Themensessions

Nachhaltiges Bauen - die Chance für unsere Zukunft

Alexander Passer, Arbeitsgruppe Nachhaltiges Bauen

Der Klimawandel stellt mit seinen weitreichenden, noch nie dagewesenen Auswirkungen die größte Bedrohung für unsere Zukunft dar. Der Bausektor und der Energieverbrauch in Gebäuden sind für 40% des Energieverbrauchs und 36% der CO₂-Emissionen in Europa verantwortlich und damit die größten Player im negativen Sinne. Aber sie bergen auch enormes Verbesserungspotential. Alexander Passer stellt neueste methodische und technologische Entwicklungen sowie Umsetzungsbeispiele vor.

3D-Drucken mit Beton

Stefan Peters, Institut für Tragwerksentwurf

Nach über 150 Jahren Stahlbetonbauentwicklung bieten neue 3D-Drucktechniken mit mineralischen Werkstoffen nun die Chance auf einen wesentlich ressourcenschonenderen Materialeinsatz: Bauteile aus dem 3D-Beton-Drucker ermöglichen die Herstellung filigraner und materialsparsamer Stahlbetonelemente ohne dabei auf einen aufwendigen Schalungsbau angewiesen zu sein. So konnte das Institut für Tragwerksentwurf eine Stahlbetonleichtbaudecke planen und umsetzen, die trotz gleichbleibender Tragfähigkeit mit 35% weniger Beton auskommt als herkömmliche Ortbetongeschossdecken.

Das Zentrum für Nachhaltiges Bauen der TU Graz

Michael Monsberger, Institut für Bauphysik, Gebäudetechnik und Hochbau

Eine klimaneutral bebaute Umwelt ist Schlüsselfaktor, um die Sustainable Development Goals – kurz SDGs – zu erreichen. Das Forschungszentrum Zentrum für nachhaltiges Bauen an der TU Graz bringt Wissenschafter*innen unterschiedlichster Fachgebiete zusammen, um gemeinsam mit externen Partner*innen zukunftsfähige Strategien und Lösungen zu entwickeln. Nachhaltiges Bauen bedeutet, ein Bauwerk mit minimalen negativen Umweltauswirkungen und niedrigen Lebenszykluskosten zu realisieren. Es erfordert, über Dekaden in die Zukunft zu denken und die Lebensqualität zukünftiger Generationen zu bedenken.

What are the Challenges in Materials Research?

Christoph Sommitsch, Institute of Materials Science, Joining and Forming, IMAT

Introduction to the Workshops

Sustainable bio-based materials

Rupert Kargl, Institute of Chemistry and Technology of Biobased Systems, BIOSYS

Research on bio-based materials is essential for the food, packaging, construction and medicine. A better understanding of their properties along with careful utilization of resource can contribute to sustainable development ‒ after all photosynthesis is the primary energy and material source for all life on earth. This workshop takes a look at interesting research conducted at TU Graz, followed by a discussion on future research possibilities.

• 13:05–13:20 Biomaterial research at the Institute of Chemistry and Technology of Biobased Systems (Rupert Kargl, IBIOSYS)
• 13:20‒13:40 Trends and sustainability in the paper and pulp sector (Ulrich Hirn, Institute of Bioproducts and Paper Technology, BPTI)
• 13:40‒13:50 Q&A / Discussion
• 13:50‒14:10 Trends in microbial polymers (Carina Frank, Franz Stelzer, ICTM)
• 10 min Q&A / Discussion and brainstorming session on the sustainable use of biomass, climate and energy

Der umweltfreundliche Brennstoff H₂

Alexander Trattner, HyCentA Research GmbH

Der Wandel hin zu einer nachhaltigeren Mobilität ist von effizienten Energiewandlern und erneuerbarer Energie gekennzeichnet. Power-to-Gas-Verfahren und der Einsatz von Wasserstoff ermöglichen es, erneuerbare Energien ins Energiesystem zu integrieren und sorgen als großtechnischer und langfristiger Energiespeicher für eine sichere Versorgung. Wasserstoff hilft, die internationale Energieverteilung zu vereinfachen: Gut transportierbar ermöglicht er es, Regionen, in denen reichlich erneuerbare Energie vorhanden ist mit solchen zu verbinden, in denen Energieimporte benötigt werden. In der Mobilität ist Wasserstoff vor allem im Langstrecken- und Schwerverkehr interessant und eine sinnvolle Alternative zu rein batterieelektrischen Antriebssystemen. Wasserstoff ermöglicht mit der Trennung von Energiespeicher und Energiewandler hohe Energiedichten und damit eine große Reichweite. Er kann schadstoffarm in Verbrennungskraftmaschinen oder schadstofffrei in Brennstoffzellen eingesetzt werden.

Der Wasserstoffverbrennungsmotor in der On- und Offroad-Mobilität

Helmut Eichlseder, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik

Wasserstoff (H₂) leistet als Energieträger einen wesentlichen Beitrag zu CO₂-neutralen und -freien Antriebslösungen im Straßenverkehr und in Offroad -Anwendungen.

Ein technologieoffener Zugang ermöglicht es, für jeden Anwendungsfall den passenden Wasserstoff-Antriebsstrang zu identifizieren: Neben der häufig genannten Brennstoffzelle (Fuel Cell) sollte zum Beispiel auch der Wasserstoffverbrennungsmotor (H₂-Internal Combustion Engine ICE) in die Überlegungen miteinbezogen werden. Bereits verfügbare Antriebsstrang-Technologien und bestehende Fahrzeugarchitekturen bilden eine gute Basis für die Entwicklung zukünftiger H₂-ICE-Powertrains. Es können baugleiche H₂-Tanksystemkomponenten wie Brennstoffzellen-Fahrzeuge verwendet werden.

Helmut Eichlseder legt in seinem Vortrag einen Schwerpunkt auf die Bewertung verschiedener Wasserstoffmotor-Konzepte, ihre Leistungspotenziale, Wirkungsgrade und Abgasemissionen in On- wie auch Offroad-Fahrzeugen.

Die Elektrizitätswirtschaft auf dem Weg zur Klimaneutralität

Sonja Wogrin, Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation

Die Europäische Union will spätestens bis 2050 klimaneutral sein –  Österreich will dieses Ziel bereits früher erreicht haben. Auf dem Weg zur Klimaneutralität gibt es viele Unbekannte, sicher ist aber, dass die Elektrizitätswirtschaft eine zentrale Rolle spielen wird. Sonja Wogrin analysiert die Herausforderungen für den Elektrizitätssektor, um eine saubere, effiziente, leistbare und sichere Energieversorgung  zu gewährleisten.

Mittelspannungs-Gleichstromübertragung (MGÜ) unterstützt die Energiewende

Uwe Schichler, Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement

Wind- und Sonnenenergie sind wichtige Faktoren der Energiewende und werden zunehmend dezentral ins Energienetz eingespeist. Notwendig wird dadurch, das bestehende Stromnetz um- bzw. auszubauen. Neben der Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) im Übertragungsnetz zeigt sich auch die innovative Gleichstromübertragung im Mittelspannungsbereich (MGÜ) dank ihrer technisch-wirtschaftlichen Vorteile als sinnvolle Ergänzung und Alternative zu AC-Verteilnetzen.

Einleitung

Peter Fischer, Institut für Fahrzeugtechnik

Dass der globale CO₂-Ausstoß reduziert werden muss steht außer Frage - welcher der optimale Weg dorthin ist, darüber sind sich Expert*innen hingegen viel weniger einig. Lösungen gibt es viele - je nach eigenem Fachgebiet werden unterschiedliche Lösungen präferiert und die eigenen Lieblingstechnologien mit Argumenten untermauert. Eine Technologie, mit der die CO₂-Emissionen im Betrieb von Fahrzeugen nachhaltig gesenkt werden können, sticht aber hervor: Der Leichtbau ist und bleibt eine Schlüsseltechnologie zur Einsparung von Energie und Steigerung von Reichweiten. Und das egal aus welcher Quelle die Energie stammt - regenerativ oder fossil.

Mit Mikrobiomforschung das Klima verbessern

Gabriele Berg und Birgit Wassermann, Institut für Umweltbiotechnologie

Die Mikrobiomforschung liefert wertvolle Erkenntnisse, um die Auswirkungen des Klimawandels auf unsere Umwelt besser verstehen und einordnen zu können. Das Umweltmikrobiom umfasst die Mikroben, Bakterien und anderen Kleinstlebewesen, die in Symbiose mit den Organismen unserer Welt leben, sie schützen und gesund halten, aber auch krankmachen können. Es spielt nicht nur eine essentielle Rolle für den Schutz unseres Planeten, sondern trägt, falls es ins Ungleichgewicht - eine Dysbiose - fällt, sogar zu einem weiteren Temperaturanstieg und damit verbunden zur Ausbreitung von Krankheitserregern bei. Wichtig ist deshalb, die Grundlagen der Umweltmikrobiome zu erforschen und biotechnologische Lösungen für ein Wissens-basiertes Mikrobiom-Management zu entwickeln.

Biotechnological products from CO₂ and H₂ using chemolithotrophs

Regina Kratzer, Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik und Vanja Subotić, Institut für Wärmetechnik

Use of the greenhouse gas CO₂ as a starting material for the production of chemicals and materials closes the carbon cycle. CO₂, however, is a stable molecule and high energy is required to convert CO₂ into more useful compounds. We, at the Institute of Biotechnology and Biochemical Engineering, apply CO₂ directly as carbon source for specialized microorganisms. The efficient, non-phototrophic CO₂ assimilation requires H₂ as reducing agent. Biocatalytic CO₂ reduction by H₂ connects bioprocessing with topics around the future energy carrier H₂. The interdisciplinary focus on H₂ generation and utilization at Graz University of Technology facilitates new cooperation opportunities with the Institute of Thermal Engineering.

Die Biomedizinische Technik an der TU Graz feiert 50 Jahre!

Gernot Müller-Putz, Institut für Neurotechnologie

Vor 50 Jahren wurde erstmals die Elektromedizin als Wahlfachbündel in das Studium Elektrotechnik an der TU Graz eingeführt. 1973 gründete sich das Institut für Elektro- und Biomedizinische Technik – die lange und erfolgreiche Forschung in diesem Bereich nahm damit ihren Anfang. Zeit, einen Blick auf die Geschichte der biomedizinischen Forschung und Lehre an der TU Graz und auf das Forschungsfeld im Jahr 2021 zu werfen!

Digitale Zwillinge für die Industrielle Energieversorgung

Johanna Pirker, Institute of Interactive Systems and Data Science

Industrielle Prozesse benötigen abwechselnd sehr hohe und sehr niedrige Energiemengen und stoßen dabei auf schwankende Verfügbarkeit. Abhilfe könnte ein Digital Energy Twin schaffen, der den Prozess widerspiegelt. Um komplexe Systeme zu analysieren und optimieren, kombinieren Forschende der TU Graz künstliche Intelligenz und physikalische Modellierung. Innovative Visualisierungsstrategien wie die Virtual Reality optimieren das Simulationserlebnis zusätzlich. TU Graz-Forscherin Johanna Pirker fasst erste Erkenntnisse in der Zusammenführung von Digital Twins mit Virtual Reality Applikationen zusammen und zeigt das Potential auf.

Kommunikation im Smart Grid

Konrad Diwold, Institut für Technische Informatik

Zunehmend speisen dezentrale Erzeuger*innen Strom aus erneuerbaren Energiequellen in unser Stromnetz ein. Für die Umwelt stellt das eine höchst wünschenswerte Entwicklung dar. Für Netzplanung und Netzbetrieb aber zugleich auch eine große Herausforderung. Eine mögliche Lösung ist das intelligente Stromnetz oder Smart Grid, das Netzkomponenten wie Erzeuger*innen, Energiespeicher und Verbraucher*innen vernetzt, überwacht und aktiv steuert.

Zentrales Element eines Smart Grids ist die Kommunikationstechnologie. TU Graz-Forscher Konrad Diwold beleuchtet aktuelle Entwicklungen im Bereich drahtlose Kommunikationstechnologie, die den intelligenten und zuverlässigen Betrieb von Stromnetzen möglich machen könnten.

Gebäude im Zentrum der Energiewende

Thomas Schranz, Institut für Softwaretechnologie

40% des Energiebedarfs und 36% der CO₂-Emissionen gehen in Europa auf das Konto von Gebäuden und deren Bewohner*innen. An der TU Graz arbeitet man an Lösungsmöglichkeiten, um den Energieverbrauch in Gebäuden zu senken und bedient sich dabei dreier zukunftsweisender Schlüsselkonzepte: Bewohner*innen sowie Betreiber*innen sind zentrale, aktiv mitwirkende Akteure, die starken Einfluss auf die Nutzung von Energie in Gebäuden haben. Das Internet-of-Things (IoT) sorgt für bidirektionale Echtzeitkommunikation zwischen Gebäuden, Bewohner*innen und Betreiber*innen und ermöglicht so direktes Feedback. Die mittels IoT-Technologien gesammelten Echtzeitdaten können in modernen, auf künstlicher Intelligenz basierenden Modellierungs- und Simulationsmethoden genutzt werden, um den Energieverbrauch in Gebäuden zu überwachen und zu optimieren.

Service-basierte Kraftwerksautomatisierung

Georg Macher, Institut für Technische Informatik

Der Betrieb von Kraftwerken hat sich in den vergangenen Jahren massiv verändert - gleichzeitig eröffnen datengetriebene High-Level-Modellierungen neue Möglichkeiten: Die zunehmende Automatisierung ermöglicht es den Betreiber*innen, die innerbetrieblichen technischen Kompetenzen zu verringern und an externe Dienstleistende auszulagern. Die durchgängige digitale Sicht auf die Kraftwerksprozesse lässt die bisherigen Grenzen zwischen Prozessautomatisierung und Management sowie Leit- und Automatisierungstechnik verschwinden. Gleichzeitig macht diese Entwicklung die Integration einer Operations- & Maintainance-Zentrale möglich, von der aus der Kraftwerksbetrieb, das Asset Management und die Wartung auf Basis qualitativ hochwertiger Daten betrieben werden kann.

Data Science für Intelligente Energieversorgung

Robert Ginthör, Know-Center GmbH Research Center for Data-Driven Business & Big Data Analytics

Daten werden oft als die Währung der Zukunft angesehen. Neue Technologien wie das mobile Internet, das Internet-of-Things (IoT) oder Cloud-Services generieren Unmengen von ihnen und werden es in Zukunft noch wesentlich stärker tun. Rohe Daten alleine bringen aber noch keinen Mehrwert - erst ihre Analyse lässt neue Erkenntnisse entstehen und sie als Wettbewerbsvorteil nutzen. Auch im Bereich der smarten Energieversorgung, wo sie eingesetzt werden können, um die Energiebereitstellung und den Energieverbrauch zu optimieren.

Höchst effizient und der Grundbaustein für E-Fuels: Hochtemperaturelektrolysezellen

Christoph Hochenauer, Institut für Wärmetechnik

Hochtemperaturbrennstoffzellen können nicht nur Wasserstoff, sondern auch Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff höchst effizient in elektrische Energie umwandeln. Weil sie dabei ohne bewegte Komponenten und damit quasi ohne Verschleiß arbeiten, sind sie besonders für die Daueranwendung etwa in einem Kraftwerk prädestiniert.

Im umgekehrten Betrieb als Hochtemperaturelektrolyse-Anlagen können sie zudem CO₂ und H₂O wieder in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Synthesegas umwandeln. Und dieses Synthesegas ist dann der Grundbaustein für alle E-Fuels.