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Aktiver Klimaschutz

Energieforschung und -lehre an der OTH Amberg-Weiden

Die angewandte Energieforschung und -lehre mit dem Schwerpunkt auf den Erneuerbaren Energien, der Energie- und Ressourceneffizienz, ist der OTH Amberg-Weiden in die Wiege gelegt. Bereits zu Beginn der Lehrtätigkeit an der Fakultät Maschinenbau und Umwelttechnik im Jahr 1998 wurden diese zukunftsweisenden Inhalte im damals noch etwas „exotischen“ Studiengang „Umwelttechnik“ vermittelt. Heute ist die Umwelttechnik und alle damit verbundenen Technologien ein Exportschlager der deutschen Wirtschaft. Dies ist heute und zukünftig nur möglich, wenn gut ausgebildete Ingenieur*innen die Entwicklungen weiter vorantreiben. Derzeit befinden sich unser Energieversorgungssystem und damit die Energiebranche in einem gewaltigen Umwandlungsprozess, um die Energiewende erfolgreich umzusetzen und das Klima nachhaltig zu schützen. Hierzu möchte und muss die OTH Amberg-Weiden auch zukünftig durch ihre angewandte Forschung und die praxisnahe Aus- und Fortbildung von „Energietechnik-Ingenieur*innen“ ihren Beitrag leisten.

Kompetenzzentrum für Kraft-Wärme-Kopplung (KoKWK)

Die angewandte Energieforschung der OTH Amberg-Weiden ist seit 2012 im Kompetenzzentrum für Kraft-Wärme-Kopplung (KoKWK) konzentriert. Fünf Professoren und 15 bis 20 Ingenieur*innen beschäftigen sich im KoKWK mit der nachhaltigen, ressourcenschonenden Bereitstellung von Strom, Wärme, Kälte (Kühlung) in der Industrie und in Gebäuden, wie z. B. Krankenhäusern oder Schulen. Die Studierenden aller Studiengänge der Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik, aber auch der anderen Fakultäten arbeiten in den Forschungs- und Industrieprojekten im Rahmen von Projekt- und Abschlussarbeiten mit. Einige davon bleiben gerne als Projektingenieur*innen oder Wissenschaftliche Mitarbeiter*innen am KoKWK.

Das Herz einer KWK-Anlage bildet ein Blockheizkraftwerk (BHKW). BHKW-Anlagen ermöglichen die dezentrale, verbrauchernahe Erzeugung elektrischer Energie, gekoppelt mit der unmittelbaren Nutzung der unvermeidlichen Abwärme zu Heiz- oder Kühlzwecken im jeweiligen Industriebetrieb oder in benachbarten Gebäuden. Bei großen Atom- oder Kohlekraftwerken fallen ebenfalls immense Mengen von Abwärme an, die jedoch aufgrund ihres geringen Temperaturniveaus und der großen Entfernung zu möglichen Verbrauchern nicht genutzt werden können. Ein BHKW besteht meist aus einem Gas- oder Dieselmotor oder auch einer Gasturbine, die entweder noch mit fossilen Kraftstoffen (Dieselkraftstoff, Erdgas) oder schon mit „grünem Treibstoff“ (z. B. Biogas, Klärgas, Bio-Diesel, Wasserstoff etc.) betrieben werden. Die hierbei auf höherer Temperatur anfallende Abwärme im Abgas und Kühlwasser kann dann entweder direkt in einer ORC-Anlage (ORC = Organic Rankine Cycle) mit Mikroexpansionsturbine weiter verstromt oder zu Heiz- und sogar zu Kühlzwecken genutzt werden. Sehr erfolgreich wird diese Technologie z. B. bei der Firma Ponnath Die Meistermetzger GmbH in Kemnath/Oberpfalz angewendet. Das industrielle KWK-System wurde dort unter der Federführung des Instituts für Energietechnik (IfE/OTH Amberg-Weiden) und des KoKWK ausgelegt und umgesetzt. Es erreicht gut 84% Energieausnutzungsgrad und wurde von der Zeitschrift Energie & Management mit dem Preis „BHKW des Jahres 2017“ ausgezeichnet.

Die „grünen Kraftstoffe“, also aus regenerativen Quellen hergestellt, müssen in Motoren und Turbinen getestet und bewertet werden. Das ist ein weiterer Forschungsgegenstand im KoKWK. Auch wenn die Verbrennung von alternativen Kraftstoffen klimaneutral ist – d. h., es wird bei der Verbrennung nur so viel CO2 freigesetzt, wie zuvor von dem Material, aus dem der Kraftstoff besteht, aus der Atmosphäre gebunden wurde (z. B. bei der Verbrennung von Pflanzenöl oder Holz) – entstehen bei der Verbrennung doch Emissionen. Deshalb arbeiten die Energieforscher*innen  der OTH-Amberg-Weiden stetig an der Verbrauchsminderung der eingesetzten Verbrennungskraftmaschinen und an der Reduktion oder gar Vermeidung der Emissionen, die natürlich zunächst genau gemessen werden müssen. Ganz ohne CO2-Emissionen arbeitet ein BHKW, in dem „Grüner Wasserstoff“, der aus Wind- oder Solarstrom erzeugt wurde, verbrannt wird. Auch an dieser zukunftsweisenden Technologie arbeiten die OTH-Forscher*innen erfolgreich mit. Das (erneut) zum „BHKW des Jahres 2019“ ausgezeichnete Blockheizkraftwerk läuft mit Wasserstoff aus Windkraft (sog. Windgas) bei den Stadtwerken Haßfurt. Ein baugleicher Gasmotor wird begleitend im KoKWK am Standort in Amberg getestet und hinsichtlich Effizienz und Kraftstoffeinsatzmöglichkeiten stetig weiterentwickelt.

Das OTH Amberg-Weiden Partnernetzwerk im Bereich der Energieforschung.

Die Energieforschung und –technologie ist extrem vielseitig und herausfordernd. Auch ein gutes Team, wie das des KoKWK, kann nicht alle notwendigen Themenfelder selbstständig, auf sich gestellt, erfolgreich bearbeiten. Deshalb arbeitet das KoKWK mit einer stetig wachsenden Anzahl von Partnern aus Forschung und Industrie, aus dem In- und Ausland in den unterschiedlichen Forschungsprojekten zusammen. Beispielhaft sei hier das im Herbst 2019 erfolgreich abgeschlossene Projekt ZIEL-ETZ #53 „Grenzüberschreitendes Netzwerk für Energieeffizienz und Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung“ genannt, im Rahmen dessen die OTH Amberg-Weiden zusammen mit der Westböhmischen Universität Pilsen sechs KMU beiderseits der bayerisch-tschechischen Grenze bei ihren Entwicklungsaufgaben unterstützte. Das Forschungsnetzwerk wird kontinuierlich auch durch die Organisation und Durchführung von wissenschaftlichen Tagungen weiterentwickelt. Im Sommer 2019 veranstaltete das KoKWK z. B. den Workshop „Recent ORC and Application in Central and Eastern Europe“ zusammen mit dem Kompetenzzentrum Bayern – Mittel- und Osteuropa (KOMO) an der OTH. Im März 2020 fand bereits das 4. Clusterforum „KWK – effizient, vielseitig, zukunftsfähig“, gemeinsam organisiert mit Bayern Innovativ, statt. Im Oktober 2020 startete nun das Projekt „Grenzüberschreitende Energie-Effizienz-Netze“, gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt und nukleare Sicherheit im Rahmen der Europäischen Klimainitiative (EUKI), das das KoKWK gemeinsam mit den Kolleg*innen des University Centre for Energy Efficient Buildungs (UCEEB) an der Technischen Universität in Prag (CTU) durchführt.

Forschung und Lehre an der OTH Amberg-Weiden

Ganz ohne Emissionen, zumindest während des Betriebs, kommt die dezentrale Stromerzeugung aus Photovoltaik, Wind- oder Wasserkraft aus. Auch diese Aufgabenfelder werden in der Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik in Forschung und hauptsächlich in der Lehre behandelt. Beispiel für ein internes Forschungsprojekt ist das „Energieautarke Gebäude“. Hier wurde eine ganzjährig zu jeder Tages- und Nachtzeit autarke Versorgung eines Wohngebäudes aus den Quellen Photovoltaik, Windenergie, Solarthermie und einem pflanzenölbetriebenen Kleinst-BHKW in Verbindung mit Wärme- und Stromspeichern untersucht. Dabei wurde der Wärme- und Stromverbrauch des Gebäudes in kleinen Zeitschritten simuliert, während die genannten Energieerzeugungsanlagen an der OTH aufgebaut wurden und unter realen Bedingungen das Haus versorgt haben und natürlich auch vermessen wurden. Dieses Projekt zeigt beispielhaft, dass nicht nur die Erzeugungsseite betrachtet wird, sondern auch die Verbrauchsseite und insbesondere die Gebäude – dem größten „Energieverbraucher“ weltweit. In der Lehre spiegelt sich das wieder, indem die Studierenden zusätzlich zu ihrem „normalen“ Studienabschluss eine Qualifizierung zum „Energieeffizienz-Experten“ für Wohngebäude erwerben können.   

Die Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden ist eine „Lehranstalt“. D. h. die Ausbildung junger Menschen für den Ingenieurberuf ist unsere Hauptaufgabe. Um dies über die Jahrzehnte praxisgerecht und aktuell darzustellen, müssen die Professor*innen ihr Wissen und ihre Erfahrung kontinuierlich weiterentwickeln. Das gilt in jüngster Zeit insbesondere für die Energietechnik. Hochaktuelle Stichworte in diesem Zusammenhang sind „Energiewende“, „Ausstieg aus der Kernkraft und der Kohle“, „CO2-Reduzierung und Klimaschutz“, die die gigantischen Veränderungen und Herausforderungen in unserem Energieversorgungssystem charakterisieren. Deswegen ist ein besonderes Engagement in der angewandten Forschung erforderlich, um die Lehrinhalte in den unterschiedlichen Studiengängen kontinuierlich aktuell zu halten und weiterzuentwickeln. Damit wird eine hervorragende Qualifizierung unserer Studierenden gewährleistet und sie partizipieren unmittelbar über Projekt- und Abschlussarbeiten an den laufenden F&E-Vorhaben.

Internationale Kooperationen

Die beschriebenen Herausforderungen, insbesondere durch den Klimawandel, können nicht im Alleingang bewältigt werden. Hierzu sind internationale Anstrengungen zwingend notwendig.  Die Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik reagiert darauf mit internationalen Kooperationen. Beispielhaft seien an dieser Stelle Partner aus Tschechien, Indien, Japan und China genannt, mit denen gemeinsame Projekte durchgeführt werden. Dazu gehören u.a. auch internationale Winter-/Summer Schools, im Rahmen derer Studierende aus verschiedenen Ländern zusammen kommen und zu aktuellen Themen Vorlesungen hören, um gemeinsam zu diskutieren und an Projekten zu arbeiten. Bereits seit einigen Jahren etabliert hat sich z. B. die „Indo-German Summer-Winter School“, die die OTH Amberg-Weiden in Zusammenarbeit mit der Universität „Malaviya National Institute of Technology“ (MNIT) in Jaipur, Indien, z. B. zu den Themen Energieeffiziente Gebäude und Regenerative Energien sowie zur globalen Müll- und Wasserproblematik, durchführt. Dabei verbringen die OTH-Studierenden eine Woche in Indien und arbeiten dort mit ihren indischen Kommiliton*innen an kleinen Projekten in gemischten Gruppen, was dann ein halbes Jahr später an der OTH fortgesetzt wird, wenn die indischen Studierenden zum Gegenbesuch nach Amberg kommen. Seit Oktober 2020 ist diese Aktivität eingebettet in ein größeres vom DAAD gefördertes Projekt, in dem es um eine Forcierung der Zusammenarbeit im Bereich Lehre und Forschung geht.  

Promotion im Bereich der Energietechnik

Eine zwar immer noch kleine aber doch steigende Anzahl unserer Studierenden strebt nach dem Bachelor- und Masterabschluss nach einem vertieften Verständnis und Wissen, d. h. eine Promotion an. Durch die angewandte Forschung ist die OTH Amberg-Weiden nachhaltig mit verschiedenen Universitäten im In- und Ausland vernetzt (z. B. Uni Bayreuth, FAU Erlangen Nürnberg, HS Karlsruhe, University of Birmingham, UWB Pilsen, TU Prag, Jiangsu University China, Hokkaido University Japan, MNIT Indien etc.). Dadurch sind kooperative Promotionen möglich und werden durch das 2017 gegründete BayWISS „Verbundkolleg Energie“ unterstützt und stark vereinfacht. Frau Dr.-Ing. Stefanie Reil, die ursprünglich an der FH Amberg-Weiden ihren „Dipl.-Ing. für Umwelttechnik“ abschloss, war 2019 die erste Doktorin des Verbundkollegs Energie.

Seit vielen Jahren bietet die OTH Amberg-Weiden mit ihren erfahrenen, international anerkannten Professor*innen und hervorragenden Lehr- und Forschungseinrichtungen eine hochqualitative Lehre. Um die Ingenieur*innen mit den notwendigen Kompetenzen auszustatten, die sie befähigen, für anspruchsvolle Probleme kreative und innovative Lösungen zu finden, werden die Studiengänge kontinuierlich aktualisiert und damit auf dem neuesten Stand gehalten. Um Antworten auf die ingenieurwissenschaftlichen Anforderungen der Energiewende zu geben, wurde der „Energietechnik“-Studiengang zum Wintersemester 2020/21 komplett neu und zeitgemäß aufgesetzt. Dabei wurden z. B. digitale Inhalte verstärkt, es wurden Module aufgenommen, die den Zusammenhang Energie und Klimawandel behandeln, es wurden drei wählbare Vertiefungsrichtungen – Energieeffizienz und Energieeinsparung; Bioenergie; Energiewandlung, -Verteilung und –Speicherung – eingeführt. Der Bereich der interdisziplinären Module wurde durch Projekt- und Innovationsmanagement verstärkt u.v.m. Um diese Veränderungen auch nach außen sichtbar zu machen, hat der Studiengang den neuen Namen „Energietechnik, Energieeffizienz und Klimaschutz“ erhalten.

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