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Liebe Leser:innen,
frisch und erholt aus der Sommerpause zurück, möchten wir Sie und Ihr Team herzlich zur monatlich stattfindenden EWB-Stunde am 05. September 2024 einladen. In der nächsten EWB-Stunde stellen uns Herr Patrick Buchenberg M.Sc., am Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme an der Technischen Universität München, sowie Dr. Markus Duchon vom fortiss - Landesforschungsinstitut des Freistaats Bayern für softwareintensive Systeme das Verbundvorhaben „EnEff:Stadt: NEED“ vor. Das Projekt hat den Aufbau einer nationalen Energiedatenplattform für Planungszwecke zum Ziel.
Mehr Informationen zur EWB-Stunde, zur Teilnahme und zu weiteren Veranstaltungen finden Sie in der Rubrik "Veranstaltungen - kommende". Bitte auch nicht vergessen, den Termin für das Projektetreffen am 21. und 22. November schonmal im Kalender zu blocken.
In diesem EWB-Update wird Ihnen das bereits beendete Verbundprojekt AnanaS vorgestellt. Es hat die Kombination von Solarthermie und Kraft-Wärme-Kopplung zur CO2-armen Bereitstellung industrieller Prozesswärme untersucht. Das Interview finden Sie in der Rubrik "Vorstellung beendeter Projekte".
Außerdem werden Ihnen in dieser Ausgabe des Newsletters in der Rubrik "Vorstellung neuer Projekte" drei spannende neue Projekte präsentiert:
- Das Projekt EnEff: Wärme: TRAINING nutzt internationale Expertise, um durch thermische Energiespeicherung und digitale Steuerungssysteme die Fernwärmeversorgung in Deutschland effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten.
- Das Projekt EnEff:Wärme: TrafoWärmeNetz entwickelt technische Lösungen und Werkzeuge, um den Umbau von Wärmenetzen auf den Einsatz von Wärmepumpen zu erleichtern und gleichzeitig CO2-Einsparungen und die energiewirtschaftliche Machbarkeit zu optimieren.
- Das Verbundvorhaben SOLENKE zielt darauf ab, innovative, solargetriebene Energieversorgungskonzepte für die Keramikindustrie zu entwickeln und den Brennprozess klimaneutral zu gestalten.
Viel Spaß bei der Lektüre!
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Vorstellung beendeter Projekte
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Ausführlichere Informationen zu den Vorhaben und Projektpartner:innen finden Sie auf den jeweiligen Projektseiten, die wir unter der Vorstellung verlinkt haben.
| Kurztitel | W: AnanaS |
| Laufzeit | 06.2019 bis 12.2023 |
Verbundprojekt: Analyse der Kombination von Solarthermie und Kraft-Wärme-Kopplung für eine CO2-arme Bereitstellung industrieller Prozesswärme
Am 3. Juni 2024 befragte Florian Hinze aus dem Modul 1 der Begleitforschung Herrn Pag von der Universität Kassel zu dem Projekt AnanaS. Das Akronym steht für „Analyse der Kombination von Solarthermie und Kraft-Wärme-Kopplung für eine CO2-arme Bereitstellung industrieller Prozesswärme“. Herr Pag erläuterte, wie es zu dem Projekt kam: Zum Zeitpunkt des Projektstarts im Jahre 2019 galt das Dogma, dass die Solarthermie und Blockheizkraftwerke nicht gut in Kombination miteinander funktionieren. Dieses Dogma wollte AnanaS widerlegen. Zum Zeitpunkt des Projektbeginns galten BHKWs insbesondere für die industrielle Wärmeversorgung als Übergangslösung, weil die ökologischen Probleme des damals sehr billigen Erdgases sowie die Importabhängigkeit noch weniger gesehen wurden als heute. Wärmepumpen waren damals noch nicht so aktuell und ein ebenfalls beantragtes Wärmepumpenprojekt wurde vom PtJ abgelehnt.
Für das Projekt wurden die Lastprofile von Großkunden analysiert. Überraschenderweise hing bei 2/3 der untersuchten Betriebe der Wärmebedarf stark von der Außentemperatur ab, weil die Wärme bspw. für die Beheizung von Industriehallen verwendet wurde. Der Bedarf ist teilweise branchenabhängig. Aus den Messdaten wurden Kennlinien entwickelt, die die Grundlage für Simulationen bildeten. Die Solaranlage wurde auf die Wärmebedarfsprofile ausgelegt, danach wurde das BHKW entsprechend dem Restenergiebedarf ausgelegt und dessen Jahresdauerlinie ermittelt. In dem System wurden unterschiedliche Regelungen getestet und die Anzahl der BHKW-Starts minimiert. Mit der Kombination aus BHKW und Solarthermie werden gegenüber Gaskesseln Kosten gespart. Dann wurde das Gesamtsystem optimiert. Die Abbildung 1 zeigt die normierten Wärmebedarfe.
Abbildung 1: Entwickelte Lastprofilregressionen für Wochentage (wd) und Wochenendtage (wknd). Aufgetragen ist der auf 8° C normierte Wärmebedarf in Abhängigkeit von der Außentemperatur
Die Abbildung 2 zeigt die Auswertung der verfügbaren Dachflächen im Vergleich zum Solarpotenzial. Die linke Seite zeigt die erreichbare solare Deckungsrate bei einer unbegrenzten Dachfläche. Jeder Punkt symbolisiert ein Unternehmen in der Datenbank. Die rechte Abbildung zeigt die solare Deckungsrate, die erreicht werden kann, wenn die Dachfläche berücksichtigt wird. Um von der Dachfläche auf die mögliche Kollektorfläche zu schließen, wird der Ausnutzungsfaktor (exploitation factor) genutzt. D.h. Kollektorfläche und Dachfläche stehen im Verhältnis 1:3 zueinander.
Abbildung 2: Mögliche solare Deckungsraten als Funktion von dem Verhältnis von der möglichen Kollektorfläche nach VDI 3988 und der vorhandenen Dachfläche der Unternehmen, (a) Die Kollektorfläche ist nach VDI 3988 ausgelegt und Einschränkungen durch die Dachfläche werden nicht berücksichtigt, (b): Die Kollektorfläche beträgt maximal ein Drittel der Dachfläche, was eine realistische Abschätzung ist, wenn Abstände zwischen den Kollektorreihen zur Vermeidung von Eigenverschattung und weitere Einschränkungen berücksichtigt werden, die gestichelte Linie zeigt die Grenze, ab der die Dachfläche nicht ausreicht.
Die Solaranlage wurde stets auf den sommerlichen Wärmebedarf ausgelegt. Für das BHKW hat das Projektteam verschiedene Volllaststundenauslegungen durchgerechnet. Technisch funktioniert das Konzept laut Herrn Pag problemlos. Am geeignetsten erwies sich ein großer gemeinsamer Speicher, wobei das Speichermanagement wichtig ist. Die obere Hälfte des Speichers ist für das BHKW vorgesehen, während die untere Hälfte für die Solaranlage zur Verfügung steht. Bei den aktuellen Strom- und Gaspreisen seien BHKWs sehr wirtschaftlich. Die nationale CO2-Steuer sei kein ausreichender Anreiz, auf BHKWs zu verzichten. Trotzdem sei es unpopulär, in BHKWs zu investieren, weil steigende Treibhausgaspreise erwartet werden. „Maßnahmen werden nur umgesetzt, wenn sie wirtschaftlich sind, aber sie werden nicht in jedem Fall umgesetzt, wenn sie wirtschaftlich sind“, sagte Herr Pag. Die meisten BHKWs könnten laut Herrn Pag mit gewissen Mengen an synthetischen Gasen und Biogas betrieben werden, doch das sei oft nicht wirtschaftlich. Dadurch verlieren BHKWs langsam an Bedeutung und werden kaum noch gekauft. AnanaS lieferte den Input für die Norm VDI4190 zur Auslegung der Solarthermie.
Das Team arbeitet nun an dem Projekt HighSTEPS, das die Kombination aus Wärmepumpen und Solarthermie erforscht.
Ansprechperson
Felix Pag
Uni Kassel
E-Mail: pag@uni-kassel.de
Die Wissenschaftliche Begleitforschung Energiewendebauen bedankt sich bei den Interviewten für die Einblicke in die schon beendeten Projekte!
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Ausführlichere Informationen zu den Vorhaben und Projektpartner:innen finden Sie auf den jeweiligen Projektseiten, die wir unter der Vorstellung verlinkt haben.
| Kurztitel | EnEff:Wärme: TRAINING |
| Laufzeit | 12.2023 bis 11.2026 |
EnEff:Wärme: TRAINING - Thermische Energiespeicherung und Digitalisierung in der Fernwärme, für die Transformation zu erneuerbaren und ressourceneffizienten Energiesystemen
„Im Bereich der leitungsgebundenen Wärmeversorgung sind die skandinavischen Länder oft fortschrittlicher als wir in Deutschland“, beschreibt Dr. Dietrich Schmidt vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesysteme (IEE) den Hintergrund für die Zusammensetzung der Partner im Projekt TRAINING. „Deshalb ist es uns ein großes Anliegen für die im Projekt definierten Ziele, das Wissen der schwedischen und norwegischen Partner für den deutschen Kontext zu nutzen.“
Das Projekt EnEff: Wärme: TRAINING zeichnet sich unter durch seine CET-Partnerschaft und die damit verbundene internationale Ausrichtung aus. In den Teilprojekten beschäftigen sich Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus Deutschland, Norwegen und Schweden mit der Erschließung von Flexibilitäten in Gebäuden und Quartieren, um die Integrationspotenziale in ein fluktuierendes Energiesystem zu erhöhen. Der Fokus der deutschen Partner liegt dabei auf der Kommunikation und Modellierung von Steuerungs- und Energiemanagementsystemen (EMS). Ziel ist es, das Gebäude-EMS mit einer übergeordneten Steuerungseinheit zu verknüpfen. Dadurch soll die Nutzung erneuerbarer Energien durch eine bessere Ausnutzung der Speichermasse der Gebäude ermöglicht werden. Hierfür wird das EMS des Projektpartners Smartrplace genutzt.
Darstellung der Simulationstools
Ansprechperson
Dr. Dietrich Schmidt
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE)
E-Mail: dietrich.schmidt@iee.fraunhofer.de
| Kurztitel | EnEff:Wärme: TrafoWaermeNetz |
| Laufzeit | 01.2024 bis 12.2026 |
EnEff:Wärme: TrafoWaermeNetz - Einsatz von Wärmepumpen für die Transformation von Wärmenetzen - Energiewirtschaftliche Bewertung, Planung, Umsetzung und Betrieb
„Im Projekt TrafoWaermeNetz wollen wir technische Lösungen schaffen, die den Umbau von Wärmenetzen unterstützen. Die dabei entwickelten Werkzeuge sollen Planern helfen, eine qualifizierte Entscheidung auf modellbasierter Grundlage zu treffen.“ beschreibt Prof. Dr. Christian Schweigler von der Hochschule München das Ziel des Projektes. „Die Ergebnisse unserer Methodik und unseres Werkzeugs sollen dabei helfen, Einsparpotenziale zu quantifizieren und nicht nur qualitative Aussagen zu treffen. Für uns ist zudem wichtig, das die Werkzeuge offen zur Verfügung stehen.“ ergänzt Prof. Dr. Madjid Madjidi von der Hochschule München.
Im Projekt EnEff:Wärme: TrafoWärmeNetz geht es darum, BHKW-betriebene Wärmenetze auf Wärmepumpen umzustellen. Dazu sollen im Projekt für typische Bestandswärmenetze Umstellungsstrategien und -lösungen identifiziert, systematisiert und hinsichtlich technischer Machbarkeit, CO2-Minderung und energiewirtschaftlicher Umsetzbarkeit bewertet werden. Ergänzend soll ein Planungstool entwickelt werden, welches das Zusammenspiel einer Vielzahl von Verbrauchern unter Berücksichtigung der Randbedingungen ihrer gekoppelten Versorgung über ein zusammenhängendes Wärmeverteilnetz und der Wärmebereitstellung durch eine monoenergetische oder hybride Erzeugungsanlage ganzheitlich und dynamisch betrachtet.
Ansprechperson
Prof. Dr. rer. nat. Christian Schweigler; Prof. Dr. Madjid Madjidi
Hochschule für angewandte Wissenschaften München
E-Mail: christian.schweigler@hm.edu; madjid.madjidi@hm.edu
| Kurztitel | Solenke |
| Laufzeit | 01.2024 bis 12.2025 |
Verbundvorhaben: SOLENKE - Solar getriebene Energieversorgungskonzepte für die Keramikindustrie; Teilvorhaben: Dekarbonisierung des keramischen Brennprozesses
Am 17. Januar 2024 interviewte Herr Hinze aus der Begleitforschung Herrn Giuliano vom DLR zu dem Projekt SOLENKE. Dieses Verbundprojekt begann Anfang Januar dieses Jahres eigene solargetriebene Energieversorgungssysteme in der Keramikindustrie aufzubauen. Der Keramikhersteller Villeroy & Boch betreibt weltweit Keramik-Brennöfen und ist bestrebt seine Standorte bis 2040 auf eine CO2-freie Strom- und Wärmeversorgung umzustellen. Eine der größten Herausforderungen für die klimaneutrale Wärmeversorgung der Keramiköfen ist die ganzjährige Bereitstellung von Hochtemperaturwärme bei ~1250°C aus Erneuerbaren Energien (EE). Aufgrund des industriell kontinuierlichen Verbrauchs und dem zeitabhängigen Dargebot der EE ist dies nur in Verbindung mit großen Energiespeichern sinnvoll möglich. Eine vielversprechende Option ist eine Kombination aus günstiger lokaler Erzeugung (Solarthermie, PV) mit Energiespeichern und netzgebundener, verlässlicher Versorgung (z.B. über Wasserstoff), um gleichzeitig eine hohe Versorgungssicherheit, langfristige Planungssicherheit, Resilienz und eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Allerdings existieren hierzu keine branchenspezifischen Versorgungskonzepte für die Strom- und Wärmebereitstellung aus EE, die ein gesamtheitliches techno-ökonomisches Optimum für die Energiebereitstellung (EE), den Energietransport und die Energienutzung (Brennofen) darstellen. Ziel des Gesamtvorhabens SOLENKE ist die Entwicklung einer solchen ganzjährigen, 24/7 erneuerbaren und damit CO2-freien Wärmeversorgung der Öfen der Keramikindustrie. Dazu soll die Machbarkeit festgestellt und im industriellen Maßstab bei dem realen Produktionsbetrieb bei V&B erprobt und demonstriert werden.
Ein wichtiger Forschungsgegenstand ist das geeignete Speicherkonzept. Für die kurzzeitige Wärmespeicherung sollen Luft-Feststoffspeichersysteme verwendet werden. Diese sogenannten Regeneratorspeicher aus Keramik, Natursteinen oder Splittschüttungen speichern Wärme im MWh-Bereich über eine Dauer von ca. 1-2 Tagen. Ein Speicher für eine Dauer von 8-96 h ist die Partikelerwärmung durch konzentrierte Solarstrahlung, die sich v.a. in Ländern mit hoher direkter Sonneneinstrahlung günstig erzeugen lässt. Power-to-Heat-Technologien wie Elektrohochtemperaturheizer sollen genutzt werden, um während der Zeiten mit niedrigen Strompreisen Wärme zu erzeugen.
Auch die Herstellung chemischer Brennstoffe wird untersucht, wobei deren Einsatz minimiert werden wird, weil sie deutlich teurer als die direkte Nutzung von Strom und andere Speicher sind. Beispielsweise kommt Wasserstoff, dessen Erzeugung teuer und besonders verlustbehaftet ist, für die saisonale Speicherung in Frage, wo die günstigeren Kurzzeitspeicher nicht verwendet werden können. Die Nutzung von Biogas ist eine weitere Option, wobei Biogas nur begrenzt verfügbar ist. Die thermochemische Speicherung ist ebenfalls eine Option, wenngleich sie noch relativ neu ist. Die Anlagen werden hybrid arbeiten, also mit Strom und Brennstoffen betrieben werden. Voraussichtlich werden hybride Anlagen realisiert werden, bei denen der kostengünstigste Betrieb mit gemischt-ganzzahligen Optimierungsverfahren berechnet wird.
Der meiste Wärmebedarf fällt kontinuierlich rund um die Uhr an, es gibt aber auch Öfen, die im sogenannten Batch-Betrieb arbeiten, d.h. zyklisch be- und dann entladen werden.
Doch nicht nur energetische Fragen müssen geklärt werden. So hat bspw. die Keramikqualität besondere Anforderungen an die Brenngasathmosphäre und es muss untersucht werden, wie die Heißluft in den Brennraum eingebracht wird.
Für das Unternehmen muss das TRL (technology readyness level) hoch sein, damit die Technologie finanzierungswürdig ist.
Auf die Frage, ob Deutschland ein geeigneter Standort für die Keramikproduktion ist, antwortete Herr Giuliano, dass die Grundvoraussetzungen in Regionen mit hohen erneuerbaren Energieanteilen besser sind, aber dafür kann in Deutschland die gewachsene Infrastruktur weiterverwendet werden, z.B. die Anlagen, aber auch die Fachkräfte sind entscheidend.
Zur Verschiebung der Last in die Zeiten mit niedrigen Strompreisen sollen verschiedene Strompreismodelle untersucht werden, z.B. ppa (power purchase agreements, baseloadprodukte und pay-as-produced-produkte. Herkunftsnachweise reichen nicht aus.
Zur Minimierung der Projektrisiken soll 2-phasig vorgegangen werden. Zunächst wird die Entwicklung der Energieversorgungskonzepte und der Nachweis der techno-ökonomischen Machbarkeit (Phase 1) durchgeführt und anschließend die Umsetzung und Demonstration (Phase 2). Der Umfang dieses Vorhabens ist die Phase 1. Das Hauptziel des Teilprojektes des DLR ist die techno-ökonomische Analyse von solar getriebenen Energieversorgungskonzepten für die Keramikindustrie. Herrn Giulianos Herzensthema ist die Demonstration eines solargetriebenen Energieversorgungskonzeptes für Hochtemperaturwärme, das für die Keramikindustrie funktioniert.
Ansprechperson
Stefano Giuliano
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Solarforschung | Solare Hochtemperatur-Systeme
E-Mail: Stefano.Giuliano@dlr.de
Wir bedanken uns herzlich bei den Interviewten für diese spannenden Einblicke in die neuen Projekte der Begleitforschung Energiewendebauen und freuen uns unterstützend dabei zu sein!
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Veranstaltungen - vergangene
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Einblick in die vergangenen Veranstaltungen der Forschungsinitiative Energiewendebauen:
Im August war Sommerpause der Begleitforschung Energiewendebauen.
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SEPTEMBER
EWB-Stunde
Frisch und erholt aus der Sommerpause zurück, möchten wir Sie und Ihr Team herzlich zur monatlich stattfindenden EWB-Stunde am 05. September 2024 einladen.
In der nächsten EWB-Stunde stellen uns Herr Patrick Buchenberg M.Sc., Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl von Prof. Dr. Hamacher für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme an der Technischen Universität München sowie Dr. Markus Duchon vom fortiss - Landesforschungsinstitut des Freistaats Bayern für softwareintensive Systeme das Verbundvorhaben „EnEff:Stadt: NEED“ vor.
Das Projekt hat den Aufbau einer nationalen Energiedatenplattform für Planungszwecke zum Ziel. Unterschiedliche, heterogene Datenquellen werden hierzu eingebunden. Neben konventionellen Quellen werden auch Datenpunkte mit Hilfe geeigneter Verfahren synthetisch erstellt, um fehlende Informationen anzufertigen.
Dabei soll die NEED-Plattform ein robustes, pflegeleichtes und flexibles Werkzeug zur Planung von Energiemaßnahmen auf verschiedenen räumlichen Ebenen werden, ohne das Gesamtbild aus dem Blick zu verlieren. Werkzeuge und Modelle der Partner:innen sollen über semantische Anfragen auf die erforderlichen Daten zugreifen, um die jeweiligen (Planungs-)Aufgaben durchzuführen. Hierdurch entsteht ein Baukasten für durchgängige Planungsaufgaben vom Gebäude bis zur Infrastruktur, der automatisierte, modellbasierte Analysen über Systemgrenzen hinweg ermöglicht. Durch Qualitätsverbesserung und transparente, digitale und verifizierte Daten, werden Kosten- und Zeitaufwände zur Datenakquise und -aufbereitung, die bei Planungsprozessen einen Anteil von mehr als 2/3 ausmachen, erheblich reduziert.
In ihrem Vortrag werden Herr Buchenberg und Herr Dr. Duchon zunächst die Grundlagen der Plattform beleuchten, bevor Sie anschließend die Anwendung und Arbeitsweise der Plattform anhand eines praktischen Beispiels vorstellen.
Weitere Information rund um das Forschungsprojekt EnEff:Stadt: NEED finden Sie hier.
[Weitere Informationen zur Teilnahme]
"FlexBlue.Connect"-Veranstaltung
Am 17. September 2024 von 15:00 bis 16:30 Uhr findet die erste "FlexBlue.Connect"-Veranstaltung statt. U.a. werden auch die Ergebnisse der Akteurs- und Hemmnisanalyse im Rahmen von »FlexBlue« vorgestellt. Akteure der Kältewertschöpfungskette haben Feedback zu Hürden bei der Implementierung flexibilisierter Kälteversorgungssysteme gegeben. Ein weiterer Schwerpunkt der Veranstaltung: Impulse aus der Praxis und Fallbeispiele.
[Weitere Informationen zur Veranstaltung]
Externe Veranstaltung: BauImpulse 2024
Living Lab NRW Fachforum: Nachhaltigkeit im Wohnungsbau
Das Fachforum "Nachhaltigkeit im Wohnungsbau" bietet einen facettenreichen Blick auf die Energie- und Bauwende. In den vier Themenblöcken – "energiewende bauen!", "gesund bauen!", "maßvoll bauen!" und "kreislaufgerecht bauen!" – erhalten Sie im Bahnhof Blo fundierten fachlichen Input und Einblick in spannende Praxisbeispiele. Im Living Lab NRW, dem Reallabor der Bergischen Universität Wuppertal, erwarten Sie Exponate und Vertiefungsstationen zu ausgewählten Themen sowie Raum für angeregte Diskussionen. Nutzen Sie die Gelegenheit, sich in einer inspirierenden Atmosphäre auszutauschen und zu vernetzen!
Das Fachforum wird veranstaltet vom Living Lab NRW in Kooperation mit NRW.Energy4Climate, gefördert vom Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen. Das Living Lab NRW ist Folgeprojekt des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Solar Decathlon Europe 21/22.
Donnerstag, 19. September 2024 um 10:00 bis
Freitag, 20. September 2024 um 16:00
Wuppertal
[Mehr Informationen zum Programm und zur Anmeldung]
Projektetreffen 21/22. November 2024
Bitte unbedingt das Projektetreffen am 21/22. November schonmal im Kalender blocken. Wie bereits im Save the date vor den Sommermonaten geschrieben wurde, findet das Projektetreffen am 21./22. November in München statt. Die Einladung mit der Möglichkeit sich anzumelden, kommt im Laufe des Septembers.
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DIE NEUSTEN PUBLIKATIONEN DER ENERGIEWENDEBAUEN
Auf der Website der Forschungsinitiative Energiewendebauen finden Sie noch weitere Publikationen aus der Energieforschung des BMWK. Dort gibt es auch eine Übersicht der News, die regelmäßig herausgebracht werden.
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Bitte mitwirken!
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Wir wünschen uns eine aktive Mitwirkung und Präsenz der Projekte in den Kommunikationskanälen der Forschungsinitiative Energiewendebauen!
Sie haben eine Publikation veröffentlicht?
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