200.000 Billionen Berechnungen pro Sekunde

Veröffentlicht am9. Juni 201823. Januar 2022Autorgh

ORNL startet Supercomputer Summit

Das Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums (ORNL) hat am 08.06.2016 den leistungsfähigsten und intelligentesten wissenschaftlichen Supercomputer (ExaScale) der Welt – genannt „Summit“ – vorgestellt, schrieb Morgan McCorkle vom ORNL in einer Medienmitteilung. Mit einer Spitzenleistung von 200.000 Billionen Berechnungen pro Sekunde oder 200 sogenannter Petaflops wird Summit acht Mal leistungsfähiger sein als das bisherige Top-System des ORNL namens Titan.

Super-Computer Summit – Foto © courtesy ORNL.gov

Exascale-Klasse – Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, des japanischen RIKEN-Instituts in Kobe und Wako und des schwedischen KTH Royal Institute of Technology in Stockholm haben gemeinsam nun die Voraussetzungen geschaffen, das Potenzial kommender Rechnergenerationen für entsprechende Simulationen voll auszuschöpfen. Die verbesserte Software beschleunigt auch Simulationen auf heutigen Superrechnern deutlich. Die nächste Generation von Supercomputern, die sogenannte Exascale-Klasse, wie der in Kobe geplante Nachfolger des K-Computers und JUWELS in Jülich, werden die Leistungsfähigkeit heutiger Supercomputer um das zehn- bis hundertfache übertreffen (nach fz-juelich.de/algorithmus)

Für bestimmte wissenschaftliche Anwendungen soll Summit auch in der Lage sein, mehr als drei Milliarden gemischte Präzisionsberechnungen pro Sekunde oder 3,3 sogenannte Exaops durchzuführen. Summit wird beispiellose Rechenleistung für die Forschung in den Bereichen Energie, fortschrittliche Materialien und künstliche Intelligenz (KI), unter anderem, zur Verfügung stellen, um wissenschaftliche Entdeckungen zu ermöglichen, die bisher unpraktisch oder unmöglich waren.

Exascale-Computing bezieht sich auf Computersysteme, die mindestens einen exaFLOPS (Floating Point Operations per Second – Gleitkommaoperationen pro Sekunde) oder eine Milliarde Berechnungen pro Sekunde ausführen können. Diese Kapazität bedeutet eine Vertausendfachung gegenüber dem ersten Petascale-Computer, der 2008 in Betrieb genommen wurde. (Ein Exaflops ist gleich tausend Petaflops oder eine Quintillion, 10¹⁸, Gleitkommaoperationen pro Sekunde.) Auf einer Supercomputing-Konferenz im Jahr 2009 prognostizierte Computerworld eine exascale Implementierung bis 2018. (nach en.wikipedia.org/Exascale_computing)

Super-Computer Summit im ORNL, Ausschnitt - Foto © ORNL.gov

Super-Computer Summit im ORNL, Ausschnitt – Foto © courtesy ORNL.gov

„Der heutige Start des Summit Supercomputers zeigt die Stärke der amerikanischen Spitzenposition in der wissenschaftlichen Innovation und Technologieentwicklung. Er wird einen tiefgreifenden Einfluss auf die Energieforschung, die wissenschaftliche Entdeckungen, die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit und die nationale Sicherheit haben“, agte Energieminister Rick Perry. „Ich bin wirklich begeistert vom Potenzial des Summit, da er die Nation dem Ziel, bis 2021 ein extrem leistungsfähiges Supercomputing-System zu realisieren, einen Schritt näher bringt. Das Gipfeltreffen wird die Wissenschaftler in die Lage versetzen, sich vielen neuen Herausforderungen zu stellen, die Forschungsaktivitäten zu beschleunigen, Innovationen voranzutreiben und vor allem dem amerikanischen Volk zu dienen“.

Mehr als 10 Petabyte Speicher

Das IBM AC922-System besteht aus 4.608 Computer-Servern mit jeweils zwei 22-Core-IBM Power9-Prozessoren und sechs NVIDI- Tesla-V100-Grafikprozessor-Beschleunigern, die mit Mellanox EDR 100Gb/s InfiniBand verbunden sind. Summit verfügt außerdem über mehr als 10 Petabyte Speicher gepaart mit schnellen, bandbreitenstarken Pfaden für eine effiziente Datenbewegung. Die Kombination aus modernster Hardware und robusten Daten-Subsystemen stellt eine Weiterentwicklung der hybriden CPU-GPU-Architektur dar, die der 27-Petaflops-Titan 2012 erfolgreich eingeführt hat.

ORNL-Forscher haben herausgefunden, wie sie die Leistungsfähigkeit und Intelligenz der hochmodernen Architektur von Summit nutzen können, um die weltweit erste wissenschaftliche Exascale-Berechnung erfolgreich durchzuführen. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dan Jacobson undvon ORNL hat die Intelligenz der Maschine schon einmal genutzt, um eine mit 1,88 Exaops vergleichbare Genomikberechnung durchzuführen – wichtig für die Forschung im Bereich Bioenergie und menschliche Gesundheit. Die gemischte Präzisionsberechnung von Exaops ergab die gleichen Ergebnisse wie die zeitaufwändigeren 64-Bit-Berechnungen, die bisher auf Titan ausgeführt wurden.

„Seit seiner Entstehung vor 75 Jahren hat das ORNL eine Geschichte und Kultur der Lösung großer und schwieriger Probleme mit nationaler Reichweite und Wirkung“, sagte ORNL-Direktor Thomas Zacharia. „ORNL-Wissenschaftler gehörten zu den wissenschaftlichen Teams, die 1988 die ersten GigaFLOPS-Berechnungen, 1998 die ersten TeraFLOPS-Berechnungen, 2008 die ersten PetaFLOPS-Berechnungen und 2018 die ersten exaops-Berechnungen durchführten. Die bahnbrechende Forschung der ORNL-Wissenschaftler und Ingenieure hat eine zentrale Rolle in der Geschichte unseres Landes gespielt und prägt auch weiterhin unsere Zukunft. Wir freuen uns darauf, die wissenschaftliche Anwendergemeinde am Summit begrüßen zu dürfen, da wir weitere 75 Jahre Weltspitze in der Wissenschaft anstreben.“

Neben der wissenschaftlichen Modellierung und Simulation bietet Summit beispiellose Möglichkeiten für die Integration von Künstlicher Intelligenz und wissenschaftlicher Entdeckung, die es Forschern ermöglichen, Techniken wie maschinelles Lernen und Tiefenlernen auf Probleme der menschlichen Gesundheit, Hochenergiephysik, Materialforschung und andere Bereiche anzuwenden. Gipfel erlaubt DOE und ORNL, auf die Initiative des Weißen Hauses Künstliche Intelligenz für Amerika zu reagieren.

„Summit bringt Accelerated Computing auf die nächste Stufe, mit mehr Rechenleistung, mehr Speicher, einem enorm leistungsfähigen Dateisystem und schnellen Datenpfaden, um alles miteinander zu verbinden. Das bedeutet, dass Forscher schneller zu genaueren Ergebnissen kommen“, sagt Jeff Nichols, ORNL Associate Laboratory Director for Computing and Computational Sciences. „Die KI-optimierte Hardware von Summit bietet Forschern eine unglaubliche Plattform, um riesige Datenmengen zu analysieren und intelligente Software zu entwickeln, die das Entdeckungstempo beschleunigt.

Summit bringt die Nation dem Ziel einen Schritt näher, bis 2021 ein vollwertiges, exaskaliertes Computing-Ökosystem für eine breite wissenschaftliche Nutzung zu entwickeln und bereitzustellen. Summit wird in diesem Jahr für ausgewählte Projekte geöffnet sein, während ORNL und IBM den Abnahmeprozess für die Maschine durchlaufen. Im Jahr 2019 wird der Großteil des Zugriffs auf das IBM-System an Forschungsteams gehen, die im Rahmen des Programms Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment, kurz INCITE, ausgewählt wurden.

Einige wissenschaftliche Projekte, die beim Gipfel laufen sollen:

Astrophysik

Explodierende Sterne, bekannt als Supernovas, liefern den Forschern Hinweise darauf, wie oft schwere Elemente – darunter das Gold im Schmuck und das Eisen im Blut – im Universum vorkommen. Der hochskalierbare FLASH-Code modelliert diesen Prozess auf mehreren Skalen – von der nuklearen Ebene bis zur großräumigen Hydrodynamik der letzten Momente eines Sterns. Auf Summit wird FLASH viel weiter gehen als bisher möglich, indem es Supernova-Szenarien mehrere tausend Mal länger simuliert und etwa 12mal mehr Elemente als bisherige Projekte verfolgt. „Es ist mindestens hundertmal mehr Berechnung als auf früheren Maschinen“, sagt der ORNL-Computational-Astrophysiker Bronson Messer. „Die schiere Größe von Summit erlaubt es uns, sehr hochauflösende Modelle herzustellen.“

Werkstoffe

Die Entwicklung der nächsten Generation von Materialien, einschließlich Verbindungen zur Energiespeicherung, -umwandlung und -produktion, hängt vom subatomaren Verständnis des Materialverhaltens ab. QMCPACK, eine Quanten-Monte-Carlo-Anwendung, simuliert diese Wechselwirkungen mit Hilfe von First-Principles-Berechnungen. Bisher konnten Forscher aufgrund der hohen Rechenkosten von QMCPACK nur Dutzende von Atomen simulieren. Summit kann jedoch Materialien unterstützen, die aus Hunderten von Atomen bestehen, ein Sprung, der die Suche nach einem praktischeren Supraleiter erleichtert – einem Material, das Strom ohne Energieverlust übertragen kann. „Der große On-Node-Speicher des Summit ist sehr wichtig, um die Komplexität von Materialien und physikalischen Phänomenen zu erhöhen“, sagt der ORNL-Mitarbeiter Paul Kent. „Außerdem werden uns die viel leistungsfähigeren Knoten helfen, den Umfang unserer Simulationen zu erweitern.“

Krebs-Überwachung

Einer der Schlüssel zur Bekämpfung von Krebs ist die Entwicklung von Werkzeugen, mit denen bestehende Gesundheitsdaten automatisch extrahiert, analysiert und sortiert werden können, um bisher verborgene Zusammenhänge zwischen Krankheitsfaktoren wie Genen, biologischen Markern und der Umwelt aufzudecken. Gepaart mit unstrukturierten Daten wie textbasierten Berichten und medizinischen Bildern werden die auf Summit skalierten maschinellen Lernalgorithmen dazu beitragen, den medizinischen Forschern einen umfassenden Überblick über die US-Krebspopulation auf einem Detaillierungsgrad zu geben, der typischerweise nur für Patienten in klinischen Studien erreicht wird.

Dieses Krebsüberwachungsprojekt ist Teil der CANcer Distributed Learning Environment oder CANDLE, einer gemeinsamen Initiative von DOE und dem National Cancer Institute. „Im Wesentlichen trainieren wir Computer, um Dokumente und abstrakte Informationen mit großen Datenmengen zu lesen“, sagt ORNL-Forscherin Gina Tourassi. „Summit ermöglicht es uns, viel komplexere Modelle zeiteffizient zu erforschen, damit wir die effektivsten identifizieren können.“

Systembiologie

Die Anwendung von maschinellem Lernen und KI auf genetische und biomedizinische Datensätze bietet das Potenzial, das Verständnis der menschlichen Gesundheit und der Krankheitsergebnisse zu beschleunigen. Mit einer Mischung aus KI-Techniken auf dem Summit werden Forscher in der Lage sein, Muster in der Funktion, Kooperation und Evolution von menschlichen Proteinen und zellulären Systemen zu identifizieren. Diese Muster können gemeinsam zu klinischen Phänotypen, beobachtbaren Merkmalen von Krankheiten wie Alzheimer, Herzerkrankungen oder Sucht führen und den Prozess der Medikamentenentwicklung beeinflussen. Durch ein strategisches Partnerschaftsprojekt zwischen ORNL und dem U.S. Department of Veterans Affairs kombinieren Forscher klinische und genomische Daten mit maschinellem Lernen und der fortschrittlichen Architektur von Summit, um die genetischen Faktoren zu verstehen, die zu Bedingungen wie Opioidabhängigkeit beitragen. „Die Komplexität des Menschen als biologisches System ist unglaublich“, sagt der ORNL-Rechenbiologe Dan Jacobson. „Das Gipfeltreffen ermöglicht eine ganz neue Art von Wissenschaft, die vor ihrer Ankunft nicht möglich war.“

->Quellen:

Recycling als realistischer Weg zur Emissionsreduktion

Die Kreislaufwirtschaft rückt zunehmend in den Fokus, wenn es um Lösungen zur Reduktion von Emissionen und zur Erreichung der Klimaziele in Deutschland geht. Laut der neuen Studie der Agora Think-Tanks, „Klimaneutrales Deutschland – Von der Zielsetzung zur Umsetzung“, ist dieser Ansatz nicht nur machbar, sondern entscheidend für den erfolgreichen Übergang zu einer nachhaltigen und klimafreundlichen Wirtschaft. Die Autoren betonen die Dringlichkeit und Relevanz der Kreislaufwirtschaft, insbesondere in der Chemie- und Kunststoffproduktion, um die Emissionen im Abfallsektor deutlich zu senken. Die Studie wurde im Auftrag der Agora-Denkfabriken Energiewende, Industrie, Agrar sowie Verkehrswende unter anderem vom Öko-Institut und dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie erstellt. Recycling und Biomasse als Schlüsselansätze Ein zentraler Ansatz der Studie ist die verstärkte Nutzung von recycelten Materialien, um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen wie Rohöl zu verringern. Die Herstellung von Chemikalien und Kunststoffen aus recycelten Materialien könnte die Emissionen erheblich reduzieren. „Mittels Recycling-Methoden wird der gebundene Kohlenstoff bei Kunststoffprodukten möglichst lange im Kreislauf geführt“, heißt es in der Studie (S.32). Diese Recyclingverfahren ermöglichen es, den Kohlenstoffanteil von Kunststoffabfällen effizient zu nutzen und die Umweltauswirkungen zu minimieren. Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Nutzung von Biomasse als Rohstoff in der Chemieindustrie. Ab 2030 sehen die Experten eine verstärkte Anwendung des chemischen Recyclings und die stoffliche Nutzung von Biomasse. Der in der Biomasse enthaltene Kohlenstoff könnte beispielsweise in Produkten wie Methanol verwendet werden. Dies eröffnet nicht nur neue Wertschöpfungsketten, sondern reduziert auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Politische Maßnahmen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft Um die Transformation zur Kreislaufwirtschaft erfolgreich zu gestalten, seien politische Instrumente notwendig. Die Autoren der Agora-Studie schlagen hier mehrere Hebel vor. Dazu zählt die Einführung von Mindestanforderungen für Produktgruppen, um recycelbare Materialien zu fördern. Ein weiteres wirksames Mittel ist die Nutzung der öffentlichen Beschaffung. Durch gezielte Vorgaben könnte der Staat als großer Nachfrager nachhaltiger Produkte auftreten und so den Markt in die gewünschte Richtung lenken. Ein weiteres Schlüsselelement ist die EU-Ökodesign-Verordnung, die Vorgaben für die Gestaltung langlebiger, reparaturfähiger und recycelbarer Produkte festlegen könnte. So könnten Produkte mit einer längeren Lebensdauer oder einer höheren Recyclingfähigkeit bevorzugt auf den Markt kommen, was sowohl Emissionen senkt als auch die Ressourceneffizienz steigert. Die Experten legen eine Grundlage für politische Rahmenbedingungen, die jedoch klar definiert und konsequent umgesetzt werden müssen, um den Wandel voranzutreiben und die Klimaziele bis 2030 und darüber hinaus zu erreichen. Wirtschaftliche Bedeutung der Transformation Besonders wichtig ist es, Investitionen in klimaneutrale Lösungen zu fördern, da diese nicht nur dem Umweltschutz dienen, sondern auch die strukturelle Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft langfristig verbessern. Der Bericht hebt hervor, dass bis 2045 ein Großteil der erforderlichen Investitionen in Energie- und Verkehrsinfrastruktur, Industrieanlagen und Gebäude ohnehin notwendig ist. Diese Finanzströme müssen durch kluge Preisanreize und Marktregulierungen in klimafreundliche Technologien umgelenkt werden. Zusätzliche Investitionen in den Klimaschutz machen durchschnittlich 3 Prozent des BIP aus, wobei viele dieser Ausgaben sich als wirtschaftlich erweisen – erneuerbare Energien und Stromnetze refinanzieren sich zu 90 Prozent durch Markterlöse. Die Studie verdeutlicht, dass der Wandel hin zu einer klimaneutralen Wirtschaft erhebliche Investitionen erfordert. Die Autoren schätzen, dass jährlich etwa 540 Milliarden Euro – das entspricht rund 11 Prozent der Wirtschaftsleistung Deutschlands – in die klimafreundliche Umgestaltung der Industrie fließen müssen. Die Kreislaufwirtschaft spielt hier eine zentrale Rolle, um den notwendigen Wandel kosteneffizient und ressourcenschonend zu gestalten. Laut dem Bericht zur Klimapolitik wird betont, dass klare und verlässliche Rahmenbedingungen erforderlich sind, um die Transformation in den Bereichen Energie, Verkehr und Bauwesen erfolgreich voranzutreiben. Seit 2014 zeige sich, dass ambitionierte Klimapolitik Wirkung zeigt: In der Energiewirtschaft sind die Emissionen bereits um rund 40 Prozent gesunken. Dennoch bleiben die Verkehrswende und die Umstellung auf klimaneutrale Gebäude große Herausforderungen, die nur mit politischem Rückhalt und gezielten Investitionen bewältigt werden können. Quelle: agora-energiewende.de/aktuelles/der-mix-machts-wie-investitionen-in-klimaschutz-wirtschaft-und-gesellschaft-staerken Pressemitteilung der Agora Think-Tanks: Der Mix macht’s: Wie Investitionen in Klimaneutralität Wirtschaft und Gesellschaft stärken Vollständige Studie: https://www.agora-energiewende.de/Klimaneutrales_Deutschland.pdf
Mercedes-Benz eröffnet wegweisende Batterierecyclingfabrik

Mercedes-Benz setzt auf nachhaltiges Batterierecycling Am 21. Oktober 2024 hat Mercedes-Benz in Kuppenheim, Baden-Württemberg, eine Batterierecyclingfabrik eröffnet. Diese Anlage stellt einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Elektromobilität dar, da sie dazu beiträgt, wertvolle Rohstoffe aus Altbatterien zurückzugewinnen und den Materialkreislauf zu schließen. Damit unterstreicht Mercedes-Benz die wachsende Bedeutung der Kreislaufwirtschaft, insbesondere in der Automobilbranche, die sich zunehmend auf Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz konzentriert. Die neue Recyclingfabrik ist auch ein Pilotprojekt, das ein innovatives „mechanisch-hydrometallurgisches Verfahren“ einsetzt. Das soll es ermöglichen, Materialien wie Lithium, Nickel und Kobalt in hoher Reinheit zurückzugewinnen und wieder in die Produktion neuer Batterien einfließen zu lassen. Rückgewinnung und Wiederverwendung der für die E-Mobilität essenziellen Rohstoffe werden immer wichtiger und lukrativer. Auch große Unternehmen wie Mercedes-Benz investieren nicht nur in die Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen, sondern arbeiten aktiv an der Realisierung der Kreislaufwirtschaft mit. „Wir müssen zu einem geschlossenen Kreislauf kommen, wenn wir nachhaltig arbeiten wollen. […] Das ist dringend notwendig auch für die Elektrifizierung der Lkw-Flotten, weil der Rohstoffverbrauch da noch viel höher ist als beim Pkw“, sagt der Mercedes-Batterieexperte Helmut Ehrenberg dem SWR. Das Verfahren: Mechanisch-hydrometallurgisches Recycling Die neue Anlage in Kuppenheim verfolgt das Ziel, hohe Effizienz und Nachhaltigkeit zu vereinen. Im Mittelpunkt steht das mechanisch-hydrometallurgische Recyclingverfahren, das gegenüber herkömmlichen Methoden Vorteile bietet. Zum einen soll das Verfahren eine Rückgewinnungsquote von über 96 Prozent erreichen, was bedeutet, dass nahezu alle in den Altbatterien enthaltenen wertvollen Materialien wiederverwertet werden können. Dies wäre ein entscheidender Beitrag zur Schonung der Rohstoffressourcen, insbesondere in Anbetracht der steigenden Nachfrage nach Materialien wie Lithium, Nickel und Kobalt. Besonders hervorzuheben ist der geringe Energieverbrauch des Verfahrens. Im Vergleich zu herkömmlichen pyrometallurgischen Verfahren, bei denen hohe Temperaturen erforderlich sind, arbeitet das neue Verfahren bei Temperaturen von bis zu 80 °C. Dadurch wird der Energieaufwand erheblich reduziert, was nicht nur die Produktionskosten senkt, sondern auch die CO2-Bilanz der Anlage verbessert. Ergänzend dazu nutzt die Fabrik 100 Prozent Ökostrom und ist mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet, was eine CO2-neutrale Produktion sicherstellt. Ola Källenius, der Vorstandsvorsitzende der Mercedes-Benz Group AG, betonte bei der Eröffnung der Anlage die Bedeutung dieser neuen Technologie für die Zukunft der Automobilbranche: „Als Pionier im Automobilbau markiert Europas erste integrierte mechanisch-hydrometallurgische Batterierecyclingfabrik einen wichtigen Meilenstein für mehr Nachhaltigkeit bei Rohstoffen.“, Kapazität und Investition: Die Pilotanlage in Kuppenheim hat eine jährliche Recyclingkapazität von 2.500 Tonnen Altbatterien, was ausreichen soll, um Materialien für die Produktion von über 50.000 neuen Batteriemodulen für vollelektrische Mercedes-Benz-Fahrzeuge zu gewinnen. Mercedes-Benz investiert nach eigenen Angaben eine zweistellige Millionensumme in das Projekt. Eine Investition des Unternehmens in die nachhaltige Wertschöpfung und zu einer zirkulären Wirtschaft. Die Recyclingfabrik ist Teil eines sog. umfassenderen („holistischen“) Ansatzes von Mercedes-Benz, der auf die Kreislauffähigkeit von Batteriesystemen abzielt. Bereits bei der Entwicklung neuer Batteriezellen wird laut Mercedes darauf geachtet, dass diese später recycelt werden können. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Ansatzes sei die Wiederaufbereitung von Batterien, die als Ersatzteile verwendet oder als stationäre Energiespeicher weitergenutzt werden können. Die zurückgewonnenen Materialien aus dem Recyclingprozess fließen schließlich in die Produktion neuer Batteriemodule ein und schließen damit den Materialkreislauf. Bedeutung für die Automobilbranche Auch auf europäischer Ebene gewinnt das Thema Batterierecycling zunehmend an Bedeutung. Experten, wie Achim Kampker von der RWTH Aachen, erwarten, dass das Recyclinggeschäft ab 2030 in Europa profitabel werden könnte. Die kürzlich verabschiedete Batterie-Verordnung der EU bildet dafür eine wichtige Grundlage, da sie strengere Anforderungen an die Rückgewinnung von Rohstoffen aus Altbatterien stellt. Umweltministerin von Baden-Württemberg, Thekla Walker, betonte, dass die Recyclingfabrik in Kuppenheim ein wichtiger Schritt im Umgang mit der begrenzten Verfügbarkeit von Rohstoffen wie Lithium, Kobalt und Nickel sei. Diese Rohstoffe sind essenziell für die Produktion von Batterien und damit für die Zukunft der Elektromobilität. Durch Projekte wie diese können Abhängigkeiten von internationalen Rohstofflieferanten reduziert und die Versorgungssicherheit in Europa gestärkt werden. In diesem Sinne markiert die Batterie-Recyclingfabrik einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft. Quelle: mercedes-benz.com/company/news/recycling-factory-kuppenheim tagesschau.de/wirtschaft/unternehmen/batterierecycling-mercedes-100
Neue Technik zur Methanproduktion: Potenzial für Kreislaufwirtschaft

Innovative Methode zur CO2-Verwertung Eine Studie der Universitäten Bonn und Montreal hat einen Katalysator entwickelt, der Kohlendioxid (CO2) und Wasser mithilfe von Strom in Methan umwandelt. Der Katalysator ermöglicht die Umwandlung von CO2 in Methan mit einer Effizienz von über 80 %. Prof. Dr. Nikolay Kornienko vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Bonn erläutert: „Wir nutzen als treibende Kraft Elektrizität.“ Wenn wir klimafreundlich erzeugten Strom verwenden, können wir auf diesem Wege Methan herstellen, das potenziell weniger zur Erderwärmung beiträgt.“ Diese Methode könnte einen Beitrag gegen den Klimawandel und für den Ausbau der Kreislaufwirtschaft leisten, indem sie CO2 – ein Treibhausgas – in einen nutzbaren Energieträger umwandelt. Methan lässt sich zum Beispiel zum Heizen oder als Rohstoff in der chemischen Industrie einsetzen. Die Technologie: Die Forschenden setzten bei ihrer Arbeit auf eine Gasdiffusions-Elektrode, um die Reaktion zwischen dem gasförmigen CO2 und dem flüssigen Wasser zu ermöglichen. Der eigentliche Clou liegt jedoch im Design des Katalysators: Lange, wasserabweisende Molekülketten am aktiven Zentrum halten einerseits die Wassermoleküle fern, transportieren aber gleichzeitig die benötigten Wasserstoffatome zur Reaktionsstelle. Dieser ausgeklügelte Mechanismus erlaubt es, die gewünschte Reaktion zu begünstigen und unerwünschte Nebenreaktionen zu minimieren. Die Entwicklung dieses Katalysators stellte das Forschungsteam vor einige Herausforderungen. Die Reaktion eines Gases mit einer Flüssigkeit ist an sich schon komplex. Hinzu kommt die Notwendigkeit, unerwünschte Nebenreaktionen zu verhindern und gleichzeitig eine effiziente Zuführung von Wasserstoffatomen zu gewährleisten. Morgan McKee ein Mitarbeiter des Projekts, beschreibt die Herausforderung folgendermaßen: „Wir müssen verhindern, dass Wasser in Kontakt zur Elektrode gerät. Gleichzeitig benötigen wir es aber als Reaktionspartner.“ Die Lösung dieser Probleme durch den innovativen Katalysatoraufbau sei ein wesentlicher Durchbruch dieser Forschungsarbeit. Innovative Aspekte der Forschung Der von den Wissenschaftlern entwickelte Katalysator weist mehrere neuartige Eigenschaften auf, die ihn von bisherigen Ansätzen unterscheiden. Eine der Hauptinnovationen ist die Verwendung langer, wasserabweisender Molekülketten am aktiven Zentrum des Katalysators. Diese Ketten erfüllen eine doppelte Funktion: Sie halten Wassermoleküle vom aktiven Zentrum und der Elektrode fern, was unerwünschte Nebenreaktionen verhindert, und dienen gleichzeitig als eine Art molekulares Förderband, das Wasserstoffatome zum Reaktionszentrum transportiert. Die Nutzung der Gasdiffusions-Elektrode ermöglicht es, ein Gas (CO2) mit einer Flüssigkeit (H2O) effizient reagieren zu lassen – eine Herausforderung, die bisher schwer zu bewältigen war. Der Umwandlungsprozess von CO2 zu CH4 erfolgt in mehreren kontrollierten Schritten, was zu der hohen Effizienz von über 80 % beiträgt. Ein weiterer innovativer Aspekt ist die Flexibilität des Konzepts: Obwohl der spezifische Katalysator nicht für die Großproduktion geeignet ist, lassen sich die grundlegenden Prinzipien auf andere Materialien und Reaktionen übertragen. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Herstellung verschiedener chemischer Verbindungen, nicht nur Methan. Schließlich ist der Prozess darauf ausgelegt, mit elektrischem Strom zu arbeiten, was die Nutzung erneuerbarer Energiequellen ermöglicht und so zur Nachhaltigkeit beiträgt. Diese Innovationen zusammen bilden einen vielversprechenden Ansatz für die effiziente Umwandlung von CO2 in nützliche Produkte, was sowohl für die Kreislaufwirtschaft als auch für Klimaschutzbemühungen von Bedeutung sein könnte. Es bleibt abzuwarten, ob sich diese Technologie in der Praxis bewährt und welchen konkreten Beitrag sie zur Kreislaufwirtschaft leisten kann. Weitere Forschung und Entwicklung werden notwendig sein, um das volle Potenzial dieser Methode zu erschließen. Studie und Zusammenarbeit An der Studie waren Universitäten aus Deutschland, Kanada, Wales, Finnland und Frankreich beteiligt. Die Forschung wurde durch verschiedene internationale Programme gefördert, darunter das Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und das Erasmus+-Programm der EU. Quelle: nature.com/articles/s41557-024-01650-6
Umweltbundesamt kündigt „Re-source 2025“ an

Internationale Fachtagung zu Kreislaufwirtschaft in Frankfurt am Main für 2025 angekündigt Die Umweltministerien und Umweltbundesämter Österreichs, der Schweiz und Deutschlands laden zur Fachtagung „Re-source 2025“ ein. Die Veranstaltung soll am 15. und 16. Mai 2025 in Frankfurt am Main stattfinden. Ziel ist ein länderübergreifender Erfahrungsaustausch zu Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft. Die Re-source wird gemeinsam von den Umweltministerien und -bundesämtern der drei Länder veranstaltet und folgt einem Rotationsprinzip. Für das Jahr 2025 übernimmt Deutschland die Ausrichtung der Veranstaltung. Die Anmeldung ist ab sofort möglich. Themenschwerpunkte und Zielgruppe Die Tagung soll sich 2025 auf verschiedene Aspekte der Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft konzentrieren. Im Fokus steht die Weiterentwicklung der Abfallwirtschaft zu einer ressourcenschonenden Stoffstromwirtschaft. Geplant sind Diskussionen über ressourcenschonende Fahrzeuge und Batterierecycling, angesichts der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität. Auch die Förderung des Kunststoffrecyclings steht auf der Agenda. Zirkuläre Ansätze im Bausektor und bei der Holznutzung sollen ebenso behandelt werden wie nachhaltige Praktiken in der Textilindustrie. Zudem sind Präsentationen zu Konzepten für nachhaltige Lebens- und Konsummuster geplant. Die Veranstaltung richtet sich an Fachleute und Interessierte aus Wissenschaft, Politik, Verwaltung, Planung, Industrie und Gewerbe sowie Vertreter:innen von nationalen und internationalen Fachgruppen und NGOs der Bereiche Abfallbewirtschaftung, Ressourcenschonung, nachhaltige Produktion und nachhaltiger Konsum. Programm Dr. Christiane Rohleder, Staatssekretärin im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV), wird die Tagung eröffnen. Als Keynote-Speaker ist Dr. Philipp Blom vorgesehen. Namhafte Referenten sollen Einblicke in aktuelle Forschungen und Praxisbeispiele geben. So ist ein Vortrag von Dr. Edda Winter vom Öko-Institut zu „Kriterien für ein ressourcenschonendes Fahrzeug“ geplant. Weitere Experten wie Bertrand Schutz von der Libattion AG sollen über „Second Use von Traktionsbatterien“ referieren, während Dr. Thomas Nigel von der Montanuni Leoben das Thema „Batterierecycling und Batteriebrände – Ursachen und Beherrschung“ behandeln wird. Das vorläufige Programm (Stand: Oktober 2024) sieht folgende Schwerpunkte vor: Ressourcenschonende Mobilität und Batterierecycling Kunststoffe im Kreislauf Zukunftsfähiges Bauen: Kreislaufwirtschaft und Holznutzung Zirkuläre Textilwirtschaft Nachhaltiger Konsum Der erste Tag (15. Mai) beginnt mit der Begrüßung durch Vertreter der beteiligten Länder, gefolgt von der Keynote. Anschließend werden in drei Blöcken die Themen Mobilität und Batterierecycling, Kunststoffe im Kreislauf sowie zukunftsfähiges Bauen behandelt. Am zweiten Tag (16. Mai) stehen die zirkuläre Textilwirtschaft und nachhaltiger Konsum im Mittelpunkt. Vorträge zu Kulturwandel im Kaufverhalten, Ökodesign-Anforderungen für Textilien und chemischem Recycling von Textilien sind geplant. Abgerundet wird die Tagung mit Präsentationen zu nachhaltigem Konsum, darunter Beiträge zu Fehlinformationen im Kontext nachhaltiger Lebensstile und zur Stärkung des nachhaltigen Konsums in Stadtzentren. Organisatorisches Die Veranstaltung soll in der Deutschen Nationalbibliothek in Frankfurt am Main stattfinden. Für Übernachtungen ist ein Abrufkontingent im Leonardo Hotel Frankfurt City Center vereinbart. Details dazu auf der Seite des Umweltbundesamts. Mit dieser Fachtagung sollen Experten und Interessierte die Möglichkeit erhalten, sich über die neuesten Entwicklungen und Strategien im Bereich Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft zu informieren und auszutauschen. Die Veranstaltung verspricht, wichtige Impulse für die Weiterentwicklung nachhaltiger Praktiken in verschiedenen Wirtschaftssektoren zu geben und den internationalen Dialog in diesem wichtigen Bereich zu fördern. Quelle: umweltbundesamt.de/service/termine/re-source-fachtagung-zur-ressourcenschonung umweltbundesamt.de/re-source-2025
NRW und EU fördern innovative Kreislaufwirtschaft

NRW und EU fördern sieben Projekte in Nordrhein-Westfalen Das Umweltministerium von Nordrhein-Westfalen hat sieben Projekte zur Förderung der Kreislaufwirtschaft ausgewählt. Unterstützt werden Projekte, die helfen sollen, Produkte und Materialien länger zu nutzen und weniger Abfall zu produzieren. Das Land und die EU geben dafür insgesamt rund 16 Millionen Euro. Umweltminister Oliver Krischer erklärt die Bedeutung dieser Förderung: „Wenn Produkte und Materialien in immer neuen Zyklen weitergenutzt werden, erhöht das die lokale Wertschöpfung, schont unsere natürlichen Lebensgrundlagen und schafft zukunftsfähige Arbeitsplätze.“ Die ausgewählten Projekte DU.zirkulär in Duisburg: Dieses Projekt will im Stadtteil Ruhrort zeigen, wie eine kreislauforientierte Stadt aussehen kann. Bürger können lernen, wie man nachhaltiger lebt. Unternehmen bekommen Hilfe, um umweltfreundlicher zu arbeiten. BoGeZi in Bottrop: Hier sollen die Einwohner lernen, wie man nachhaltiger einkauft und Gebäude umweltfreundlich renoviert. Ein neuer Ort namens „Bottrop CEntral“ wird dafür in der Innenstadt eingerichtet. KomZi: Dieses Projekt entwickelt Wege, um Baumaterialien bei Abriss und Sanierung wiederzuverwenden. Ein digitales Tool soll dabei helfen, die Materialien zu erfassen und für neue Bauprojekte zu nutzen. Kreislauf-WIRK-Statt in Aachen: Hier entsteht ein Zentrum, wo Menschen in Workshops und Ausstellungen über Kreislaufwirtschaft lernen können. Ein Teil des Projekts kümmert sich besonders um die Wiederverwendung von Sperrmüll und Bauteilen. Smart Circular Wuppertal: Eine digitale Plattform soll zeigen, wie gut die Stadt ihre Ressourcen nutzt. Zwei Pilotprojekte konzentrieren sich auf Reparaturen und verpackungsfreies Einkaufen. Zentren des Teilens: In Essen werden Orte geschaffen, an denen Menschen Dinge gemeinsam nutzen, reparieren und verleihen können. Die Bürger können dort auch lernen, wie man Gegenstände repariert. Circular City Contest NRW: Ein digitales Spiel soll entwickelt werden, um verschiedenen Gruppen die Kreislaufwirtschaft näherzubringen. Dazu gehören Mitarbeiter von Unternehmen und Behörden sowie private Haushalte. Hintergrund und Ziele Nordrhein-Westfalen strebt laut Ministerium an, in Europa eine führende Rolle in der Kreislaufwirtschaft einzunehmen. Der Förderwettbewerb „Circular Economy – CircularCities.NRW“ soll dazu beitragen. Insgesamt sollen das Land und die EU für diesen Wettbewerb rund 34 Millionen Euro zur Verfügung stellen. Diese Förderung ist Teil eines größeren Programms: Für nachhaltige und innovative Projekte in Nordrhein-Westfalen sollen insgesamt etwa 1,9 Milliarden Euro aus EU-Fonds bereitgestellt werden. Mit diesen Mitteln soll die Wirtschaft umweltfreundlicher gestaltet und neue Arbeitsplätze geschaffen werden. Umweltminister Krischer betont die Bedeutung einer breiten gesellschaftlichen Umsetzung: „Entscheidend ist, ressourcenschonenden Konsum und nachhaltige Produktion in die Breite der Gesellschaft zu tragen. Die eingereichten Projekte zeigen, wie dies im Zusammenspiel von Kommunen, Unternehmen und Zivilgesellschaft in innovativer Weise gelingen kann.“ Die geplanten Projekte in Nordrhein-Westfalen sollen verschiedene Aspekte der Kreislaufwirtschaft abdecken. Die Ideen reichen von der Wiederverwertung von Baumaterialien bis hin zu digitalen Spielen, die das Bewusstsein für Kreislaufwirtschaft stärken sollen. Ziel ist es, Bürger, Unternehmen und Städte für einen schonenderen Umgang mit Ressourcen und eine Reduzierung von Abfall zu sensibilisieren. Quellen: land.nrw/pressemitteilung/16-millionen-euro-fuer-nachhaltige-kreislaufwirtschaft-land-und-eu-foerdern-sieben efre.nrw.de/wege-zur-foerderung/foerderungen-in-2021-2027/circular-economy-circularcitiesnrw duisburg-business.de/fileadmin/duisburg-business/Downloads/Pressemitteilungen/2024/20241007_PM_DU-zirkulaer.pdf
Künftig Pflicht: Schnellladepunkte an Tankstellen

Neue Pflicht für Schnellladepunkte an Tankstellen ab 2028 Ab Januar 2028 sollen Tankstellenunternehmen mit mehr als 200 öffentlichen Tankstellen dazu verpflichtet werden, Schnellladepunkte für Elektrofahrzeuge anzubieten. Pro Tankstelle soll mindestens ein Schnellladepunkt installiert werden. Dies geht aus einem Gesetzentwurf der Bundesregierung zur Änderung des Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetzes hervor. Ausnahmeregelung für flexible Standortwahl Der Gesetzentwurf enthält Ausnahmeregelungen: Für bis zu 50 Prozent der betroffenen Tankstellen können die Unternehmen den Ladepunkt entweder an einem anderen eigenen Standort oder in einem Umkreis von 1.000 Metern bereitstellen. Diese Option soll es ermöglichen, bei der Standortwahl wirtschaftliche Erwägungen oder örtliche Gegebenheiten zu berücksichtigen. Angesichts des Ziels, bis 2030 rund 15 Millionen Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen zu haben, erwartet die Bundesregierung einen steigenden Bedarf an Lademöglichkeiten. Das Gesetz zielt darauf ab, ab bis 2028 einen wesentlichen Teil der öffentlichen Tankstellen mit Schnellladeinfrastruktur auszustatten. Reaktion auf mangelnde freiwillige Initiativen Laut der Meldung des Deutschen Bundestages sei diese Maßnahme nun notwendig, weil die Mineralölwirtschaft früheren Aufforderungen zum freiwilligen Ausbau der Ladeinfrastruktur nicht nachgekommen sei. Trotz geeigneter Förderprogramme verfügen Stand März 2024 erst rund sieben Prozent der Tankstellen in Deutschland über Schnellladepunkte mit einer Ladeleistung von mindestens 150 Kilowatt. Quelle: bundestag.de/presse/hib/kurzmeldungen-1021856 Ladesäulenkarte, Zahlen und Daten der Bundesnetzagentur: bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/E-Mobilitaet
Glasindustrie fördert Kreislaufwirtschaft

Strategische Partnerschaft zur Förderung der Kreislaufwirtschaft in der Glasindustrie AGC Glass Europe, ein europäischer Hersteller von Flachglas, und ROSI, ein Unternehmen spezialisiert auf das Recycling von Photovoltaik-Modulen, haben eine Partnerschaftsvereinbarung geschlossen. Diese Partnerschaft zielt darauf ab, die Glasproduktion durch zirkuläre und emissionsärmere Verfahren nachhaltiger zu gestalten. Recycling von Photovoltaikglas Die Unternehmen planen, Photovoltaikglas zu recyceln und in der Produktion von Flachglas wiederzuverwenden. Dies soll Rohstoffe für die Glasindustrie liefern und die Umweltauswirkungen von Photovoltaik-Modulen am Ende ihrer Lebensdauer reduzieren. Das Recycling von Glas benötigt 25 % weniger Energie als die Produktion von Neuglas. Da Solarmodule zu 70 % aus Glas bestehen, können Module am Ende ihrer Lebensdauer eine Komponente in der Glas-Lieferkette werden. So spart die Verwendung von einer Tonne Glasscherben in der Flachglasproduktion 0,7 Tonnen CO2 und 1,2 Tonnen neue Rohstoffe. Photovoltaikglas ist sehr transparent und sauber, was es zu einer wertvollen Quelle für recyceltes Material für unsere Fabriken macht. Es hat jedoch eine andere Zusammensetzung als unsere Standardprodukte, was bedeutet, dass technische Innovation zwingend erforderlich ist, um das Recycling innerhalb unserer Prozesse zu ermöglichen. Genau hier kommt ROSI als technischer Partner für die Integration nachhaltiger Praktiken ins Spiel, die im Kern unserer Werte stehen.“ – Marc Foguenne, Vizepräsident für Nachhaltigkeit bei AGC Glass Europe Testergebnisse zeigen, dass recyceltes Glas möglicherweise in den Produktionsprozess integriert werden kann. Die Kooperation zielt darauf ab, innovative Methoden zur großtechnischen Aufbereitung von Glas aus Photovoltaik-Modulen zu entwickeln, um große Mengen an Glas aus Solarpanels wiederverwenden zu können. Quelle: agc-glass.eu/en/news/press-release/agc-glass-europe-and-rosi-announce-strategic-partnership-circularity-glass-industry rosi-solar.com/de/news/agc-glass-europe-and-photovoltaic-recycling-pioneer-rosi-announce-strategic-partnership-to-advance-circularity-in-the-glass-industry