Promotionsprojekte

Nachfolgend sind die Promotionsprojekte der Doktorandinnen und Doktoranden der DS CCCE sortiert nach Geistes- und Gesellschafts-, Ingenieuer- und Naturwissenschaften alphabetisch angeführt (nähere Informationen bei Klick auf das jeweilige Thema):

Geistes- und Gesellschaftswissenschaften

Die öffentliche mediale und digitale Kommunikation und Berichterstattung über Braunkohle, Strukturwandel und die Energiewende

Fachbereich: Allgemeine Soziologie, Arbeit und Wirtschaft
Betreuung: Prof. Dr. Rolf G. Heinze und Dr. Anna-Lena Schönauer
Doktorandin: Rabea Bieckmann
Technische und ökonomische Entwicklungen und Entscheidungen weisen immer auch eine soziale und gesellschaftliche Komponente auf. Eine Entwicklung hin zu einer Ökonomie geschlossener Kohlenstoffkreisläufe muss daher auch die Gesellschaft in den Blick nehmen, ohne deren Unterstützung und Akzeptanz eine erfolgreiche Umsetzung kaum möglich ist. Im Zuge einer Transformation des Energiesektors mit dem Ziel einer nachhaltigen Reduktion von CO2-Emissionen werden vor allem fossile Energieträger kritisch diskutiert. Regionen wie das Rheinische Revier, die stark geprägt sind durch die Förderung und Nutzung von Braunkohle, sehen sich nunmehr mit einem massiven Strukturwandel konfrontiert, der neben den technischen und wirtschaftlichen Veränderungen auch mit sozialen Wandlungsprozessen einhergehen wird.

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Die Rolle Deutschlands im Kontext der Energiewende. Eine ethische Untersuchung normativer Zielkonflikte unter besonderer Berücksichtigung des Braunkohleausstiegs

Fachbereich: Angewandte Ethik
Betreuung: Prof. Dr. Klaus Steigleder
Doktorandin: Friederike Asche
Der Klimawandel, die Energiewende in Deutschland und damit auch der Strukturwandel im Rheinischen Braunkohlerevier verlangen nach einem interdisziplinären Lösungsansatz. Die Untersuchung normativer Zielkonflikte der deutschen Energiewende im Rahmen der Doctoral School „Closed Carbon Cycle Economy“ ist daher ideal, um ein weites Spektrum an Faktoren berücksichtigen zu können. Die Arbeit von Ethiker*innen kann hier gleichermaßen von anderen Disziplinen bereichert werden wie auch wichtige Impulse für Wissenschaftler*innen aus anderen Fachbereichen setzen.

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Einstellung und Akzeptanz der Bürgerinnen und Bürger im Rheinischen Revier zum Strukturwandel und zur Braunkohle(-nutzung)

Fachbereich: Allgemeine Soziologie, Arbeit und Wirtschaft
Betreuung: Prof. Dr. Rolf G. Heinze und Dr. Anna-Lena Schönauer
Doktorandin: Cathérine Momberger
Grundsätzlich herrscht in der deutschen Bevölkerung ein breiter Konsens darüber, dass der Schutz des Klimas und damit einhergehend eine Reduktion der CO2-Emmissionen wichtige Ziele sind. Dementsprechend finden auch die Energiewende und der Ausbau der erneuerbaren Energien in der Bevölkerung eine breite Unterstützung. Zugleich wird in den letzten Jahren die Stromerzeugung aus fossilen Energien kritischer bewertet. Daten des Deutschlandtrends vom Anfang des Jahres 2019 belegen, dass die Mehrheit der Bevölkerung einen möglichst schnellen Ausstieg aus der Braunkohle befürwortet.

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Fallstudien – Bedingungen für einen gelungenen Strukturwandel

Fachbereich: Makroökonomik
Betreuung: Prof. Dr. Michael Roos
Doktorand: Christian Stehr
Regionalen Strukturwandel gab und gibt es in Deutschland auch in anderen Regionen, z.T. schon seit vielen Jahrzehnten. Daher bietet es sich an, der Verlauf des Strukturwandels in diesen Regionen zu untersuchen um herauszufinden, welche Faktoren zu einem Erfolg oder Misserfolg der Transformation beigetragen haben. Der Vergleich mit dem Rheinischen Revier soll zeigen, ob die identifizierten (Miss-)Erfolgsfaktoren auch dort relevant sind. Dies erlaubt zum einen eine Prognose über die mögliche Dauer des Strukturwandels und die damit verbundenen ökonomischen und gesellschaftlichen Kosten, zum andern können Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, welche wirtschaftspolitischen Maßnahmen durchgeführt bzw. unterlassen werden sollten. Ostdeutschland ist aus vielen Gründen ein Sonderfall, der mit dem Rheinischen Revier nur wenig vergleichbar ist. Daher konzentriert sich die Untersuchung auf westdeutsche Vergleichsregionen. Naheliegend sind die Steinkohlereviere Ruhrgebiet und Saarland, wo der Strukturwandel bereits mit der Steinkohlekrise in den 1960er Jahren begann und bis heute nicht abgeschlossen ist.

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Politikberatung – Interessenvermittlung zwischen Experten und Politik

Fachbereich: Vergleichende Politikwissenschaften
Betreuung: Prof. Dr. Rainer Eising
Doktorandin: Julia Sollik
In modernen Demokratien sind Unsicherheit reduzierende Informationen Voraussetzung für die Formulierung von politischen Lösungsstrategien zur Bewältigung komplexer Probleme wie jenes des Strukturwandels im Rheinischen Revier. Dieses Forschungsprojekt soll (1) offenlegen, welche formalen und informalen Informationsflüsse zwischen Experten, Interessengruppen und Politikern bestehen, (2) einschätzen, wie bedeutsam dieser Informationsaustausch für den Policyprozess des Strukturwandels sind, und (3) Vorschläge entwickeln, wie Informationskanäle sinnvoll weiterentwickelt werden können. Im Rahmen der Doctoral School Closed Carbon Cycle Economy, dem Strukturwandel im Rheinischen Revier und geschlossener Kohlenstoffkreisläufe analysiert es damit einen wesentlichen prozeduralen und inhaltlichen Aspekt der kurz- und langfristigen Politikgestaltung des Strukturwandels. Mit dieser Zielsetzung hat es enge Bezüge zu den geplanten rechtswissenschaftlichen, philosophischen und soziologischen Analysen dieses Strukturwandels, die bestimmte inhaltliche Informationen (z. B. Frames, Folgeaspekte des Strukturwandels, ethische Aspekte) in den Mittelpunkt rücken

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Steuerung von Folgenutzungen in ehemaligen Braunkohlerevieren mittels Raumordnung und Bauleitplanung: Rechtliche Möglichkeiten und Grenzen

Fachbereich: Recht der Wirtschaft / Berg- und Energierecht / Raumplanungs- und Umweltrecht
Betreuung: Prof. Dr. jur. Johann Christian Pielow und
Prof. Dr. jur. Klaus Joachim Grigoleit

Doktorand: Moritz Klanten
Der beschleunigte Ausstieg aus der Braunkohlegewinnung und -verstromung stellt nicht zuletzt eine Herausforderung für die Systeme der Raumplanung dar. Auf der tatsächlichen Ebene gilt es zum einen, die großräumige Tagebaunutzung selbst zu beenden und die erforderlichen Maßnahmen für die Rekultivierung zu treffen. Zum anderen müssen bestehende Nutzungsstrukturen überprüft und gegebenenfalls angepasst oder neue Strukturen entwickelt werden. Schließlich müssen neue, den Strukturwandel vollziehende Ansiedlungsentscheidungen entwickelt und umgesetzt werden.

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Steuerung von Folgenutzungen in ehemaligen Braunkohlerevieren mittels Fachplanung und -genehmigung: Rechtliche Möglichkeiten und Grenzen

Fachbereich: Recht der Wirtschaft / Berg- und Energierecht / Raumplanungs- und Umweltrecht
Betreuung: Prof. Dr. jur. Johann Christian Pielow und
Prof. Dr. jur. Klaus Joachim Grigoleit

Doktorandin: Laura Kühn
Mögliche Nach- und Folgenutzungen im Rheinischen Braunkohlerevier berühren in vielfältiger Weise das Fachplanungs- bzw. Anlagengenehmigungsrecht. Namentlich gilt dies für davon betroffene raumbedeutsame Infrastrukturvorhaben, allem voran in Bezug auf die Nachsorge für die Braunkohletagebaue selbst einschließlich der Wiedernutzbarmachung ehemals bergbaulich genutzter Flächen, sodann hinsichtlich notwendiger Umplanungen vorhandener oder der Anlage neuer Straßen- und Wege, Schifffahrtsstraßen, Flughäfen, Eisenbahnlinien, Anlagen der Energieversorgung und der Wasserver- bzw. Abwasserentsorgung einschließlich der Grund- und Oberflächengewässerbewirtschaftung und auch der Abfallentsorgung. Hinzukommen werden Genehmigungsverfahren für die Ansiedlung neuer oder wesentliche Veränderungen bestehender (raumbedeutsamer) Industrieanlagen.

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Technology Roadmap für das Rheinische Revier

Fachbereich: Makroökonomik
Betreuung: Prof. Dr. Michael Roos
Doktorandin: Miriam Athmer
Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts ist es, eine zukunftsfähige und somit in vielerlei Aspekten nachhaltige Strategie für den Strukturwandel des Rheinischen Reviers zu finden. Um ein angemessenes Konzept für die Region zu erarbeiten, müssen die Interessen und Kenntnisse der politischen und wirtschaftlichen Entscheidungsträger als Experten der heimischen Wirtschaft beachtet werden. Die Strategie soll im Forschungsprojekt „Technologie-Roadmap für das Rheinische Revier“ erarbeitet werden. Das Projekt gliedert sich in drei Phasen, eine Vorbereitungsphase, eine Konzeptualisierungsphase und eine (Vor-)Evaluationsphase.

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Ingenieurwissenschaften

Life-Cycle und Stakeholder Analysis netzgekoppelter Energiespeicher

Fachbereich: Cross Energy Systems / Fraunhofer UMSICHT Oberhausen - Fachbereich Energie
Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Christian Dötsch
Doktorand: Simon Schürhoff
Im Rahmen des Forschungsprojektes soll u.a. ein Stoffstrommodell und eine Methodik entwickelt werden, die die ökobilanzielle Bewertung von Energiespeichern im Energiesystem am Beispiel des deutschen Energiesystems ermöglicht. Neben der ökologischen Bewertung sollen Aspekte wie Arbeitsplatzeffekte, Wertschöpfungsketten und der Strukturwandel im Beispielgebiet Rheinisches Revier mit in der Analyse berücksichtigt und ethisch in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Angewandte Ethik – in Form einer Betroffenheits-/Stakeholder-Analyse reflektiert werden.

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Flexibilisierung der Stromproduktion durch variable Biogasproduktion

Fachbereich: Thermodynamik / Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau (Hochschule Bochum)
Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Roland Span und Prof. Dr.-Ing. Mandy Gerber
Doktorand: Matthias Körber
Das Rheinische Revier ist mit einer Vielzahl an Kohlekraftwerken ein Energiestandort, an dem sich eine Reihe energieintensiver Industrieunternehmen angesiedelt hat. Durch den schrittweisen Ausstieg aus der Kohleverstromung, wird der Ausbau erneuerbarer Energien eine große Rolle spielen, um diese Unternehmen und somit die Wirtschaftskraft der Region zu halten. Ein großer Teil des erneuerbaren Stroms wird mithilfe von Windkraft- und Photovoltaikanlagen produziert, was aufgrund der Verfügbarkeit der Energieträger zu Schwankungen in der Stromproduktion führt und eine Herausforderung für die Netzbetreiber darstellt. Neben dem Einsatz von Energiespeichern, bietet der flexible Betrieb von Biogasanlagen eine weitere Möglichkeit, um Schwankungen bei der Stromproduktion auszugleichen.

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Grundlagen für die Entwicklung neuer online Messtechnik für H2- und CO2-reiche Gasströme

Fachbereich: Thermodynamik
Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Roland Span
Doktorandin: Vanessa Kaub
Die im Rheinischen Braunkohlerevier bevorstehenden Transformationsprozesse werden, von der Sicherstellung der Versorgungssicherheit in Bezug auf Strom und Wärme bis hin zur stofflichen Nutzung von Braunkohle, verschiedene großtechnische Prozesse mit sich bringen, bei denen H2- und CO2-reiche Gasströme gehandhabt, transportiert und abgerechnet werden. Für diese zukunftsträchtigen Technologien kann sich das Rheinische Braunkohlerevier zur Modellregion entwickeln. Der Umgang mit entsprechenden Gasströmen bringt aber erhebliche messtechnische Herausforderungen mit sich, die mit den heute für Erdgase verfügbaren Verfahren und Geräten nicht ohne weiteres bewältigt werden können. Verfahren und Geräte müssen an neue Gaszusammensetzungen angepasst und weiterentwickelt werden. Im Bereich der Messtechnik sind vielfach hoch spezialisierte, global agierende kleine und mittelständische Unternehmen aktiv, deren Ansiedlung in einer Modellregion naheliegend wäre und die die Wirtschaftskraft des Rheinischen Braunkohlereviers nachhaltig stärken könnten. Im Rahmen dieses Promotionsprojekts sollen die wissenschaftlichen Grundlagen für die Erweiterung des Anwendungsbereichs von Verfahren der modernen Gasmesstechnik gelegt werden.

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Resilienz durch cross-sektorale, dezentrale Energiesystemstrukturen

Fachbereich: Cross Energy Systems / Fraunhofer UMSICHT Oberhausen - Fachbereich Energie
Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Christian Dötsch
Doktorand: Jakob Böhm
Der Wandel des Energiesystems in Deutschland wird in Zukunft neben der Stromversorgung zunehmend auch die Sektoren Gas, Wärme und Transport umfassen. Die Energieversorgung wird dabei unter Nutzung der Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen zunehmend strombasiert sein. Mit Kopplung der verschiedenen Sektoren wird eine signifikant höhere Systemkomplexität einhergehen. Gleichzeitig setzt sich die Dezentralisierung des Energiesystems hinsichtlich Erzeugung und bedarfsgerechte Bereitstellung von Energie auch zukünftig fort. Mit der einhergehenden Digitalisierung werden zukünftig sehr umfangreiche, heterogene und dynamische Informationen vor allem aus den peripheren Bereichen der Energiesysteme verfügbar sein.

Die damit verbundene zunehmende Komplexität führt dazu, dass das Energiesystem in Zukunft nicht mehr fail-safe ausgelegt werden kann. Stattdessen muss ein Paradigmenwechsel hin zu safe-to-fail-Systemen erfolgen. Es muss davon ausgegangen werden, dass es durch Störungen der Kommunikationsstrecken, Programmfehler, Hackerangriffe, Fehlbedienungen, Naturereignisse etc. zu Ausfällen von Einzelanlagen bis hin zu großen Netzgebieten kommen kann.

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Synergetische Nutzung von Gülle und Kohle zur Erzeugung von Biogas und Düngemitteln

Fachbereich: Thermodynamik / Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau (Hochschule Bochum)
Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Roland Span und Prof. Dr.-Ing. Mandy Gerber
Doktorandin: Anna Leithäuser
Aufgrund der enthaltenen Nährstoffe eignen sich Wirtschaftsdünger, wie Gülle, Jauche und Mist, hervorragend als natürliche Dünger. Die Vergärung von Wirtschaftsdünger in einer Biogasanlage kann einerseits zur Bereitstellung von Energie genutzt werden, andererseits wirkt sich die Vergärung überwiegend positiv auf die Düngewirkung aus. Beispielsweise werden die Pflanzenverträglichkeit und Fließfähigkeit der Wirtschaftsdünger erhöht sowie die Emissionen von Methan, das Keimen von Unkrautsamen und die Übertragung von Krankheitserregern reduziert. Auf der anderen Seite wird durch die Vergärung jedoch vermehrt Stickstoff mineralisiert, was zu erhöhten Ammoniak-Emissionen führt. Darüber hinaus ist der Wasseranteil von flüssigen Wirtschaftsdüngern, wie Gülle und Jauche, sowohl unbehandelt als auch vergoren in der Regel sehr hoch, weshalb der Transport über lange Strecken ökologisch und ökonomisch nicht sinnvoll ist. Eine Trennung von Flüssig- und Festphase ist nur bedingt hilfreich, da in der Flüssigphase noch viele (vor allem wasserlösliche) Nährstoffe verbleiben, die in einem größeren Umkreis aufgebracht werden müssen.

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Transformation der Energieversorgung im Kontext der Beendigung der Kohleverstromung

Fachbereich: Energiesysteme und Energiewirtschaft
Betreuung: Prof. Dr. Valentin Bertsch
Doktorandin: Sophie Pathe
Im Rahmen der deutschen Energiewende ist ein weiterer Strukturwandel im Abbaugebiet „Rheinisches Braunkohlerevier“ in Nordrhein-Westfalen (NRW) absehbar, welcher durch die Stilllegung der dort stark konzentrierten Braunkohlekraftwerke initiiert wird. Die Doctoral School Closed Carbon Cycle Economy der Ruhr-Universität Bochum untersucht diesen Strukturwandel unter interdisziplinären Gesichtspunkten, zu denen auch energietechnische und energiewirtschaftliche Aspekte zählen.
Die Beendigung der Nutzung fossiler Energieträger bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Integrierung regenerativer Anlagen. Dabei ist die Volatilität der erneuerbaren Energien genauso zu berücksichtigen, wie deren Dezentralität im Vergleich zu zentralen Großkraftwerken. Aus diesen Gründen muss die Substitution großer konventioneller Kraftwerke durch Photovoltaik- Wind- und Biogasanlagen einem Gesamtkonzept folgen, das die Eigenheiten der jeweiligen Systeme berücksichtigt. Dazu ist die räumliche sowie zeitliche Analyse der Elektrizitätsverteilung unter Berücksichtigung von Stromnetztrassen, Netzlastprofilen und Zwischenspeichern notwendig.

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Naturwissenschaften

Der Einsatz rheinischer Braunkohle zur Bodenverbesserung

Fachbereich: Angewandte physische Geographie / Bodenkunde und Bodenökologie
Betreuung: Prof. Dr. Harald Zepp und Prof. Dr. Bernd Marschner
Doktorand: Martin Benz
Das im politischen Raum diskutierte Auslaufen der Verstromung von Braunkohle (energetische Verwertung) gibt Anlass, eine stoffliche und möglichst nachhaltige Verwertung von Braunkohle in den Mittelpunkt weiterer Überlegungen zu stellen. Die Entwicklung von Alternativen in Form veredelter Produkte ist daher eine vorrangige Aufgabe mit strukturpolitischen Konsequenzen für das rheinische Braunkohlerevier.

Bereits heute gibt es im rheinischen Revier Ansätze, braunkohlebasierte Produkte (Huminsäuren) für die Erhöhung der Ertragsfähigkeit von Böden einzusetzen. Vermischt mit Reststoffen der landwirtschaftlichen Tierproduktion (Gülle) wird die Fruchtbarkeit von Grenzertragsböden im Mittleren Osten erhöht. Andere braunkohlebasierte Produkte werden als Perlhumus oder nährstoffliefernde Bodenverbesserer weltweit exportiert. Auch sogenannte „Biokohlen“ wurden in der Vergangenheit bereits vielfach zur Bodenverbesserung gerade auf Standorten mit geringer natürlicher Bodenfruchtbarkeit eingesetzt, sowohl in Mitteleuropa als auch in Übersee, z. B. in Afrika. Die Zugabe von Kohle-Kompost-Gemischen kann in Abhängigkeit von den lokalen Bodeneigenschaften unter anderem folgende positive Effekte nach sich ziehen:

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Elektrokatalytische Herstellung von Synthesegas

Fachbereich: Anorganische Chemie I - Aktivierung kleiner Moleküle
Betreuung: Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel
Doktorand: Mathias Smialkowski
Eine große Zahl von Produkten wird im Rahmen komplexer, aufeinander aufgebauter Verfahren aus Basischemikalien hergestellt, die heute in großen Mengen aus Kohle bzw. anderen fossilen Brennstoffen gewonnen werden. Der Bedarf, chemische Produkte auf eine nachhaltige Rohstoffbasis umzustellen, wird es jedoch zukünftig erfordern, CO2 als Kohlenstoffträger und Erdölalternative zu erschließen.1 Bei der Integration neuer Rohstoffe in die chemische Produktion kommt es dann darauf an, dass die hergestellten Basischemikalien in die erdöl- und kohlebasierten Produktionsstrukturen der chemischen Industrie integrierbar sind und nicht vollkommen neue Synthese-/Produktlinien erfordern. Vor diesem Hintergrund ist die Herstellung von Synthesegasen besonders interessant, da sie neben ihrer Verwendung für andere Produkte auch als Ausgangsstoff für Spezialchemikalien und Treibstoffe oder Treibstoffzusätze verwendet werden können. Um CO2 als Rohstoff sinnvoll zu verwenden, muss aber für dessen chemische Umsetzung regenerative Energie eingesetzt werden.

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Herstellung kurzkettiger Olefine aus Synthesegasen

Fachbereich: Technische Chemie / Anorganische Chemie I - Aktivierung kleiner Moleküle
Betreuung: Prof. Dr. Martin Muhler und Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel
Doktorand: Tobias Kull
Ethylen und Propylen, die einfachsten ungesättigten Kohlenwasserstoffe, sind die meistproduzierten Grundchemikalien und werden u.a. als Basischemikalien für wichtige Folgeprodukte wie Polyethylen, Ethylenoxid, Styrol oder α-Olefinen eingesetzt. Erst kürzlich konnte ein neuer Katalysator für die Umwandlung von Synthesegas zu leichten C2-C4 Olefinen gefunden werden. Dieser bifunktionelle Katalysator setzt sich aus einer partiell reduzierten ZnCrOx Spezies und einem sauren Zeolithen zusammen und ermöglicht die selektive Bildung der leichten Olefine. Allerdings sind sowohl die Wirkweise als auch die genaue Zusammensetzung des Katalysators nicht verstanden und machen eine intensive Untersuchung dieser Faktoren notwendig. Die Etablierung eines katalytischen Prozesses macht Ethylen und Propylen mittels energieeffizienter und nachhaltiger Technologien aus Synthesegas, welches unter Anwendung erneuerbarer Energieformen hergestellt werden kann, zugänglich. Durch diese Grundlagenforschung können folglich neue Wertschöpfungsketten und damit einhergehend neue Wirtschaftspotenziale etabliert werden

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