbrauch.

Bauteilaktivierung, Energiemanagementsysteme, Eisspeicherlösungen, Digitalisierungskonzepte für Bewohner sind nur einige Schlagwörter, welche in zukünftigen Energie- und Haustechnikkonzepten nicht mehr wegzudenken sind. Diese Beispiele sollen ermutigen, zukünftig nicht nur bewährte Standardlösungen, sondern durchaus Neuerungen und Innovationen erfolgreich umzusetzen.

Zahlreiche Wissenschaftler aus unterschiedlichen Fachbereichen forderten von der Politik zuletzt in Folge von Covid-19 eine Forcierung von integrierten Maßnahmen, die sowohl die Konjunktur befeuern als auch dem Klimaschutz nachhaltig dienen. Dr. Fatih Birol, Executive Director der Internationalen Energieagentur (IEA), sieht diesen Weg als unumgänglich und gibt im Leitartikel der vorliegenden Ausgabe Handlungsempfehlungen für die Politik.

Dem Thema Versorgungssicherheit und Resilienz in der Energieversorgung kommt in diesem Zusammenhang große Bedeutung zu. Hybride erneuerbare Versorgungssysteme können hier einen wichtigen Beitrag leisten. Hybride Solartechnologien (PVT) haben sich in den letzten Jahren im Schatten der Einzeltechnologien Photovoltaik und Solarthermie zu einem etablierten Anwendungssegment mit einer weltweit installierten Fläche von 1,17 Mio. m² entwickelt. PVT-Systeme überzeugen durch eine wesentlich höhere Flächeneffizienz als die vergleichbaren Einzeltechnologien. Das macht sie aufgrund der zukünftig verstärkt geforderten Versorgung mit vor Ort generierter erneuerbarer Energie besonders für den Gebäudesektor interessant.

Mehr zu hybriden Solartechnologien erfahren Sie in der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“.

Das Ziel einer biobasierten Industrie ist die Entwicklung einer ressourceneffizienteren Produktion, um zur Steigerung des Wirtschaftswachstums und der Beschäftigung, insbesondere in ländlichen Gebieten, beizutragen. Dazu müssen nachhaltige und wettbewerbsfähige Bioraffinerien in Europa entwickelt werden, die sich auf fortschrittliche Prozesstechnologien und Energieversorgungskonzepte stützen, um Biomasse in nutzbare Produkte und Energievektoren, wie z. B. Wasserstoff und Methan umzuwandeln.
Die Herausforderungen liegen vor allem in der Demonstration innovativer Technologien, die neue chemische Bausteine, neue Materialien und neue Produkte aus Biomasse ermöglichen und den Bedarf an fossilen Rohstoffen ersetzen. Neue Geschäftsmodelle, die die Akteure entlang der Wertschöpfungskette von der Lieferung von Biomasse an Bioraffinerieanlagen bis hin zu den Verbrauchern von biobasierten Materialien, Chemikalien und Kraftstoffen integrieren, müssen dafür entwickelt werden. Die Einrichtung von Vorzeige-Bioraffinerieanlagen, die Technologien und Geschäftsmodelle für biobasierte Materialien, Chemikalien und Kraftstoffe einsetzen und Kosten- und Leistungsverbesserungen demonstrieren, die mit den Alternativen auf fossiler Basis konkurrenzfähig sind, ist dabei essenziell.

Die aktuelle Ausgabe der Zeitschrift „nachhaltigen technologien“ bietet Einblick in verschiedene europäische und österreichische Initiativen, Umsetzungen sowie Forschungsprojekte und die zukünftige Relevanz einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

Zukünftig wird der Bedarf an Energiespeichern erheblich zunehmen, was auf das nicht-kontinuierliche Angebot der verstärkt zum Einsatz kommenden erneuerbaren Energieträger und der damit einhergehenden Vergrößerung und Dezentralisierung des Versorgungsportfolios zurückgeführt werden kann. Wärmespeicher werden in einem nachhaltig transformierten Energiesystem eine zentrale Rolle einnehmen, da einerseits der Wärmebedarf in Österreich rund 50 % des gesamten österreichischen Endenergiebedarfs ausmacht und andererseits Wärme wesentlich kostengünstiger gespeichert werden kann als Strom.

Um das Ziel einer 100 %-igen Energieversorgung durch erneuerbare Energieträger zu erreichen, genügen jedoch heute verfügbare Technologien zur Speicherung von Wärme und Ansätze zur Systemimplementierung nicht. Gezielte Forschung, Entwicklung und Demonstration von Wärmespeichertechniken sind essentiell notwendig. Insbesondere kompakte Wärmespeicher mit höheren Energiedichten für die Anwendung in Gebäuden, Industrie, Mobilität und zur Netzentlastung als auch Großwasserwärmespeicher stehen hier im Zentrum des Interesses.

In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ möchten wir Ihnen den Status quo nationaler und internationaler Forschungsaktivitäten zu unterschiedlichen Wärmespeichertechnologien vorstellen und deren Einsetzbarkeit in verschiedenen Anwendungsbereichen zeigen.

Gebäude verursachen nicht nur beim eigentlichen Bau, sondern über den gesamten Lebenszyklus hinweg Kosten. Der Lebenszyklus eines Gebäudes beginnt mit der Bauproduktphase (Herstellung der Baustoffe), der Bauwerksphase (Errichtung und Nutzung) und der Entsorgungsphase. Derzeit wird in der Planung meist nur die Herstellungsphase betrachtet, die Nutzungsphase unzureichend und die Entsorgungsphase selten berücksichtigt.

Laut EU-Kommission entfallen in der Europäischen Union jedoch auf den Bau und die Nutzung von Gebäuden rund 50 % aller geförderten Werkstoffe und des Energieverbrauchs sowie etwa ein Drittel des Wasserverbrauchs. Darüber hinaus ist der Gebäudesektor für rund ein Drittel aller Abfälle verantwortlich (Bau, Nutzung, Renovierung und Entsorgung von Bauschutt).

Es ist daher umso wichtiger bzw. notwendig, sich mit dieser Problematik zukünftig weit mehr zu beschäftigen, als dies bis dato geschieht. Die Forderungen des nachhaltigen Bauens können nur erfüllt werden, wenn ökonomische, ökologische und gesundheitliche Aspekte im Zusammenhang mit dem Lebenszyklus integral in ihrer gegenseitigen Abhängigkeit betrachtet werden.

Diese Ausgabe von „nachhaltige technologien“ beschäftigt sich hauptsächlich mit diesem Themenbereich der integralen Planung und zeigt innovative und interessante Lösungsansätze auf.

Eine zukunftsfähige Energieversorgung basiert auf erneuerbaren Energieträgern. Das setzt aber auch voraus, dass genügend Flächen verfügbar sind, um den Bedarf an erneuerbar bereitgestellter Wärme und Strom zu generieren. Um den vorherrschenden Wettbewerb bei der Nutzung von freien Landflächen für unterschiedlichste Verwendungen zu entschärfen, gilt es insbesondere auch die Gebäudeoberflächen für die Energieumwandlung zu nutzen. Gleichzeitig können Bauteile in der Gebäudehülle synergetisch genutzt werden, das heißt neben den klassischen Aufgaben des Witterungsschutzes, des Wärme- und Schallschutzes sowie der Ästhetik kommen noch Aufgaben wie Energieumwandlung, Energiespeicherung, Energieverteilung sowie Versorgung mit Frischluft hinzu. Durch diese Funktionserweiterung sowie aufgrund der reduzierten Verteilverluste und des hohen Vorfertigungspotenzials können über den Lebenszyklus des Gebäudes erhebliche Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen Fassadenkonstruktionen sowohl im Neubau als auch in der Bestandssanierung von großvolumigen Gebäuden erreicht werden. Insbesondere in der Sanierung bieten vorgefertigte Fassaden aufgrund der kurzen Montagezeiten und der dadurch geringen Belastungen für BewohnerInnen und NutzerInnen erhebliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen Fassadensanierungen und haben somit ein enormes Potenzial zur Steigerung der Sanierungsraten.

2016 benötigte die österreichische Industrie ca. 30% des gesamten Endenergiebedarfs. Dabei entfallen drei Viertel des industriellen Energiebedarfs auf Prozesswärme und etwa die Hälfte davon auf das niedrige und mittlere Temperaturniveau. Nur 18% davon werden durch erneuerbare Energieträger bereitgestellt. Kombiniert man diese Fakten, den hohen Anteil des Wärmebedarfs im Nieder- und Mitteltemperaturbereich und den hohen Energiebedarf der österreichischen Industrie mit einem vergleichsweise geringen Anteil an erneuerbaren Energien, wird deutlich, dass die Umsetzung von Projekten in der Industrie ein Schlüssel zur Erreichung der Emissionsziele sein werden.

Die Versorgung von industriellen Prozessen durch solarthermische Großanlagen bieten eine technisch sinnvolle und wirtschaftlich vertretbare Lösung in der Erreichung der Klimaziele. Das konnte in den letzten Jahren durch die Umsetzung von „Best Practice Examples“ in verschiedenen Industriesektoren und in unterschiedlichen Teilen der Welt bewiesen werden. Nichtdestotrotz braucht es weitere Anstrengungen, um Solarthermie als einen wichtigen Bestandteil in der Energieversorgung von Produktionsstätten zu etablieren. Diese Ausgabe unserer Zeitung „nachhaltigen technologie“ bietet Ihnen Einblick in verschiedene Initiativen und Umsetzungen sowie Forschungsprojekte mit dem Ziel, die Technologie weiter zu entwickeln und das Potenzial für neue Anwendungen zu erhöhen.

Neben der Entwicklung von neuen Energietechnologien und Systemen ist deren Erprobung unter realen Bedingungen von großer Relevanz. Dabei liefern nicht nur Demonstratoren auf Basis von Einzelanlagen wichtige Erkenntnisse, sondern auch Aktivitäten und Umsetzungen, die sich einerseits über größere Gebiete erstrecken und die andererseits auch die Nutzerinnen und Nutzer inkludieren, sind unerlässlich. Diese Erkenntnis ist mittlerweile weithin bekannt und hat in den letzten Jahren zum Start verschiedener gezielter Initiativen geführt.

In Deutschland wurde bereits im Jahr 2016 das Programm „Schaufenster intelligente Energie“ gestartet, in welchem in fünf Modellregionen komplementäre Ansätze verfolgt werden, um das Energiesystem der Zukunft aufzubauen.

Praktisch zeitgleich mit dem Programmstart in Deutschland wurde in Österreich mit der Vorbereitung der FTI-Initiative „Vorzeigeregion Energie“ begonnen. Nach mehreren Evaluierungsschleifen konnten im Herbst 2018 schlussendlich drei Vorzeigeregionen vom Stapel laufen. Drei Vorzeigeregionen, die sich mit vielversprechenden, komplementären Themen befassen und somit unterschiedliche Eckpfeiler eines zukünftigen Energiesystems adressieren. Innerhalb dieser Initiative kooperieren über 200 Partner bei einem geplanten Investitionsvolumen von über 400 Mio. Euro.

Wir freuen uns, Ihnen mit dieser Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ sowohl einen Überblick über die Programmerfahrungen aus Deutschland als auch einen Überblick über die Vorhaben der österreichischen Vorzeigeregionen geben zu können.

In Zukunft wird der hohe Anteil bei der Einspeisung von erneuerbaren Energieträgern in Strom- und Wärmenetze einen Übergang von einer am Bedarf ausgerichteten Energieproduktion zu einem der Produktion angepassten Verbrauch bedingen. Das ist sinnvoll und notwendig, um die zwar kurzfristig vorhersagbare, aber zeitlich unbeeinflussbar erzeugte Energiemenge z. B. aus Wind- oder Solarstrom-, aber auch aus Solarthermieanlagen gezielter direkt nutzen zu können. Das entlastet die Netze und die entsprechenden Speichernotwendigkeiten enorm. Das heißt eine Anpassung des Energieverbrauchs von Gebäuden und Gebäudeverbänden an die künftige Energieerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern ist wesentlich und unabdingbar für die Zukunft.

Die Wärmespeicherkapazitäten in den Bauteilen (z. B. Speicherung durch Bauteilaktivierung), die Anzahl und Größe von Warmwasserspeichern und Batterien, die Anzahl und Ausstattung mit elektrischen Geräten und Verbrauchern wie z. B. Wärmepumpen, die jeweils in Verwendung befindlichen Regelungssysteme und Ähnliches bestimmen das Potenzial der „Energie-Flexibilität“ in Gebäuden und Gebäudeverbänden. Einen besonderen Schwerpunkt bezüglich Wärmespeicherung und Lastspitzenverschiebung nimmt aus meiner Sicht hier zukünftig die Forcierung der Bauteilaktivierung in Gebäuden ein. Die gesamte durchflossene Massivdecke bzw. -wand wird dabei als Übertragungs- und Speichermasse thermisch aktiviert und kann neben der Speicherfunktion auch zusätzlich für Heizen und Kühlen verwendet werden.

In der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ wird versucht, zukunftsfähige Möglichkeiten für Energieflexibilität in Gebäuden und Gebäudeverbänden zu charakterisieren, die Potenziale zu erfassen und Regelungs- bzw. Lösungsstrategien aufzuzeigen.

Wasser ist für den Energie- und Lebensmittelsektor von größter Bedeutung. Der Zugang zu Energie, die Energiesicherheit oder die Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs können durch die Verfügbarkeit von Wasser beeinträchtigt werden. Fossile Brennstoffe benötigen Wasser für Gewinnung, Transport und Verarbeitung. Wärmekraftwerke (Kernkraft, fossile Brennstoffe, biobasierte Brennstoffe und konzentrierende Solarenergie) benötigen Wasser zur Kühlung, und Wasserkraftwerke benötigen robuste Flussströme. Die Rohstoffproduktion für Biokraftstoffe und Biokunststoffe hängt von Wasser für deren Erzeugung ab.

Energie ist ebenso wichtig für die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser, Bewässerung in der Landwirtschaft und Abwasserentsorgung: Pumpen von Grund- und Oberflächenwasser, Behandeln und Transportieren von Wasser zu den Endverbrauchern und Reinigen von Abwasser für das Recycling.

Gegenwärtig sind die Wasser-, Lebensmittel- und Energiesysteme voneinander abhängig, aber sie agieren ohne wirklicher Interaktion. Die Energieerzeugung und -verteilung ist oft ein nationales Thema, während Wasser in den Verantwortungsbereich von Regionen und Gemeinden fällt und die industrielle Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung von Firmen und Konzernen bestimmt wird. Die Untersuchung des Zusammenspiels - des "Nexus" - zwischen Energie, Lebensmittel und Wasser bietet daher eine ganzheitliche und systemische Sicht auf diese komplexen und kritischen Fragen.

Fortschritte in Forschung und Analyse haben zu innovativen Technologien und integrierten Ansätzen für ein effizientes Zusammenspiel geführt. In der aktuellen Ausgabe „nachhaltige technologien“ finden Sie unterschiedliche Beispiele, die diese Lösungsansätze beschreiben.

Der Marktanteil der Nah- und Fernwärme am gesamten Wärmebedarf Österreichs (inklusive Warmwasserbereitung) lag zuletzt bei rund 25 Prozent und hat sich seit 1990 etwa verdreifacht. Trotz dieser insgesamt sehr beeindruckenden Zahlen erfolgte die Entwicklung in den letzten Jahren sowohl nach verkaufter Wärme als auch nach Neuinstallation von Leitungen (von 4.900 km im Jahr 2013 auf etwa 5.400 km in 2016) etwas verhaltener. Die Ursache liegt überwiegend darin begründet, dass mittlerweile große Teile der dicht verbauten Quartiere und Städte mit Nah- und Fernwärme erschlossen sind. Gleichzeitig bedeuten stetige Reduktionen der Heizwärmebedarfe von Neubauten und Sanierungen eine Verringerung der Energiedichte pro erforderlichen Trassenmeter. Spezifisch höhere Wärmeverluste aufgrund kleiner werdender verkaufter Wärmemengen führen zwangsläufig zu geänderten Rahmenbedingungen mit Auswirkungen auf Wirtschaftlichkeit, Tarifmodelle und Ausbaustrategien. Klassische Nah- und Fernwärme mit den vorherrschenden hohen Versorgungstemperaturniveaus stößt hier vielfach an ihre Grenzen.

Neue Netzarchitekturen mit angepassten Temperaturniveaus sowie verteilten Erzeugungs- und Speicherstrukturen mit intelligenten Regelungsalgorithmen bieten hier gänzlich neue Möglichkeiten. Sowohl um zukünftig die netzgebundene Wärmeversorgung weiter auszubauen als auch um die Integration von Erneuerbaren weiter voranzutreiben. Mittlerweile liegen erste Erfahrungsberichte von Wärmenetzen auf Basis sogenannter „Anergienetze“ oder „Kalter Fernwärme“ vor und demonstrieren hier großes Potenzial. Aber auch Niedertemperaturnetze und die Versorgung gesamter Netzstränge aus dem Rücklauf werden zunehmend interessant. Deutlich wird dabei aber auch, dass einerseits die Systeme aufgrund der angepassten Netzarchitekturen, der Dezentralisierung, der zunehmenden Kopplung von Energiesektoren und neuer Regelungsmöglichkeiten komplexer werden. Andererseits müssen die Netze konsequent energetisch effizient betrieben werden um wirtschaftlich konkurrenzfähig zu sein. Beide Aspekte erfordern angepasste Methoden für Modellbildung und Simulation.

Über nationale und internationale Entwicklungen zu diesem Thema möchten wir in der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ berichten.

Es ist hinlänglich bekannt, dass neben technologischen Herausforderungen vor allem eine geeignete Finanzierung im Bereich Energieeffizienz und erneuerbarer Energie die größte Barriere für einen flächendeckenden Durchbruch in diesem Sektor darstellt. Neben den Möglichkeiten, Förderungen aus öffentlicher Hand zu beantragen, geht es dabei vermehrt darum, das Interesse von Privatkapitalgebern insbesondere durch Maßnahmen der Marktstrukturierung und Risikoreduktion zu wecken. Investoren sind zunehmend bereit in nachhaltige Energieprojekte zu investieren, jedoch sollten diese interessant aufbereitet werden, um sich von bestehenden Investitionen abzuheben. Des Weiteren müssen den Investoren eine Minimierung des Risikos bei gleichzeitiger Sicherstellung einer adäquaten Rendite geboten werden.

Unterschiedliche internationale Studien sprechen von einem massiven Finanzierungsbedarf für Projekte im Bereich Energieeffizienz und erneuerbarer Energie. Angesichts der finanztechnischen Rahmenbedingungen der Branche, wie langer Rückzahlungsperioden, illiquide Vermögenswerte und hohe regulatorische Abhängigkeiten, wird es entscheidend sein, das Zusammenspiel zwischen Staat und privaten Investoren bestmöglich zu gestalten und geeignete Finanzierungsmodelle auf den Markt zu bringen.

In der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ finden Sie unterschiedliche Beispiele von möglichen Finanzierungsmodellen im Gebäude wie auch im industriellen Bereich, deren Vor- und Nachteile, deren Herausforderungen bei der Etablierung auf dem Finanzsektor sowie die Beschreibung von „best practice examples“ erfolgreich finanzierter Projekte.

Ein Portfolio aus erneuerbaren Energieträgern bestimmt unser zukünftiges Energiesystem. Solarthermie ist wichtiger Bestandteil dieses Portfolios. Das zeigen einerseits viele konkrete Umsetzungsvorhaben großtechnischer Solarthermieprojekte (z. B. BigSolarGraz) und andererseits auch zahlreiche Studienergebnisse namhafter Institute.

Neben den großtechnischen Solarthermieprojekten für den urbanen Raum sind es weltweit aber viele andere Anwendungsmöglichkeiten, in denen Solarthermiesysteme sowohl in Bezug auf Primärenergieeinsatz und Ökonomie als auch in gesellschaftlicher Hinsicht (Zugang zu Energie, Versorgungssicherheit, Entlastungspotenzial für Netzinfrastrukturen, Arbeitsplätze, etc.) mehr als nur wettbewerbsfähig sind. Diese Anwendungspalette reicht von klassischen regionsspezifischen Warmwasserbe¬reitungs¬¬systemen bis hin zu solarthermischer Wärme-/Kältebereitstellung in größeren Anlagen für Industrie, Gewerbe- und Dienstleistungsgebäuden sowie für Wärmenetzeinspeisung. Aber auch Anwendungen, die bisher eher als Nischenmärkte betrachtet wurden, wie z. B. solare Trocknungsanlagen, hybride Systeme (PVT) und konzentrierende Solarsysteme, haben sich etabliert und besitzen enormes Marktpotenzial.

Aus österreichischer Sicht ist besonders erfreulich, dass heimische Unternehmen in all den oben genannten Anwendungsbereichen weltweit aktiv sind und die Exportquote von Solarkollektorflächen schon seit vielen Jahren über 80 % liegt. Wenn auch nicht in allen Disziplinen Weltmarktführerschaft vorherrscht, ist doch die technologische Expertise und die Produktqualität der Unternehmen grundsätzlich sehr hoch. Gute Bedingungen also für die Erschließung der immensen Marktpotenziale.

In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ mit dem Titel „Exporterfolge Solarwärme – Beispiele, Märkte, Potenziale“ möchten wir einerseits über vielversprechende Anwendungen und Märkte berichten sowie andererseits Aktivitäten heimischer Unternehmen mit hoher Exportaffinität vorstellen.

Neue Gebäude müssen zukünftig so gebaut werden, dass sie energetisch und ökologisch auch noch im Jahre 2050 bestehen können. Der Bestand muss fachkundig geprüft werden, ob er zu ersetzen, zu erneuern bzw. energetisch hochwertig zu sanieren ist.

Bei der Entscheidung zur hochwertigen thermischen Sanierung kommt der Art und Ausführung der neuen Fassaden eine immer bedeutendere Rolle zu. Fassaden und Fenster haben ein enormes Potential zur Energieeinsparung und CO2-Reduktion im Bestand. Daher widmet sich diese Ausgabe speziell diesem spannenden Thema.

Es werden dabei einerseits nachhaltige Fassadensysteme in unterschiedlichsten Bereichen und Einsatzgebieten beschrieben und andererseits Möglichkeiten von Zusatznutzen an der Fassade aufgezeigt. Aktive Gebäudetechnik- und Lüftungselemente, Versorgungsleitungen und energieerzeugende Komponenten müssen Teil einer im Werk vorgefertigten Fassade sein. Es müssen Fassadensysteme entwickelt und eingesetzt werden, die mehr können als nur "Dämmen" - nur dann werden diese nachhaltigen Fassadenkonstruktionen gegenüber Wärmedämmverbundsystemen wirtschaftlich konkurrieren können. Dies stellt große Herausforderungen an Architekten, Fachplaner und Industrie – sie sind jedoch lösbar.

Österreich kann auch auf diesem relativ neuen Gebiet der Entwicklung von multifunktionalen Fassadensystemen für Sanierungen und Neubauten wieder eine Vorreiterrolle in Europa übernehmen.

Unsere Städte wachsen. Österreichs Landeshauptstädte haben beispielsweise in den letzten zehn Jahren ein durchschnittliches Wachstum um 7,4% erzielt. Im Vergleich dazu bedeutet das durchschnittliche Wachstum von Gesamtösterreich um 4,3% eine Verschiebung von Landbevölkerung hin zu den Ballungszentren und deren Speckgürteln. Mit dieser Entwicklung steigen klarerweise auch die Treibhausgasemissionen, die weltweit bereits zu über 70% von menschlichen Aktivitäten in urbanen Gebieten verursacht werden. Diesem globalen Trend konnten die städtischen Aktivitäten zur Reduktion der Treibhausgasemissionen durch Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung, dem Einsatz erneuerbarer Energieträger und nachhaltigen Mobilitätskonzepten bislang nicht ansatzweise folgen.

Einige Städte haben sich jedoch bereits vor einigen Jahren verbindlich dazu entschlossen, den Weg in Richtung „smart city“ und „low carbon economy“ zu gehen. Neben einzelnen bereits gelungenen Umsetzungsprojekten haben diese Städte (in Österreich allen voran Salzburg, Wien und Graz) auch neue Instrumente in der Stadtplanung entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen sind neue numerische Methoden entstanden, die eine simulationstechnische Abbildung von komplexen urbanen Energiesystemen ermöglichen.

Über diese Entwicklungen möchten wir in der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ berichten.

Mit einer Ressourcenentnahme von rund 68 Milliarden Tonnen Material jährlich verbraucht der Mensch heute global fast zehnmal mehr als noch im Jahr 1902. Angetrieben von dieser Tatsache und einer Reihe von Herausforderungen wie z.B. Klimaveränderung und expandierende Populationen, wird die Entwicklung einer sogenannte „bioeconomy“, die eine Kreislaufschließung aller Makronährstoffe (Stickstoff, Phosphor, Kalium) sowie Rohmaterialen forciert, immer wichtiger.

Die Europäische Kommission hat in diesem Zusammenhang Ende 2015 eine neue ehrgeizige Strategie zur Kreislaufwirtschaft entworfen, wo der Abfall jedes Wirtschaftssektors eine wichtige Rolle einnimmt. Eine reststoffbasierte Bioökonomie wird realistisch betrachtet keine komplette Verschiebung in Richtung Umweltverträglichkeit schaffen, bringt aber jedenfalls Investitionsmöglichkeiten in Reststoffmärkten.

Das Mengenpotential an Ressourcen in Industrieabwässern und kommunalen Abwässern einschließlich Gärrest aus Biogas und Klärschlamm ist wesentlich und damit ein potentieller Treiber für einen langfristigen strategischen Paradigmenwechsel hin zu einer Bioökonomie. Aufgrund erschöpfender nicht erneuerbarer Mineralvorkommen (z.B. Phosphor) dem Anstieg der Produktionskosten (z.B. Stickstoff-Dünger) sind zum Beispiel Technologieentwicklungen von der Entsorgung und Behandlung zur Wertstoffrückgewinnung in den Fokus von Forschung & Entwicklung gerückt.

Im aktuellen Interesse der Weiterentwicklung stehen Technologien wie zum Beispiel die Membrandestillation, der in der gegenständlichen Ausgabe „nachhaltige Technologien“ ein Schwerpunkt gewidmet ist. Wie vielfältig diese Technologie einsetzbar ist aber auch welche technologischen Herausforderungen zu lösen sind, beweisen die unterschiedlichen Beispiele in den Artikeln dieser Ausgabe.

Zukünftig wird der Bedarf an Energiespeichern insbesondere aufgrund des nicht-kontinuierlichen Angebots der verstärkt zum Einsatz kommenden erneuerbaren Energieträger erheblich zunehmen.

Wärmespeicher werden in einem nachhaltig transformierten Energiesystem eine zentrale Rolle einnehmen, was einerseits auf den hohen Anteil des Wärmebedarfs am Endenergiebedarf (aktuell rund 50% in Österreich und Europa) und andererseits auf die wesentlich kostengünstigere Speichermöglichkeit von Wärme im Vergleich zu elektrischem Strom zurückzuführen ist. Die heute verfügbaren Technologien zur Speicherung von Wärme und Ansätze zur Systemimplementierung reichen für eine konsequente Dekarbonisierung des Energiesystems bis 2050 aber nicht aus. Gezielte Forschung, Entwicklung und Demonstration von Speichertechniken und hier insbesondere im Bereich von thermischen Energiespeichern mit höheren Energiedichten als beispielsweise Wasser (sogenannte „Kompakte thermische Energiespeicher) ist essentiell notwendig.

In Österreich laufen im Bereich kompakter thermischer Energiespeicher seit einigen Jahren gezielte Forschungsaktivitäten für die Anwendung in Gebäuden, der Industrie und der Mobilität, die häufig auch in internationale Projekte integriert sind bzw. zentrale Beiträge zu kooperativen Arbeitsgruppen in der Internationalen Energieagentur liefern. In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ möchten wir Ihnen den Status quo nationaler und internationaler Aktivitäten zu kompakten Wärmespeichern vorstellen und die Einsetzbarkeit in unterschiedlichen Anwendungssektoren zeigen.