Energie- und Wasserwirtschaft: Interaktionen, regionale ... · Nordwesten Niedersachsen als Zentrum der Land- und Ernährungswirtschaft ... zeichnete sich bislang nur durch wenige

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH

Energie- und Wasserwirtschaft: Interaktionen, regionale

Herausforderungen und Handlungsempfehlungen Ulrich Scheele

OLEC – Jahrestagung

„Crossing Sectors –

Energie- und Wasserwirtschaft intelligent verknüpfen“

Oldenburg

2.-3. November 2016


Agenda

Energie- Wasser – Ernährung – Nexus: Eine Einordnung

Regionale Herausforderungen und Handlungsdruck

Voraussetzungen für eine regionale Handlungsstrategie

Mögliche nächste Schritte


Energie- Wasser – Nexus: eine Einordnung

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Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Wasserwirtschaft…

Wasserversorgung: mehrheitlich öffentliche Unternehmen

Abwasserentsorgung: Öffentliche Unternehmen, kommunale Eigenbetriebe

Niederschlagswassermanagement: Abwasserentsorger, Städte und Gemeinden, Entwässerungsverbände

Hochwasserschutz: Land, Deichverbände, NLWKN

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Der Energie – Wasser – Nexus: worum geht es?

Die Energie-und Wasserwirtschaft und der Ernährungssektor sind eng

miteinander verwoben:

Man benötigt Energie um Nahrungsmittel zu produzieren, Wasser zu fördern, es

aufzubereiten und zu transportieren

Man benötigt Wasser, um Nahrungsmittel zu produzieren und jede Form der

Energieerzeugung erfordert den Einsatz von Wasser

Man benötigt Nahrungsmittel für die Versorgung einer wachsenden Weltbevölkerung,

die wiederum von einer ausreichenden Versorgung mit Energie- und

Wasserdienstleistungen abhängig ist

Die Verfügbarkeit von Land ist gleichzeitig eine zentrale Voraussetzung für alle

drei Sektoren und ein verbindendes Element

Diese Systeme werden in der Regel weitgehend unabhängig voneinander und

unkoordiniert organisiert und gemanagt, aber……

zunehmende Einsicht, dass Entscheidungen und Maßnahmen in einem Sektor

mittel- und unmittelbar negative oder positive Auswirkungen auf die jeweiligen

anderen Sektoren zur Folge haben

Abkehr vom vorherrschenden “Silo- Denken” und ein multidisziplinärer Ansatz

bei der Analyse komplexer Zusammenhänge ermöglichen eine Reduzierung von

trade offs und eine Stärkung der Synergien zwischen den Sektoren

05.11.2016 5

https://mariaadouglass.com

Center for Sustainable Infrastructure 2014


Wasser- Energie: der ingenieurwissenschaftliche Blick

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• Water- Energy- Food – Nexus bislang ein dominantes Thema der Entwicklungspolitik! • Zusammenhang gewinnt aber auch in den Industrienationen an Relevanz

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Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Bandbreite an Forschungsfragestellungen (1)

Woran scheitern integrative Planungsansätze? Wie kann systemisches Denken in die politischen Entscheidungsprozesse integriert werden?

Trade offs zwischen C02- und Wasser - Footprints des Ausbaus der Bioenergie

Planung energieeffizienter Wasserverteilnetze

Konventionelle Energieproduktion und Kühlwasserbedarf

Abhängigkeit kritischer Infrastrukturen von der Wasserverfügbarkeit

Auswirkungen neuer Umweltqualitätsstandards auf den Energieverbrauch

Auswirkungen der Klimaschutzpolitik auf den Stromerzeugungsmix und Rückwirkungen auf den Wasserverbrauch

Auswirkungen des Klimawandels auf den Bewässerungsbedarf

Ermittlung des Wasserfußabdrucks der Energieversorgung einer Stadt

Auswirkungen des Fracking auf den Wasserbedarf

Entwicklung des Infrastrukturinvestitionsbedarfs bei integrierten Planungsansätzen

Beschreibung von Technologie - Roadmaps

Wie können innovative Tarifmodelle aus dem Energiesektor für den Wassersektor nutzbar gemacht werden?

Wie sieht ein „Low carbon“ Wassersektor im Jahr 2050 aus?


Szenarien zur Entwicklung des Wasserabdrucks bis 2050

Welche Auswirkungen haben energie- und wasserautarke Versorgungslösungen auf den jeweils anderen Sektor?

Wie kann eine ausreichende Koordination zwischen den Sektoren in Krisenzeiten aussehen?

Wie entwickeln sich de Co2 und Energiefußabdrücke bei alternativen Wasserver- und Abwasserentsorgungssystemen?

Kosten- und Nutzenanalysen für unterschiedliche klimapolitische Ansätze in der Wasserversorgung

Welche neue Qualifikationen, Instrumente und Motivationen sind für die Umsetzung integrierter Planungsansätze notwendig?

City blood: innovative Konzepte zur Bereitstellung von Energie über die Nutzung von Wasserverteilnetzen

Water-energy futures: Einfluss von Wassermanagementkonzepten und Siedlungsstrukturen

Können Abwasserbehandlungssystemen als Netto - Energieproduzenten auftreten?

Können kommunale Abwassersysteme Co2 neutral geplant und betrieben werden?

Wie können städtische Wassersysteme Co2 neutral gestaltet werden?

Wie sind die Auswirkungen von Regenwassersystemen auf den Energieverbrauch?


Einfluss der Rohwasserqualität auf den Energieeinsatz in der Trinkwasseraufbereitung

Vergleich des Wasserbedarfs unterschiedlicher Verfahren der Erdgas- und Erdölgewinnung

Die Energieintensität dezentraler Wasserversorgungssysteme

Führt eine Reduzierung der C02 – Emissionen immer zu einer nachhaltigeren Entwicklung

Die Energiefußabdruck der Wasserversorgung in geographischer Auflösung

Die Auswirkungen einer Reduzierung des Kühlwasserdargebots auf die Energiepreise

Interdependente Governance Strukturen zwischen Energie- und Wassersektor

Beitrag der Windenergie zur Reduzierung des Wasserverbrauchs

Der Wasser- und Energie - Nexus und Ansätze des Urban Metabolismus

Kombinierte Haushaltstechnologien

Die Entwicklung des langfristigen Wasserbedarfs der Sektoren Energie, Haushalte und Industrie

Tiefe Geothermie – mögliche

Ansätze zirkulärer Ökonomie und die Implikationen auf den Wasser – Energie – Ernährungs- Nexus

Zukunftsfähige Energieerzeugung und die Auswirkungen auf den Wassersektor

Lock in und Pfadabhängigkeiten in der Energie- und Wasserwirtschaft

Verschiebt die Wasserknappheit die Energieerzeugung in Richtung konventionelle Energieerzeugung?

………..


(Regionale) Herausforderungen und Handlungsdruck

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Transformation der Wasserwirtschaft

Wasserwirtschaft war immer einem Wandel ausgesetzt und musste sich

stets anpassen (Bevölkerungswachstum, Erschließung ländlicher Räume,

neue Umweltauflagen…) aber…..

Neue Fragestellungen angesichts der wachsenden Komplexität der

Problemlagen:

Reicht es langfristig aus, mit inkrementellen Anpassungen auf die

veränderten Herausforderungen zu reagieren?

Ist das alte zentralisierte „Infrastrukturmodell“ in der Wasserwirtschaft

noch überlebensfähig?

Welche Anpassungsstrategien sind unter den veränderten

Rahmenbedingungen notwendig?

Welche Merkmale weisen alternative Ver- und Entsorgungskonzepte auf:

dezentral, nachhaltig, flexibel, modular….?

Wie kommen diese Modelle aus den Nischen heraus und wie geht man

wachsenden Unsicherheiten um?

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Anpassungsbedarfe in der Energiewirtschaft

Ambitionierte energie- und klimapolitische Ziele nur erreichbar bei einem vollständigen Umbau des Energie- und Wirtschaftssystems

Stärkerer Fokus auf Energieeffizienz und Suffizienzstrategien

Sektorkopplung: Energiewende ist eine Wärme-/Kälte-Wende und Verkehrswende

Räumlich-/zeitliche Koordination des Ausbaus erneuerbarer Energien mit der Energieinfrastruktur

Wachsende Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnologie

Vorrang für transdisziplinäre Ansätze: Bürgerbeteiligung als zentrale Bedingung der Energiewende

Neue Rolle der Konsumenten als „Prosumer“

Alte Geschäftsmodelle geraten unter Druck: Neupositionierung der Energieversorger

Neue „smarte“ Lösungen auf kommunaler Ebene….

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Regionale Energie-, Wasser- und Ernährungswirtschaft

Der Nordwesten Niedersachsens als Energieregion: Vorreiter bei der Energiewende: massiver Ausbau der erneuerbaren Energien Konventionelle Energiewirtschaft nach wie vor von regionalwirtschaftlicher Bedeutung Negative Folgen des Ausbaus erneuerbarer Energien rücken verstärkt in den Vordergrund; zum Teil

schwindende Akzeptanz in der Bevölkerung Integration erneuerbarer Energien in das Energiesystem als eine neue Herausforderung

Der Nordwesten Niedersachsens als Wasserwirtschaftsregion Leistungsfähige Wasser- und Abwasserentsorgung Eng vermaschtes Netz zur Versorgung aller Teilregionen Steigender Wasserbedarf vor allem im industriellen Bereich Wachsende Nutzungskonkurrenz um Grundwasserressourcen

Nordwesten Niedersachsen als Zentrum der Land- und Ernährungswirtschaft

Intensive landwirtschaftliche Nutzung Hoch effiziente Ernährungsindustrie von internationaler Bedeutung Wachsender Druck auf die natürlichen Ressourcen Wasserverfügbarkeit als bedeutender Standortfaktor

Enge und vielfältige Verknüpfungen zwischen den Sektoren: Konflikte und Synergien.. Grundsätzliche Kooperationsbereitschaft in den Sektoren vorhanden…


Energie- Land- Wasser: Schwerpunkte der aktuellen Debatte

Der Ausbau erneuerbarer Energien und der Energieinfrastruktur veränderte das Landschaftsbild der Region (Energielandschaften) mit unmittelbaren Auswirkungen auf die Wasserwirtschaft

Verschärfung der Nutzungskonflikte im Untergrund

Der Vorrang für die Erdverkabelung beim Netzausbau kann negative Folgen für die Bodenqualität haben und damit indirekt einen Einfluss auf die Qualität des Grundwassers

Der Ausbau der Geothermie und der Einsatz von Fracking- Verfahren in der Erdgasförderung ist mit einer potenziellen Gefährdung der Grundwasservorkommen verbunden

Bioenergie: Anbau Energiepflanzen mit negativen Folgen für die Qualität des Grundwassers

Der Klimawandel begünstigt die Intrusion von Salzwasser in küstennahe Grundwasservorkommen

Durch den Klimawandel bedingt, wächst die Bewässerungsfläche in der Landwirtschaft

Wie lassen sich Smart City – Lösungen, energieeffiziente Quartiere, energetische Nachbarschaften etc. umsetzen, die auf integrativen Ansätzen unter Einbeziehung wasserwirtschaftlicher Ver- und Entsorgungskonzepte basieren?

Welchen Beitrag kann die Wasserwirtschaft zur Erreichung klimapolitischer Ziele leisten?

Können Unternehmen und Organisationen der Wasserwirtschaft eine aktive Rolle im Rahmen der Energiewende (Energieproduzent, Lastmanagement, Anbieter von Regelenergie…) übernehmen?

Ermöglichen Klimaanpassungsmaßnahmen neue, innovative Ansätze einer Kombination von Energie- und Wasserwirtschaft ?

Sind neue Ansätze zum Schutz kritischer Infrastrukturen erforderlich?

Welche Auswirkungen sind vom demographischen Wandel auf die Auslastung der regionalen Infrastruktursysteme zu erwarten?


Voraussetzungen für eine regionale Handlungsstrategie

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH „Climate change is water change“

United Nations Framework Convention on Climate Changes: 2 Grad Zielvorgaben erfordern langfristig einen vollständigen Umbau des Wirtschaftssystems und Transformationsanstrengungen in allen Sektoren, aber…

Der Wassersektor wird im Vertrag nicht explizit thematisiert!

Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung: „Auch im Bereich der Wasserversorgungs- und Wasserentsorgungswirtschaft bestehen noch Potenziale, die konsequent genutzt werden müssen, beispielsweise durch Effizienzmaßnahmen oder den Einsatz von Klärgas und anderen erneuerbaren Energieträgern bei der Abwasserbehandlung“

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Was sagt die Wasserwirtschaft zur Energiewende?

Verbände und Organisationen der Wasserwirtschaft (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.; Allianz der öffentlichen Wasserversorgung AöW, Wasserverbandstag etc.) positionieren sich zur Energiewende

Fokus auf die Fragen:

Welche Auswirkungen die verschiedenen Regelungen im Rahmen der Energiewende auf die Wasserwirtschaft haben?

Wie können bei der Festlegung von Maßnahmen zur Energiewende die Besonderheiten der Wasserwirtschaft besser berücksichtigt und genutzt werden?

Wie können wasserwirtschaftliche Anlagen energetisch optimiert werden?

Welche Rolle kann die Wasserwirtschaft als Anbieter von Speicherlösungen und Regelenergie spielen?

Die vorhandenen zentralen wasserwirtschaftlichen Strukturen werden nicht in Frage gestellt!


Rolle von Innovationen in der Wasserwirtschaft

Komplexe Herausforderungen verlangen nach neuen Lösungsansätzen

FuE und Innovationen als Schlüsselfaktoren, aber..

die Wasserwirtschaft ist generell eher „konservativ“ ausgerichtet; die Entwicklung des Sektors zeichnete sich bislang nur durch wenige radikale Innovationen aus

Zukünftige Innovationsschwerpunkte weniger im technisch-ingenieurwissenschaftlichen Bereich; der Fokus ist verstärkt auf systemtheoretische Ansätze und die Umsetzung von Innovationen im realen Kontext zu legen!

Innovationen in der Wasserwirtschaft als transdisziplinärer Prozess: aktive Einbindung von regionalen und lokalen Akteuren

Die Unternehmen der Wasserwirtschaft können und müssen in diesem Prozess eine zentrale Rolle spielen!

Öffentlich-rechtlich verfasste Unternehmen mit besonderem Auftrag: Konzentration auf langfristig bedeutsame gesellschaftliche Herausforderungen! (!Vorsorgende Leistungen in der Wasserversorgung!)


Nur wenige Aussagen zum Thema F&E und Innovationen in der Wasserwirtschaft, aber Water Science Alliance als neue Initiative!

Das Thema Innovation in der deutschen Wasserwirtschaft


Innovationsstrategien im Wassersektor: Internationale Beispiele

Unterschiedliche Problemlagen (Infrastrukturbedarf, Klimawandel, spezifischer Ordnungsrahmen)

Jeweils enge Kooperation von staatlichen und privaten Akteuren

In der Regel keine Beschränkung auf Wasserver- und Abwasserentsorgung

Industriepolitische Erwägungen (Verbesserung der Position auf dem Weltmarkt) mit entscheidender Faktor


Was behindert Innovationen im Rahmen des Energie- Wasser - Nexus?

Innovationsintensität wird begrenzt durch verfügbare unternehmerische Ressourcen, Informationen und Erfahrungen, Routinen …

Eine bislang fehlende oder nur unzureichende direkte Beteiligung von Unternehmen der Wasserwirtschaft an der Forschung erschwert die Integration von innovativen Praktiken in die Unternehmenskultur

Vorhandene Technologien und Infrastrukturen erscheinen kostengünstiger; fehlende Akzeptanz neuer Technologien

„Sunk investments“: gebundenes Kapital, aufgebaute Kompetenzen, Einbindung in Netzwerke erschweren einen Umstieg auf neue Technologien und Konzepte

Politik und Macht: Stellung marktbeherrschender Unternehmen, Aufsichtsbehörden, Branchenverbände etc. manifestieren das gegenwärtige System

Wasser- und energieverbrauchende Technologien auf der Nutzerseite sind in die bestehenden zentralen Versorgungssysteme integriert und erschweren einen Umstieg auf alternative Lösungen

Inkonsistenz und Zersplitterung von Politik- und Regulierungsansätzen sowie der Organisationsstrukturen in den Sektoren

Fehlende Vorstellungen über die Finanzierung der Transformation!

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Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Governance..

Notwendigkeit für eine stärkere Integration energie- und wasserwirtschaftlicher Strukturen auf regionaler Ebene Bereitschaft zur Kooperation auf beiden Seiten vorhanden:

OLEC Jahrestagung als Beispiel

Zahlreiche gemeinsame Forschungsprojekte und Initiativen

Zusammenarbeit bei der Erarbeitung von Masterplänen

…..

Aber… ermöglichen die Governance – Strukturen eine Transformation der Sektoren und kooperative Lösungen? Komplexe Zusammenhänge und Vielzahl der Akteure mit unterschiedlichen räumlichen und sachlichen Zuständigkeiten und Kompetenzenn

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Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Regionale Handlungsstrategie Weser- Ems

Regionale Handlungsstrategien verknüpfen landespolitische Zielsetzungen mit den sich aus den Stärken und Schwächen der Region ergebenden, strategisch wichtigen Handlungsfeldern und Entwicklungszielen

Fokus der Handlungsstrategie liegt auf Themenfeldern, die einen deutlichen regionalen Bezug aufweisen, und für die regionsspezifische Lösungen entwickelt werden können

Schlüsselbranchen der Region Weser- Ems: Bioökonomie Energiewirtschaft und Maritime Wirtschaft

Mangelnde Innovationsintensität als Herausforderung und regionale Wissensvernetzung als übergeordnetes Ziel

Explizite Bezug zur Wasserwirtschaft in der Handlungsstrategie: „Der positiven und dynamischen wirtschaftlichen Entwicklung in den Schwerpunktbranchen der Region, Bioökonomie, Energie und Maritimes, stehen auf der anderen Seite eine Vielzahl gravierender ökologischer Herausforderungen wie Flächenknappheit, Flächenkonkurrenzen, Nitratbelastungen des Grundwassers, Anforderungen des europäischen FFH-Gebietsschutzes und der Wasserrahmenrichtlinie gegenüber. Darüber hinaus ist die Region spezifischen Fragen des Küstenschutzes und des Hochwasserschutzes sowie steigender Anforderungen an die Wasserwirtschaft ausgesetzt.“


Einige Handlungsempfehlungen

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Was ist zu tun?

• Informationsaustausch: Voraussetzung für ein gemeinsames Problemverständnis; Einsicht in die jeweiligen Abhängigkeiten und die sektorspezifischen Kulturen

• Kooperation: Schaffung einer gemeinsamen Plattform, über die Synergien erfasst und identifiziert werden und über die Wissen und Erfahrungen ausgetauscht und neue Initiativen organisiert werden können

• Reform der gegenwärtigen Governance Strukturen: Einbindung aller relevanten Akteure, Identifizierung und Beseitigung regulativer Barrieren

• Entwicklung einer gemeinsamen Strategie für die Entwicklung der Sektoren unter Berücksichtigung ihrer Interdependenzen; Zusammenführung der verschiedenen Ideen in diesen Sektoren und Transfer zu den relevanten Akteuren

• Neue Instrumente zur Umsetzung gemeinsamer Initiativen: Modellierung; räumliche Planung; neue Finanzierungskonzepte; neue Geschäftsmodelle

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Verständigung über das Ziel einer nachhaltigen Infrastrukturentwicklung Nordwest 2050

Der Nordwesten als Wachstumsregion mit einem hohen

Investitionsbedarf in die Infrastrukturen

Erarbeitung eines „Masterplans Infrastruktur 2050“

Ergeben sich „windows of opportunity“ für die Umsetzung neuer

innovativer Infrastrukturlösungen?

Wo befinden sich relevante Interventionspunkte (Bsp. Neubaugebiete,

Konversionsflächen, konkrete Infrastrukturvorhaben….)?

Welche Anforderungen formuliert die Region an eine nachhaltige

Infrastruktur?

Wie gelingt es, bereits vorhandene innovative Ansätze aus ihren

Nischen herauszuholen?

Welche Akteure sind in den Prozess einzubinden?

Welche neuen Methoden können bei der Visions- Entwicklung zur

Anwendung kommen?

Kann von anderen Regionen und Ländern gelernt werden?

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Stephanie Hofschlaeger / pixelio.de

Biggs et.al.2014

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Wissensvernetzung und Cluster- Bildung

…Ziel, relevantes Wissen ggf. branchen-, cluster- und kompetenzfeldübergreifend zu erschließen – bei Bedarf auch zu generieren – regionsgerecht zu operationalisieren und interessierten regionalen Akteuren – insbesondere den KMU – zugänglich zu machen“

Aus: Wissensvernetzung in Weser-Ems 2020.Regionale Strategie zur intelligenten Spezialisierung

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Kluster: "was dicht und dick zusammensitzet“ (Grimm´sches Wörterbuch)

Räumliche Nähe fördert die wirtschaftliche Entwicklung sowie die Entstehung von Wissen und Innovationen und die räumliche Konzentration miteinander verbundener Unternehmen und Institutionen

Voraussetzungen für erfolgreiche Cluster_ Kritische Masse

Gemeinsames Verständnis über Herausforderungen und Strategien

Ausreichende technologische Basis

Ausreichende Kooperationsbeziehungen

http://wirtschaftslexikon.gabler.de/Definition/innovation.html


Fazit: Voraussetzungen für eine Innovationsstrategie der regionalen Energie- und Wasserwirtschaft

Gesellschaftliche Voraussetzungen Neue Herausforderungen für die regionale Energie- und Wasserwirtschaft

Bewusstsein für „Wasserprobleme“ wächst

Innovationsbedarf ist festgestellt

Voraussetzungen auf Seiten der Infrastrukturunternehmen FuE-Projekterfahrung und Förderprogrammerfahrung zum Teil vorhanden

Kompetenz für eine federführende Rolle ist vorhanden

In Wasserwirtschaft: Primär Bedarf an Forschungsergebnissen anstatt Gewinnerzielungsabsicht

Regionale Vernetzung teilweise vorhanden, aber entwicklungsfähig

Mögliche Organisationsstrukturen vorhanden (Energiecluster, Enera, Wasserverbandstag, Metropolregion)

Externe Voraussetzungen Politischer Stellenwert des Themas Energie- Wasser – Ernährung steigt

Neue Innovations- und Förderstrategien bieten Chance, das Thema zu entwickeln

Bisher noch Vakuum für Innovationsfeld Wasser in Weser-Ems und Niedersachsen, kein „Treiber“ erkennbar

Guter Zeitpunkt für Entwicklung regionaler Initiative und Rückhalt

Möglichkeiten öffentlicher Förderung


Lernen von anderen?!

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http://www.climatechangenews.com/2013/02/15/belgium-plans-to-store-energy-in-giant-north-sea-doughnut/

http://www.windpowermonthly.com/article/1403509/windtech-offshore-wind-looks-island-hubs

http://www.energisingdeltas.com/downloads/

http://www.urbangardensweb.com/2016/08/09/floating-dairy-farm/

Lernen von anderen?! Einige niederländische Initiativen

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Kontakt

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Prof. apl. Dr. Ulrich Scheele [email protected]

Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH (ARSU) Escherweg 1 D-26121 Oldenburg t: +49 (0)441 97174 – 72 f: +49 (0)441 97174 - 73 m: [email protected] w: arsu.de

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