UPP Kassel
Uni

Unsere Forschung im Fachgebiet upp

Das Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse (upp) der Universität Kassel arbeitet seit nunmehr 10 Jahren auf dem Gebiet der Energie- und Ressourceneffizienz und der dezentralen und erneuerbaren Energien in verschiedenen Forschungs- und Industrieprojekten.

Die Forschung des Fachgebiets ist interdisziplinär mit einer ganzheitlichen und globalen Betrachtungsweise von Produktionsgebäuden, Produkten und Prozessen über ihren gesamten Lebenszyklus ausgerichtet. Dabei wird der technologische Fortschritt nicht allein nur am wirtschaftlichen Nutzen ausgerichtet, sondern gleichrangig soziale und umweltliche Werte im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung berücksichtigt. Die Forschungsaktivitäten gliedern sich in folgende 4 Themenfelder:

1. Klima-, energie- und ressourceneffiziente Produktion

Die steigenden Energie- und Rohstoffkosten und die sich verändernden klimatischen Randbedingungen erfordern insbesondere für energieintensive und emissionslastige Produktionsprozesse und Unternehmen einen erheblichen Anpassungsbedarf. Dies gilt aufgrund der zunehmenden Anzahl von Extremwetterlagen im gleichen Maße für Unternehmen, die Präzisionsprodukte unter definierten Raumklimabedingungen herstellen müssen.

Folgende Probleme und Aufgaben kommen z.B. auf die Unternehmen zu:

  • Steigende Energiekosten (und damit Druck zu drastischer Energieeinsparung)
  • Limitierung bzw. Verteuerung von Treibhausgasemissionen durch den Emissionshandel
  • Erhöhter Kühlbedarf durch steigende Umgebungstemperaturen und vermehrte Heißwetterperioden
  • Umstellung auf eine hybride Energieversorgung als Mischung von dezentraler und netzgebundener Energie
  • Kontinuierliche Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien

Diese Anforderungen lassen sich nicht durch Einzelbetrachtungen und –maßnahmen bewältigen. Vielmehr ist eine systemische Vorgehensweise notwendig. Zu diesem Zweck werden am upp die Simulationsmodelle von Maschinen und Anlagen, deren logistische Verknüpfung und dem thermischen Verhalten des Fabrikgebäudes gekoppelt. Erst durch diesen Ansatz ist eine vorausschauende Optimierung der Planung und Steuerung von Fabriken im Sinne des Nachhaltigkeitsgedankens möglich. Dies wird durch umfassende Messmöglichkeiten zur Datenaufnahme ergänzt.

2. Modellierung, Simulation und Steuerung von Produktion und Umfeld

Die Flussgrößen einer Fabrik (Stoff, Energie, Finanzen, Arbeit) werden nicht nur durch technische Zusammenhänge induziert. Sie sind vielmehr eine Folge eines interdisziplinären Zusammenwirkens aus den Bereichen:

  • Umwelt
  • Technik
  • Mensch – Mitarbeiter
  • Recht – Standard – Norm
  • Kosten

Um die Leistungsfähigkeit einer Fabrik und deren Auswirkungen vorhersagen zu können, bedarf es dementsprechend auch eines interdisziplinären Modellansatzes. Zudem müssen unter anderem auch das gesamte Umfeld der Fabrik (Markt, Standort, Klima), die Organisationsstrukturen, die Maschinen und Anlagen, das Gebäude mit Gebäudetechnik mit in das Modell implementiert werden.

Mit diesem Modell ist es möglich die notwendigen Maßnahmen für eine klimafreundliche und energieeffiziente Industrieproduktion abzuleiten.

3. Dezentrale Energieversorgung und erneuerbare Energien in der Produktion

Die Umstellung auf regenerative Energieträger ist insbesondere bei produzierenden Unternehmen eine komplexe Aufgabe, da hierbei der hohe Energiebedarf, die Vielfalt an Energiemedien und die hohen Anforderungen an die Versorgungssicherheit berücksichtigt werden müssen.

Die verschiedenen erneuerbaren Energieformen, wie

  • Windenergie,
  • Wasserkraft,
  • Photovoltaik,
  • Solarthermie,
  • Geothermie,
  • Biomassebasierte Kraft-Wärme-Kopplung

sind beim dezentralen Einsatz in der Industrie entsprechend anzupassen. Besonders die Kraft-Wärme-Kopplung bzw. Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung spielen im industriellen Einsatz eine besondere Rolle. Hier gilt es durch intelligente Anpassung an den Energiebedarf eine möglichst hohe Brennstoffeffizienz zu erreichen. Das Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse entwickelt Konzepte und Steuerungssysteme für diese effiziente und dezentrale Energiebereitstellung.

Grundsätzlich ist abhängig von den benötigten Temperaturniveaus und dem jeweiligen Standortbedingungen die effizienteste und wirtschaftlichste Energiebereitstellung auszuwählen. Das upp setzt auch hier entsprechende Simulationstechniken ein, um eine optimale und nachhaltige Energieversorgung für Industrieunternehmen zu realisieren.

4. Life Cycle Engineering

Die Forschungstätigkeiten des Fachgebiets sind interdisziplinär und auf die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus ausgerichtet. Dabei werden technische, ökonomische und ökologische Aspekte und Rahmenbedingungen zur Erreichung von wissenschaftlichen fundierten Erkenntnisfortschritten in der Forschung berücksichtigt.

In zahlreichen Projekten mit Industrie- und Dienstleitungsunternehmen konnten die 4 Themenfelder anhand konkreter Probleme bearbeitet und Lösungen sowie Gestaltungs- und Handlungsempfehlungen für Industrie- und Dienstleistungsunternehmen abgeleitet werden:

  • Klimafreundliche Kunststoffproduktion durch systemische Energieeffizienz
  • Erstellung eines globalen Produktionskonzeptes für ein Unternehmen der Medizintechnik
  • Energieeffizienzsteigerung in der Produktion von Infusionslösungen
  • Energieautarke Produktion in einem metallverarbeitenden Betrieb
  • Planung der thermischen Gebäudeausrüstung für einen Produktionsneubau
  • Energieeffizienz bei der Reifenproduktion
  • Energiebedarfsanalyse bei der Impfstoffproduktion
  • Energieeffizienz durch optimierte Abstimmung von Produktion und TGA
  • Entwicklung einer effizienten Extruderbeheizung mit intelligenter Steuerung zur Steigerung von Wirkungsgrad und Energieeffizienz in der Kunststoffindustrie
  • Dezentrale, vorausschauende und effiziente Dezentrale Energieversorgungseinheiten