Heatcycle

Einleitung

Das Ziel der Lehrveranstaltung “Mobiletechnologien”, welches Bestandteil des vierten Semesters im Studiengang IoT oder Digital Product Design and Development ist, ist die Entwicklung eines Anwenderproduktes. Das Thema wird durch die kooperierende Firma, in unserem Fall dem KI-P, vorgegeben. Es lautet Klimaneutralität durch IoT.

Zunächst gab es ein kurzes Treffen und Kennenlernen mit unseren Betreuern Timo Grimm und Fabian Maier vom KI-P, bei dem wir die Fragestellung klarer definieren konnten und bereits bestehende IoT-Lösungen auf dem Firmengelände vorgestellt bekamen.

Über den weiteren Verlauf des Projektes wurden wir von unserem Professor Markus Weinberger begleitet.

Double Diamond

Um das Produkt zu entwickeln wurde die Methode des Double Diamond angewandt. Dabei wird zunächst der Problemraum
geöffnet. Das bedeutet, es wird nach bestehenden Problemen im Themenbereich, hier Klimaneutralität, recherchiert und gebrainstormed. Die dabei entdeckten Ideen werden in der zweiten Phase des Double Diamond genauer recherchiert und immer feiner definiert. Dazu sind viel Recherche und Interviews nötig. Zum Abschluss des Problemraums wird ein konkretes Problem festgehalten. Dies haben wir mit Hilfe der Question Zero gemacht. Zu diesem Zeitpunkt steht ausschließlich die Problemstellung fest. Im nächsten Schritt wird dann der Lösungsraum geöffnet. Zunächst wird wieder recherchiert, um
viele unterschiedliche Lösungsansätze zu entwickeln. Schließlich wird auch hier der Lösungsraum verdichtet, bis man letztendlich die fertige Lösung, also das fertige Konzept oder Produkt erhält.

Recherche, öffnen des Problemraums

Zunächst wurde sich über die Möglichkeiten informiert, mit denen Städte ihre Klimafreundlichkeit steigern können. Zu den Bereichen zählen Smart Grids,

Intelligente Beleuchtung,

Intelligente Verkehrssysteme,

Überwachung der Luftqualität,

Gebäudeautomatisierung und

Kreislaufwirtschaft

Jeder Themenbereich wurde einzeln recherchiert und kurz zusammengefasst. Um einen guten Überblick darüber, wie IoT eingesetzt werden kann, um eine Klimafreundlichere Stadt zu errichten ist auch in der Abbildung zu sehen.

Zuständigkeitsbereiche einer Gemeinde

Da die Stadt oder Gemeinde an unserer Lösung aktiv teilhaben sollte, wurden außerdem die Zuständigkeitsbereiche einer Gemeinde recherchiert und mit den bisher recherchierten Themenbereichen verbunden. Das wurde gemacht, um einen
Zusammenhang zwischen Problemansätzen und Gemeindeaufgaben zu schaffen. Außerdem wurden weitere Problembereiche mit aufgenommen. Die dabei entstandenen Ergebnisse sind in der Abbildung zu sehen.

Durch was werden die meisten Emissionen in Deutschland produziert?

Um unseren Problemraum einzugrenzen wurde dann recherchiert mit welchem Problembereich die größte Veränderung hervorgerufen werden kann, um Kommunen effektiv dabei zu unterstützen ihr Klimaziel zu erreichen. Eine Übersicht darüber bietet das Diagramm in der Abbildung.

Hier ist deutlich erkennbar, dass die Emissionen im zeitlichen Verlauf zwischen 1990 und 2020 bereits erheblich gesunken sind. Es gab außerdem kaum eine umverteilung in den Sektoren, welche Emissionen erzeugen. Die Top 4 missionserzeugenden Sektoren sind.

Problemraum schließen

drei Themenbereiche auswählen und spezifische Recherche durchführen

Nachdem wir die größten Emissionstreiber und allgemeinen Problembereiche in Gemeinden untersucht haben, haben wir uns auf drei spezifische Problembereiche festgelegt. Dabei haben wir uns an den Emissionstreibern, der allgemeinen Relevanz und unserem persönlichen Interesse für die Themen orientiert. Die ausgewählten Themenbereiche sind:

Verkehr
Süßwassergewinnung
und Müllentsorgung.

Anschließend haben wir zusätzliche Recherche zu diesen Themenbereichen durchgeführt. Dabei haben wir uns bei der Müllentsorgung vor allem auf den Biomüll bzw. Kompost konzentriert.

Süßwassergewinnung und -einsparung

Bei der Recherche zur Süßwassergewinnung haben wir festgestellt, dass Regenwasser eine hauptsächliche Quelle für Süßwasser sein sollte. Süßwasser ist eine wichtige, aber knappe Ressource. Satellitenbilder des Global Institute for Water Security in Kanada zeigen, dass Deutschland in den letzten 20 Jahren eine Menge Süßwasser verloren hat, vergleichbar mit dem Volumen des Bodensees, aufgrund des Klimawandels (Quelle: https://www.zdf.de/nachrichten/panorama/klima-wasser-knappheit-deutschland-100.html).

Daher ist es wichtig, Süßwasser auch hier zu sparen. Unsere Recherche konzentrierte sich auf Anwendungen, die den unnötigen Süßwasserbedarf aus dem Grundwasser durch den Einsatz von Regenwasserfängern ersetzen könnten. Dabei haben wir Anwendungen für öffentliche Parks und Gärten sowie die Einspeisung in die Trinkwasserversorgung identifiziert.

Besonders inspirierend fanden wir ein Konzept, das im Rahmen eines Designwettbewerbs im Silicon Valley entwickelt wurde, entworfen von Nuru Karim.

MVP und Fokus auf Abholung und Ablieferung des Mülls

Um eine klare Vorstellung von den gewünschten Funktionen unseres Produkts zu bekommen, haben wir die Methode des Minimal Viable Product (MVP) angewandt. Dabei lag der Schwerpunkt hauptsächlich auf der Abholung und Ablieferung des Mülls.

Müllentsorgung und Kompost: Kreislaufwirtschaft und ungenutztes Potenzial

Bei unserer Recherche hat uns insbesondere die Problematik der Müllentsorgung, Müllverwertung sowie des Biomülls und Komposts interessiert. Um nachhaltig zu leben, ist es wichtig, eine Kreislaufwirtschaft zu schaffen, bei der möglichst wenige Verluste entstehen.

Bisher wird Biomüll und Grünschnitt über die Biotonne und Wertstoffhöfe entsorgt, ohne dass sie weiter genutzt werden. Uns stört daran, dass diese Güter sinnvoller eingesetzt werden könnten. Zum Beispiel haben wir entdeckt, dass Grünabfälle bei der Zersetzung durch Bakterien Wärme erzeugen. Diese Wärme geht bisher einfach verloren, ohne dass sie genutzt wird.

Unser Produkt: Heatcycle

Aus der ursprünglichen Idee der KombiBox haben wir nach weiterer Recherche unsere endgültige Produktidee abgeleitet: Heatcycle.

Unsere Recherchen haben ergeben, dass die Bakterien und Mikroorganismen im Kompost eine Temperatur von über 40 °C benötigen. Durch die Erwärmung des Wassers wird dem Kompost zu viel Energie entzogen. Um dieses Problem zu lösen, haben wir eine innovative Lösung entwickelt. Anstatt Wasserrohre zu verwenden, wird in der Mitte des Komposts eine mit Luft gefüllte Wärmeröhre platziert. Die aufsteigende Wärme in dieser Röhre wird dann über einen Wärmetauscher an das Wasser abgegeben.

Durch dieses System kann die Abwärme des Komposts genutzt werden, ohne dass der Kompost aktiv gekühlt werden muss.

Die geplanten Dimensionen von Heatcycle sind in der Tabelle und den Abbildungen ersichtlich.