Einjahrespflanzen als Rohstoff für Papier

Holz ist ein knappes Gut. Da ist es nur logisch, dass auch die Papierindustrie nach Alternativen sucht. Eine Forschungsgruppe um HM-Professorin Helga Zollner-Croll beschäftigt sich mit der Extraktion von Zellstoff aus Nicht-Holzpflanzen. Erfolgreich, wie sich zeigt.

München, 19. Juli 2023 – Für die Herstellung von Papier – sei es für Druckerpapier, Hygienepapier oder für Verpackung – werden Zellulosefasern benötigt. Eine übliche Quelle hierfür ist Holz. Zunehmend ein knapperes Gut, mit dem insbesondere in Zeiten des Klimawandels sorgsam umgegangen werden sollte. „Auch in der Zellstoffindustrie geht der Trend dahin, Holz als Rohstoff zu einem bestimmten Prozentsatz zu ersetzen“, erklärt Prof. Dr. Helga Zollner-Croll von der HM-Fakultät für Technische Systeme, Prozesse und Kommunikation.

Im Bachelor Verpackungstechnik und Verfahrenstechnik Papier startete die Professorin daher eine Machbarkeitsstudie zur Verwendbarkeit von Nicht-Holzpflanzen für die Papierherstellung – gemeinsam mit ihren Studierenden. Eine von ihnen ist Anna Lexa: „Wir haben intensiv drei alternative Rohstoffe für die Zellstoffherstellung untersucht: Hopfen, Hanf und Miscanthus.“ Allesamt Einjahrespflanzen, die weitaus günstiger im Einkauf sind als Holz und die in der Landwirtschaft teils sogar als Abfallprodukt der Ernte anfallen.

Zellstoffgewinnung durch Kochungen

Für die Forschungsstudie mussten die getrockneten Einjahrespflanzen zunächst klein gehäckselt werden. Anschließend wurden ihre Extraktstoffe bestimmt, darunter auch das Polymer Lignin, das der Pflanze als Stützmaterial dient, und das für den resultierenden Zellstoff bestmöglich entfernt werden sollte. Schließlich folgte der aufwendigste Part der Forschung: die verschiedenen Kochungen aller drei Rohstoffe. „Wir haben jeweils kleine Mengen von Hopfen, Hanf und Miscanthus drei Zellstoff-Kochungen unterzogen: dem Natural-Pulping-Verfahren mit Methansäure, dem Acetosolv-Verfahren mit Essigsäure und der Soda-Kochung mit Natronlauge“, so Zollner-Croll.

Große Ausbeute bei Miscanthus

Im Anschluss wurden die Ausbeuten und die Fasereigenschaften untersucht – und mit verfügbaren Daten für Zellstoff aus Kiefern- und Fichtenholz verglichen. „Interessiert hat uns vor allem die Ausbeute“, sagt Lexa, „also die Quote, wie viele Fasern wir aus wie viel Zellstoff erhalten.“ Insbesondere der Miscanthus konnte hier überzeugen: mit einer Ausbeute von 86 Prozent. Zum Vergleich: Holz erzielt in der gängigen Methode der Sulfat-Kochung nur rund 55 Prozent, der Rest ist Ablauge.

„Damit bestätigt sich das große Potenzial von Einjahrespflanzen und Gräsern“, so Zollner-Croll. Sie und ihr Forschungsteam bleiben also dran, untersuchen Wiederholbarkeiten und planen, Maschinenversuche in größere Mengen durchzuführen: „Aktuell ist unsere Herausforderung, dass sich das Natural-Pulping-Verfahren in Europa noch nicht durchgesetzt hat und deshalb gegenwärtig kaum Anlagen mit der notwendigen Ausstattung zur Verfügung stehen.“ Doch die HM-Forschenden sind sich sicher, dass sich diese Investition langfristig lohnen wird: für die Industrie – und für unser Klima.

Prof. Dr. Helga Zollner-Croll

Fach- und Aufgabenbereiche

• Prodekanin der Fakultät
• Studiengangsleiterin
• Prüfungskommissionsvorsitzende im Master Paper Technology

Der Wirkungsgrad von Biomassekesseln steigt um bis zu 30 Prozent durch die Kopplung mit einer rein thermisch angetriebenen Wärmepumpe. Dieses System entwickelte ein HM-Forschungsteam im Projekt „BreBiSorp“. Durch die Effizienzsteigerung trägt das Projekt zum Gelingen der Energiewende in Deutschland bei.

München, 24. Mai 2023 – Heizanlagen, die mit Biomasse und nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Holzpellets oder Hackschnitzel betrieben werden, sind eine wichtige Option für die Wärmeversorgung und damit für die Energiewende im Wärmesektor. Der Brennstoff Holz steht nur begrenzt zur Verfügung. Umso wichtiger ist es, ihn für die Einspeisung von Energie in das Nahwärmenetz vor Ort möglichst effizient zu nutzen. Ein Forschungsteam der Fakultät für Versorgungs- und Gebäudetechnik der Hochschule München (HM) hat dazu im Projekt „Brennwertnutzung an Biomassekesseln mittels angekoppelter Sorptionswärmepumpe“ (BreBiSorp) ein System entwickelt, das die Brennwertnutzung für Biomassekessel optimiert. Durch Einsatz einer thermisch angetriebenen Wärmepumpe können auch größere Anlagen, die oftmals Wärmenetze mit höheren Rücklauftemperaturen versorgen, von dieser Brennwerttechnik profitieren – damit erzielen sie eine deutlich bessere Energieausbeute. 

Zusätzliche Energie: Brennwertnutzung bei Biomassekesseln

Das Forschungsteam um Prof. Dr. Christian Schweigler vom Forschungsinstitut für energieeffiziente Gebäude und Quartiere (CENERGIE) verfolgt dazu den Ansatz der Brennwertnutzung in Verbindung mit einer Wärmepumpe. Das heiße Rauchgas von circa 140 Grad Celsius, das nach dem Verbrennungsvorgang aus dem Heizkessel austritt, wird auf bis zu 25 Grad Celsius abgekühlt. Dabei wird der Taupunkt unterschritten, der Wasserdampf kondensiert und gibt dabei Wärme ab. 

Um diesen zusätzlichen Energiegewinn aus dem Abgas zu ermöglichen, müsste die Rücklauftemperatur im Heizsystem deutlich unterhalb des Taupunkts liegen. Viele Nahwärmenetze haben jedoch Rücklauftemperaturen um 50 Grad Celsius. Um diese Temperaturdifferenz zu überbrücken, setzen die Forscher:innen eine Wärmepumpe ein. Diese hebt das niedrige Temperaturniveau an, um die aus dem Abgas gewonnene Wärme in das Wärmenetz einspeisen zu können. „Je nach Brennstoffgehalt bewirkt unser Konzept eine Wirkungsgradsteigerung um bis zu 30 Prozent. Damit kann gut ein Fünftel des Biomasse-Brennstoffs eingespart werden“, sagt Schweigler.

Optimierter Einsatz der Wärmepumpe 

Im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelt HM-Doktorandin Tina Hermann eine angepasste Absorptionswärmepumpe, die eine besondere Kreislaufführung verwendet. Die Antriebswärme für die Wärmepumpe wird aus dem Biomassekessel abgezweigt und geht nicht für die Wärmenutzung verloren. 

Der Einsatz einer Absorptionswärmepumpe ist besonders attraktiv, da sie im Vergleich zur Kompressionswärmepumpe einen sehr geringen Strombedarf aufweist. „Bei der aktuellen Entwicklung wird der Kreislauf der thermisch angetriebenen Wärmepumpe nach dem sogenannten Thermosiphon-Prinzip ausgeführt. Der Verdampfer wurde für den Betrieb mit geringen Kältemittelmengen optimiert. Damit konnten wir auf mechanische Umwälzpumpen innerhalb der Wärmepumpe verzichten“, sagt Hermann.

Durch den besonderen Aufbau der Wärmepumpe ist ein robuster Betrieb mit geringem Wartungsaufwand möglich. Künftig soll diese angepasste Absorptionswärmepumpe als Zusatzgerät Biomassekessel in großen Stückzahlen ergänzen. 

Vom Modell zum Versuchsaufbau

Nach dem Bau des Modellsystems im Labor wird im nächsten Schritt eine Versuchsinstallation vor Ort beim Projektpartner SCHERDEL Energietechnik in Marktredwitz aufgebaut, um den Betrieb mit einem Hackschnitzel-Heizkessel zu erproben. Ziel des Forschungsprojektes ist es, weiter an einer technisch und wirtschaftlich möglichst günstigen Kopplung der Wärmepumpe für verbesserte Brennwertnutzung an Biomassekesseln zu forschen. Ein entscheidender Beitrag zum Erreichen der energie- und klimapolitischen Ziele in Deutschland.

Prof. Dr. Christian Schweigler

Fakultaet 05

Fachgebiete

• Wärme- und Kälteerzeugung mit erneuerbaren Energien
• Sorptionswärmepumpen
• Energiesysteme
• Lehrveranstaltungen

Professor Christoph Hackl forscht an der Hochschule München an intelligenten Komponenten für die Energiewende. Mit seinem Team optimiert er Biogas-, Geothermie-, Photovoltaik-, Windkraft- oder Wellenkraftanlagen aber auch Elektrofahrzeuge und elektrischer Energienetze. Durch die intelligenten Komponenten (z.B. intelligente leistungselektronische Wandler in Elektrofahrzeugen oder Windkraftanlagen) wird eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit sowie eine erweiterte Funktionalität der Systeme erreicht. Für seine Arbeit wurde Prof. Christoph Hackl mit dem Oskar-von-Miller-Preis für Angewandte Forschung und Entwicklung 2022 ausgezeichnet.

• Information zum Institut für Nachhaltige Energiesysteme ISES
• Information zum Labor für Mechatronische und Regenerativer Energiesysteme LMRES

Christoph Hackl promovierte 2012 interdisziplinär an der Technischen Universität München in Mechatronik und Systemtheorie. 2018 wurde er zum Professor für “Elektrische Maschinen und Antriebe” an die HM berufen. Mit fünf Kollegen gründete er in 2019 das HM-Forschungsinstitut "Nachhaltige Energiesysteme”. In 2022 gewann er den HM-Oskar für angewandte Forschung. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen mechatronische und regenerative Energiesysteme. Er hat mehr als 150 Konferenz-/Journal-/Buchbeiträge veröffentlicht.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Systems zur Brennwertnutzung an Biomassekesseln. Um eine weitgehende Unabhängigkeit vom Temperaturniveau der Wärmelieferung – beispielsweise über ein Nahwärmenetz – zu erzielen, wird eine Absorptionswärmepumpe eingesetzt, die die durch Rauchgaskondensation gewonnene Niedertemperaturwärme auf das Temperaturniveau des Wärmenetzes anhebt. 

Die Entwicklung zielt auf Biomasse-Heizsysteme mit mittleren (etwa 75 kW) bis großen Wärmeleistungen (einige Hundert kW). Das Rauchgas des Biomassekessels soll auf etwa 20°C ausgekühlt werden, so dass je nach Wassergehalt des Biomasse-Brennstoffs eine Wirkungsgradsteigerung um bis zu 30% erreicht wird. Damit ergibt sich eine Brennstoffeinsparung von etwa 25% gegenüber dem herkömmlichen Betrieb von Biomassekesseln mit Abgastemperaturen um 180°C und Wirkungsgraden um 85%. 

Das Konzept beruht auf dem Einsatz einer Absorptionswärmepumpe (AWP), die an den Biomassekessel angekoppelt wird. Der Wärmegewinn aus der Abkühlung und Kondensation des Abgases des Biomassekessels wird auf niedrigem Temperaturniveau um 20°C an den Verdampfer V der Wärmepumpe übertragen. Für den Antrieb des Wärmepumpenkreislaufs am Austreiber (Generator G) wird Antriebswärme auf einem Temperaturniveau um 90°C benötigt, die aus dem Biomassekessel bezogen wird. Dafür wird innerhalb des Vorhabens die Wärmeauskopplung aus dem Kesselkörper modifiziert. Der Kreisprozess der thermischen Wärmepumpe sorgt für die Anhebung des Temperaturniveaus, so dass die aus dem Abgas aufgenommene Wärme zusammen mit der Antriebswärme über den Kondensator K und Absorber A der Absorptionswärmepumpe an den Nutzwärmekreislauf bei etwa 50°C abgegeben werden kann. Die nachfolgende Abbildung zeigt eine mögliche Ausführung des Gesamtsystems.

Das Vorhaben beinhaltet die folgenden Bearbeitungsschritte:

• Wärmetechnisches Konzept, Auslegung des Wärmepumpenkreislaufs 
• Modifikation des Biomassekessels für die Ankopplung der Sorptionswärmepumpe: Wärmeauskopplung aus dem Biomassekessel
• Auslegung des Brennwert-Wärmetauschers
• Entwicklung von kreislauftechnischen Details der Sorptionswärmepumpe: z.B. Naturumlaufaustreiber, unterstützt durch Laborversuche
• Betriebskonzept für minimalen Regelungsaufwand
• Konzeption der Sorptionswärmepumpe für geringe Herstellkosten und robusten Betrieb
• Auslegung und Konstruktion der Sorptionswärmepumpe
• Errichtung und Betrieb einer Demonstrationsanlage

Laufzeit: 01.10.2017 - 30.06.2023

Projektträger: Projektträger Jülich, PtJ

Projektpartner: Scherdel Energietechnik GmbH

Nutzungsdaten basierte Optimierung von Gebäuden und Anlagen am Beispiel der Hochschule München

Das Ziel eines klimaneutralen Gebäudebetriebs ist dank heutiger technischer Möglichkeiten zwar planbar, die praktische Umsetzung ist jedoch aufgrund unterschiedlicher nutzerspezifischer Vorgaben und Einflüsse schwierig. Städte und Quartiere erscheinen durch ihre Struktur und Größe meist zu komplex, um die strukturellen und energetischen Herausforderungen ausreichend zu erfassen. Dagegen ist der Gebäudebestand einer Hochschule infolge der überschaubaren Größe, Vernetzung und Erfassung als Quartier leichter verständlich. Seine Heterogenität hinsichtlich der vorhandenen Gebäude, eingesetzten Technologien und diversen Nutzungen erlaubt es, die erzielten Ergebnisse auf andere Quartiere zu übertragen.

Auf Basis der Vorgängerprojekte HoEff (Die Hochschule auf dem Weg zu einem energieeffizienten Gebäudebetrieb) und HoEff-CIM (Energieeffiziente Hochschule – Campus Information Modeling), die an der Ludwig-Maximilian-Universität München (LMU) durchgeführt wurden, soll nun am eigenen Objekt geforscht und Erkenntnisse an der Hochschule München angewandt werden. Der Gebäudebestand der wird zunächst mit Hilfe der Erkenntnisse, Methoden und Tools der Vorgängerprojekte inklusive seiner Nutzungsarten und Nutzern erfasst und energetisch klassifiziert. 

Die Projektbeteiligten der Hochschule München beschäftigen sich anschließend mit den Teilaspekten Datenerfassung, Identifikation von Nutzereinflüssen, Nutzenergiesimulation und Optimierung integraler Planungsprozesse. Folgende Fragestellungen werden im Speziellen untersucht:

• Wie kann der Gesamtenergiebedarf komplexer Gebäudestrukturen automatisiert, datenbasiert und kosteneffizient analysiert, bewertet und reduziert werden?
• Wie kann der notwendige Messaufwand durch Korrelation mit Daten aus zusätzlich zur Verfügung stehenden Quellen reduziert werden?
• Wie kann der Nutzer bewusst in die Transformation zu einem klimaneutralen Campus oder einem energieeffizienten Gebäudebetrieb einbezogen werden?
• Welche Art von Informationen und Daten wird benötigt, um den Nutzer ausreichend genau abzubilden?
• Wie können Nutzereffekte in der Planung angemessen beachtet oder in der Betriebsdiagnose sicher erkannt werden?
• Wie können die energetischen Auswirkungen fundiert quantifiziert werden? Garantiert ein mehr an Technik auch eine bessere Lösung?

Der Lehrstuhl für energieeffizientes und nachhaltiges Planen und Bauen, vertreten durch Prof. Dr.-Ing. Werner Lang, erforscht die Teilaspekte sozioökonomische Modellierung von Nutzereinflüssen und nachhaltige Referenzanlagenkonzepte. Die Erkenntnisse des Gesamtprojekts sollen in Zusammenarbeit mit der Hochschulleitung und dem staatlichen Bauamt München II in die Planung von Neubauprojekten und die energetische Sanierung bzw. Instandsetzung des Gebäudebestands der Hochschule München einfließen. 

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Das Forschungsprojekt "NuDataCampus" wurde vom 01.04.2019 bis 31.10.2022 durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens steht ein bestehendes Wohn- und Geschäftsgebäude in Geretsried im Mittelpunkt, wobei Regelstrategien für das hybride Energiesystem erarbeitet sowie die Schnittstelle zur Gebäudeautomation optimiert werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Integration von dynamischen, funktionalen Abläufen unter Berücksichtigung der Gebäudenutzer in dem digitalen, BIM-gestützten Planungsprozess im Bauwesen gelegt.

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte (FKZ: 03EN1046B) Forschungsvorhaben versteht sich als Nachfolger des Vorhabens „+EQ-Net“, welches die Konzeptionierung und Ausführung eines innovativen Energiekonzepts für das Wohn- und Geschäftsgebäude pulsG innehatte. 

Die Hochschule München befasst sich in ihrem Arbeitspaket im Rahmen des „BuildingXModeling“ mit den Auswirkungen verschiedener Regelstrategien auf den Energieeinsatz und die Betriebskosten unter Berücksichtigung der Netzdienlichkeit des Gebäudes. Dabei soll die im Projekt „+EQ-Net“ entwickelte saisonale Regelungsstrategie hinsichtlich einer netzdienlichen Regelung unter Einbezug der Nutzer weiterentwickelt werden. Zudem zeigte das Vorgängerprojekt bereits, dass derartige Niedrigstenergiegebäude und -quartiere mit hybriden Energiesystemen besondere Anforderungen an die Gebäudeautomation und eine digitale Planung mit sich bringen. Der aus heutiger Sicht BIM- (Building Information Modeling) gestützte Planungsprozess im Bauwesen bezieht sich jedoch hauptsächlich auf statische, konstruktive Fragestellungen im Gebäude mittels der Umsetzung der Komponenten in einem 3-D-Modell. Dynamische, funktionale Abläufe werden hierbei nicht thematisiert. Um künftig zusätzlich zur Funktionalität der Einzelgewerke die Gesamtfunktionalität eines Gebäudes unter Beweis stellen zu können sind exakte Vorgaben an die Ausführung von Gebäudeautomationssystemen darzustellen, die an der Hochschule München erarbeitet werden. 

Die Aufgaben der weiteren Projektpartner teilen sich in die Arbeitspakete „Monitoring und Qualitätssicherung“ (Bearbeitung durch Fa. ASSMANN BERATEN + PLANEN GmbH) sowie die Betriebsoptimierung und Bewertung des Geothermiesystems (Bearbeitung durch die Technische Hochschule Nürnberg) auf. Das Projekt verfügt über eine Laufzeit von drei Jahren und wird bis Juli 2024 bearbeitet.

Laufzeit: 01.08.2021 - 31.07.2024

Projektträger: Projektträger Jülich

Projektpartner: Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, ASSMANN BERATEN+PLANEN GmbH, München, EREA-Projekt GmbH & Co.KG, Dietramszell-Peretshofen

Forschende an der Hochschule München entwickeln ein Antriebssystem für Pumpen, die selbst unter extremen Bedienungen in mehr als tausend Metern Tiefe effizient und zuverlässig arbeiten können – ein wichtiger Baustein für die hydrothermale Tiefengeothermie in Bayern.

München, 2. Februar 2023 – „Wenn die Energiewende gelingen soll und wir in Zukunft zu einem bezahlbaren Preis unser Wohnzimmer heizen wollen, dann müssen wir die Effizienz regenerativer Energiegewinnung steigern – das gilt für Solaranlagen und Windräder, aber auch - und vor allem - für geothermische Kraftwerke“, betont Prof. Christoph Hackl, Leiter des Labors für Mechatronische und Erneuerbare Energiesysteme (LMRES), an der Hochschule München. Im Projekt „Prototypenbau eines neuartigen Pumpenmotors“ arbeitet sein Team an einer effizienten Förderung von heißem Wasser aus tiefen Gesteinsschichten: „Die Geothermie hat den Vorteil, dass sie jederzeit und unabhängig vom Wetter zur Verfügung steht. Daher ist sie eine wichtige Ergänzung zu Wind- und Solarenergie.“

Geothermie sehr gut nutzbar in Südbayern

Vor allem in Südbayern sind die Voraussetzungen für eine Nutzung der Erdwärme ideal: Im Molassebecken, wo sich Sedimente abgelagert haben, als die Alpen zu einem Gebirge emporwuchsen, gibt es zahlreiche wasserführende Gesteinsschichten, die durch die Hitze aus dem Erdinneren erwärmt werden. Mit Hilfe von Tiefbohrungen lassen sich diese hydrothermalen Wässer erschließen. Berechnungen der Geothermie-Allianz Bayern gehen davon aus, dass beispielsweise in der Metropolregion München bis zu 67 Prozent des Wärmebedarfs durch hydrothermale Tiefengeothermie gedeckt werden könnten. 

Die Technik dafür ist vorhanden: 29 Tiefen-Geothermie-Projekte wurden in Bayern bereits realisiert. „Ein Problem sind die Kosten. Man muss erst einmal tiefe Bohrungen durchführen und dann die hydrothermalen Wässer heraufpumpen. Das ist enorm aufwändig und energieintensiv – bisherige Pumpen haben keinen besonders hohen Wirkungsgrad und fallen häufig aus“, erklärt Hackl.

Robuste Antriebe für widrige Einsatzbedingungen

Elektrische Antriebe sind sein Spezialgebiet: Seit Jahren entwickelt der Elektrotechniker für verschiedene industrielle Anwendungen Antriebssysteme, die robuster, langlebiger und sparsamer sind als traditionelle Modelle. Diese Antriebe, als Pumpenmotoren eingesetzt, sollen jetzt auch die Geothermie effizienter machen. Motoren für den Einsatz in Bohrungen zu optimieren, ist allerdings eine besondere Herausforderung. Bohrlöcher sind eng und die Bedingungen in tausenden von Metern Tiefe extrem: Die Antriebe müssen hohem Druck, Temperaturen von über 100 Grad und aggressiven Chemikalien standhalten. 

Das Projekt ist Teil des Forschungs-Netzwerks Geothermie Allianz Bayern (GAB), in dem Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an fünf Universitäten erforschen, wie sich geothermische Energie besser nutzen und in die Versorgungsinfrastruktur integrieren lässt. Gefördert wird die GAB durch das Bayerischen Staatsministeriums für Wissenschaft und Kunst.

Das Ziel des Designs: Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen

An der Hochschule München ist die Zukunft nur einen Mausklick entfernt. Auf Hackls Monitor öffnet sich ein Fenster, es erscheint das Computermodell des neuen Pumpenantriebs: ein extrem dünnes und langes Gebilde mit einem Durchmesser von 22 Zentimetern und einer Länge von mehr als zehn Metern. „Wir experimentieren derzeit mit verschiedenen Designs“, erläutert der Forscher. „Die Anforderungen an die Stabilität der Konstruktion sind enorm. Hinzu kommt, dass wir möglichst materialsparend arbeiten wollen, die Antriebe aber auch so robust sein sollen, dass sie über Jahre störungsfrei laufen und ihr Wirkungsgrad mindestens zehn Prozent höher ist als bisherige Motoren."

Erhöhung des Wirkungsgrads: Beitrag zur Wärmewende

Mit Hilfe von Computermodellen entwirft Hackls Team nicht nur das Design der Antriebe, sondern auch die Steuer- und Regelungstechnik, die für die Fehlererkennung und die Optimierung der Leistung benötigt werden. Dank einer eigens entwickelten virtuellen Testumgebung lässt sich schon während der Entwurfsphase die Effizienz des Systems virtuell überprüfen. Bis zum Ende der Projektlaufzeit 2024 soll dann auch ein Prototyp gebaut und im Labor der Hochschule München getestet werden. „Das Potenzial der neuen Pumpantriebe ist enorm“, betont Hackl: „Der Energiebedarf der Motoren ist beträchtlich – er liegt im Megawatt-Bereich. Wenn wir da den Wirkungsgrad erhöhen und die Wartungsintervalle verlängern können, wäre ein essentieller Schritt auch in der Wärmewende getan.“ 

Die Geothermie-Allianz Bayern 2.0 (GAB) ist ein standortübergreifender, hochschulweiter Forschungsverbund der Technischen Universität München, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, der Universität Bayreuth, der Ludwig-Maximilians-Universität München sowie der Hochschule München, der von Januar 2021 bis Dezember 2024 läuft. Die HM beteiligt sich seit Oktober 2021 am Teilprojekt „effizient. Wärmewende durch intelligente Nutzung der Tiefengeothermie“, das sich mit der Auslegung eines neuen Pumpenantriebs für Tauchkreiselpumpen beschäftigt.

Prof. Christoph Hackl

Christoph Hackl promovierte 2012 interdisziplinär an der Technischen Universität München in Mechatronik und Systemtheorie. 2018 wurde er zum Professor für “Elektrische Maschinen und Antriebe” an die HM berufen. Mit fünf Kollegen gründete er in 2019 das HM-Forschungsinstitut "Nachhaltige Energiesysteme”. In 2022 gewann er den HM-Oskar für angewandte Forschung. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen mechatronische und regenerative Energiesysteme. Er hat mehr als 150 Konferenz-/Journal-/Buchbeiträge veröffentlicht.

Interview mit HTA-Forschungsprofessor Dr. Herbert Palm

Welche Motivation hat Sie zu Ihrer Forschung gebracht?

Herbert Palm: Die Welt um uns herum vernetzt sich zunehmend. Historisch getrennte Fachgebiete wie Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik wachsen zusammen. Das schafft Zugang zu völlig neuen Produkten wie intelligenten oder autonom agierenden Maschinen. Mir persönlich stellt sich dabei die Frage, wie wir in diesem von "volatility, uncertainty, complexity, ambiguity" (VUCA) geprägten Umfeld noch den Überblick behalten und die Zukunft nach unseren Vorstellungen gestalten können.

Welche Innovationen soll Ihre Forschung befördern?

Herbert Palm: "Entwurf und Optimierung komplexer Systeme" prägen meine Forschungsarbeiten. Die von uns untersuchten Systeme (z.B. kommunale Energieversorgungsnetze) lassen sich vielfach nicht mehr in geschlossen analytischer Form beschreiben. Sie ähneln einer "Black Box", sind aber über simulationsfähige Modelle erfassbar. Die Auslegung dieser Systeme soll gleichzeitig hinsichtlich mehrerer Zielgrößen optimal erfolgen. Innovationen im Umfeld der multikriteriellen Optimierung (multi objective optimization MOO) und Versuchsplanung (design of optimal experiments) stehen entsprechend im Fokus der von mir betreuten Forschungsarbeiten.

Welche Anwendungsgebiete wollen Sie mit Ihrer Forschung erschließen?

Herbert Palm: Als eines der Gründungsmitglieder des Instituts für nachhaltige Energiesysteme (ISES) gilt mein Anwendungsschwerpunkt der erfolgreichen Energiewende. Dazu benötigen wir die besten technischen Konzepte, Prozesse und Methoden sowie passende Werkzeuge, um diese Methoden in die Anwendung zu bringen. Genauso wichtig ist die Partizipation der dabei involvierten Menschen mit dem Ziel erfolgreicher Information und Akzeptanz. Neben Prozessen und Werkzeugketten zur kommunalen Energiewende arbeiten wir daher auch an Partizipationsansätzen zur erfolgreichen Einbindung aller Akteure.

Charakterisieren Sie Ihre Forschung mit drei Worten

Herbert Palm: Innovativ, nachhaltig, wertvoll.

Prof. Dr. Herbert Palm

• Seit 2008 ist er Professor an der HM für Systems Engineering mit dem Schwerpunkt Projektmanagement
• Leiter des Masterstudiengangs Systems Engineering 
• Leiter des Labors Systems Engineering 
• wissenschaftlicher Leiter des Institutes für Nachhaltige Energiesysteme (ISES)
• Vorsitzender der Prüfungskommission für das Masterstudium Systems Engineering 

Die Hightech Agenda Bayern – kurz HTA – ist ein Investitionsprogramm des Freistaats Bayern. Sie stärkt alle staatlichen Hochschulen Bayerns mit zusätzlichen Studienplätzen, Stellen für Professuren, Stellen für wissenschaftliches sowie nichtwissenschaftliches Personal und für Infrastruktur. Auch zusätzliche Haushaltsmittel sind im Zeitraum von 2019 bis 2023 vorgesehen. Mit der Hightech Agenda Plus wurde das Programm vor dem Hintergrund der Corona-Pandemie nochmals aufgestockt.

Interview mit HTA-Forschungsprofessor Dr. Christoph Dauberschmidt

Welche Motivation hat Sie zu Ihrer Forschung gebracht?

Christoph Dauberschmidt: Der Impuls für meine Forschung ist meine Unzufriedenheit mit der Art und Weise, wie heute gebaut wird und wie Bauwerke instandgesetzt werden. Ich möchte, dass wir dauerhafter bauen, mit weniger Ressourceneinsatz und so, dass unsere heutigen Neubauten leicht recyclierbar sind. Im Bestand soll weniger abgerissen und neu gebaut werden. Der Bestand soll vielmehr bewahrt und instandgesetzt werden. Instandsetzung kann heute intelligenter umgesetzt werden, als es derzeit in der Praxis üblich ist – schneller, mit weniger Eingriffen in das Bauwerk, dauerhafter und preiswerter.

Welche Innovationen soll Ihre Forschung befördern?

Christoph Dauberschmidt: Wenn Bauwerke lange halten und genutzt werden, ist das gut für die Umwelt, die nachfolgenden Generationen und auch für uns: Wir müssen z.B. nicht in Staus stehen, die durch Baustellen entstehen. Wir forschen unter anderem daran, den Beton immer dichter gegen schädigende Chloride zu machen oder einen preiswerten Ersatz für den korrosionsgefährdeten Stahl im Beton zu entwickeln. Wenn der Stahl schon geschädigt ist, suchen wir nach neuen Möglichkeiten innovativer Instandsetzungen.

Welche Anwendungsgebiete wollen Sie mit Ihrer Forschung erschließen?

Christoph Dauberschmidt: Unsere Forschungsergebnisse werden bereits beim Bau und bei der Instandsetzung von Parkhäusern und Tiefgaragen eingesetzt. Auch in der Baustoffindustrie bei der Entwicklung von Betonen, die weniger CO2-Emissionen verursachen und beim Einsatz neuartiger Bewehrungsstäbe aus Basaltfasern werden unsere Forschungsergebnisse bereits in der Praxis umgesetzt. Die Aufgaben in der Bauforschung sind riesig. Dafür haben wir ein starkes Team mit neugierigen und offenen Kolleg:innen, mit denen wir das Bauen in Zukunft noch innovativer machen.

Charakterisieren Sie Ihre Forschung mit drei Worten

Christoph Dauberschmidt: Bauen, but fresh.

Prof. Dr. Christoph Dauberschmidt

• Leiter des Labors für Baustoffe 
• Leitung des Instituts für Material- und Bauforschung 
• Sprecher des BayWiss-Verbundkollegs "Infrastruktur, Bauen und Urbanisierung " gemeinsam mit TU München, Bundeswehruniversität und der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg.
• seit 2021 HTA Forschungsprofessor.

Die Hightech Agenda Bayern – kurz HTA – ist ein Investitionsprogramm des Freistaats Bayern. Sie stärkt alle staatlichen Hochschulen Bayerns mit zusätzlichen Studienplätzen, Stellen für Professuren, Stellen für wissenschaftliches sowie nichtwissenschaftliches Personal und für Infrastruktur. Auch zusätzliche Haushaltsmittel sind im Zeitraum von 2019 bis 2023 vorgesehen. Mit der Hightech Agenda Plus wurde das Programm vor dem Hintergrund der Corona-Pandemie nochmals aufgestockt.

Die Konstruktion und der Betrieb von Gebäuden haben einen signifikanten Einfluss auf die Umwelt, weshalb es einen zunehmenden Bedarf gibt, ihre Energieeffizienz zu bewerten und die Nachhaltigkeit zu verbessern. Angesichts der ständig wachsenden Menge an verfügbaren Daten zum Betrieb von Gebäuden ist es jedoch unerlässlich geworden, die Art und Weise der Durchführung von Energieeffizienzbewertungen und -zertifikaten (EPCs) zu verändern. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, startete die EU im Juni 2021 das EUB SuperHub-Projekt (European Building Sustainability performance and energy certification Hub) unter der Leitung von Frau Prof. Essig der Fakultät für Architektur.

Das EUB SuperHub-Projekt zielt darauf ab, die Zuverlässigkeit und Qualität von Energieeffizienzbewertungen und -zertifikaten zu verbessern sowie die Einhaltung und Umsetzung von EU-Richtlinien und damit verbundenen Standards zu erhöhen. Dies wird durch die Verbindung der verschiedenen "dezentralen" Systeme, Bewertungsschemata und Zertifizierungen, die in der EU verbreitet sind, durch eine digitale Plattform auf der Grundlage gemeinsamer Kriterien erreicht. Die Plattform wird lokale öffentliche Datenbanken von EPCs, Nachhaltigkeits- und Smart Readiness-Bewertungen speichern, geo-referenzieren, anzeigen und organisieren und in einem gemeinsamen digitalen E-Pass speichern.

Der EUB SuperHub E-Pass wird die Entstehung eines nachfragegesteuerten Marktes für energieeffiziente, nachhaltige und intelligente Gebäude erleichtern, indem er Gebäudebesitzer, Nutzer, Prüfer, Lösungsanbieter und Fördermittelgeber verbindet. Die Plattform wird auch von einem digitalen Gebäudetagebuch und den neuesten, hochmodernen Bewertungstechniken, Indikatoren und Kriterien unterstützt, um Transparenz, Zuverlässigkeit, Vergleichbarkeit und gute Qualität von Gebäudezertifizierungen in der EU sicherzustellen.

Das EUB SuperHub-Projekt wird im Rahmen des EU-H2020-Programms für Forschung und Innovation finanziert und läuft drei Jahre lang ab Juni 2021. Das Projektkonsortium besteht aus 10 Mitgliedern aus 7 EU-Mitgliedstaaten, darunter Geonardo Environmental Technologies, Felicity Tools Engineering, Energy Institute Hrvoje Pozar, Energieinstitut Vorarlberg, Hochschule Münchnen, University College Cork, Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, SBE Italia R&D, Ente Nazionale Italiano di Unificazione und Regione Calabria. 

Das Projekt verfügt sogar über eine eigene Website: https://eubsuperhub.eu/

Prof. Dr. Natalie Eßig

Prof. Dr. Natalie Eßig setzt sich in Forschung, Lehre und Praxis dafür ein, dass ein nachhaltiges, umwelt- und klimaschonendes Bauen zur Selbstverständlichkeit wird

Ahmed Khoja

Seit 2014 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule München, Fakultät für Architektur, Fachgebiet Baukonstruktion und Bauklimatik