CO₂-Simulationstool — IGA 2027
Technische Projektleitung · 3-Hochschulen-Kooperation · gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Eckdaten
Umfang
Dateien
Services
Apps
Herausforderung
Welche Kombination aus Verkehrs-Modal-Split, Unterkunftskategorie, Verpflegungskonzept und Abfallmanagement minimiert die CO₂-Bilanz einer Gartenausstellung mit 2,6 Mio. erwarteten Besuchenden? Bisherige Bilanzierungs-Tools waren zu generisch — gefragt war eine domänenspezifische Engine für Großveranstaltungen.
Lösung
Modulares Simulationstool mit getrennten Services pro Handlungsfeld. Mobilität, Unterkunft, Abfall und Giveaways berechnen ihre Teilbilanz, das BerechnungsErgebnisService aggregiert. Verteilungen werden randomisiert (Dreiecksverteilung mit pessimistisch/wahrscheinlich/optimistisch) und auf 100 % normiert — das erlaubt belastbare Szenarienvergleiche statt einer einzelnen Punktschätzung.
Ergebnis
Die Studie zeigt ein Reduktionspotenzial von ≈ einem Drittel: durchschnittlich 3,2 kg → 2,4 kg CO₂ pro Besuchende:r durch handlungsübergreifende Maßnahmen. Hochgerechnet auf 2,6 Mio. Besuchende wirkt das signifikant. Mobilität (Modal-Split, ÖPNV-Ausbau) liefert den größten Hebel, gefolgt von Abfallmanagement (Mehrweg ohne Pfandautomat) und Verpflegung (vegan ≈ 50 % weniger CO₂ als fleischbetont).
Über das Projekt
Hintergrund
Domänenspezifisches Simulationstool zur CO₂- und Wasser-Bilanzierung der Internationalen Gartenausstellung 2027 im Ruhrgebiet (≈ 2,6 Mio. erwartete Besuchende). Das Tool rechnet Szenarien über sechs Handlungsfelder (Mobilität, Unterkunft, Verpflegung, Abfall, Beschaffung, Kommunikation) und identifiziert handlungsübergreifende Reduktionspfade. Entwickelt als Drei-Hochschulen-Kooperation (Westfälische Hochschule, Hochschule Bochum, FH Dortmund) im Rahmen des DBU-geförderten Forschungsprojekts „Nachhaltige IGA 2027".
Stack
Technologien
Highlights
Kernfunktionen
Kernergebnis
Ein Drittel weniger CO₂ pro Besuchende:r
−25 % · pro Besuchende:r
Einsparpotenzial durch handlungsübergreifende Maßnahmen, aggregiert aus den drei Schwerpunktfeldern Abfall, Mobilität und Beschaffung. Hochgerechnet auf 2,6 Mio. erwartete Besuchende ergibt das eine massive Klimawirkung.
Sechs Handlungsfelder
Was das Tool bilanziert
Die Simulation rechnet quer durch sechs Themenfelder. Drei davon (Mobilität, Abfall, Beschaffung) tragen den Großteil des Reduktionspotenzials.
Ressourcen- & Klimaschutz
7,6 vs. 21
kg CO₂ — Bio-Hotel vs. 4★
Übergeordnetes Handlungsfeld zu Klima- und Ressourcenschutz. Übernachtungen, Verpflegung, Wasser, Strom/Heizung und Biodiversität werden bilanziert. Schon kleine Verschiebungen bei der Unterkunftskategorie wirken massiv.
- ▸Bio-Hotels: 7,6 kg CO₂e pro Übernachtung — 4★-Hotels: 21 kg
- ▸Vegane Mahlzeit: 3,4 kg vs. fleischbetont 6,4 kg (≈ 50 % Reduktion)
- ▸Heizen: −6 % Emissionen pro Grad Temperaturreduktion
Kreislaufwirtschaft & Nachnutzung
Mehrweg
beste CO₂-Bilanz im Vergleich
Szenarioanalyse zu To-Go-Verpackungen: konventionelles Einweg, biobasiertes Einweg sowie Mehrweg mit und ohne Pfandautomat. Mehrweg ohne Pfandautomat schneidet im CO₂-Vergleich am besten ab.
- ▸Biobasiertes Einweg schlägt fossile Kunststoffe in CO₂, kostet aber doppelt so viel
- ▸Mehrweg ohne Pfandautomat: niedrigste Emissionen — Pfandautomaten benötigen zusätzlichen Strom
- ▸Empfehlung: Rücknahmesysteme + Nachnutzungs-/Rückbaukonzept in Ausschreibungen verankern
Nachhaltige Mobilität
2,6 Mio.
prognostizierte Besuchende
Modal-Split-Szenarioanalyse über sechs Standort-Szenario-Kombinationen (Dortmund, Duisburg, Gelsenkirchen × Szenario 1 nachhaltig / Szenario 2 autozentriert). Mobilität ist die mit Abstand größte Emissionsquelle.
- ▸Größter Verursacher: benzinbetriebene Fahrzeuge, gefolgt von Diesel
- ▸Nahverkehrs-Emissionen verschwindend gering im Vergleich zum MIV
- ▸Hebel: Kombi-Tickets, ÖPNV-Taktung, E-Fahrzeug-Privilegien, Fahrgemeinschaften
Nachhaltige Beschaffung
Lieferketten
als zentraler Stellhebel
Bessere Prognosen zur Besuchendenzahl ermöglichen treffsichere Beschaffung — weniger Überproduktion, weniger Verschwendung. Nachhaltigkeitskriterien werden in Ausschreibungen integriert.
- ▸Nachfrageprognose verbessert Mengenplanung und reduziert Verschwendung
- ▸Vergabe an Lieferanten mit zertifizierten Umweltstandards
- ▸Regionale und saisonale Beschaffung als Standard
Bildung für Nachhaltige Entwicklung
Reallabor
BNE im Lernort Gartenschau
Die IGA fungiert als Reallabor: Wissensvermittlung über Nachhaltigkeit erlebnisorientiert, als Experimentierfeld und über Kooperationen mit Hochschulen. Bildungsangebote werden in vier Ebenen strukturiert.
- ▸Gestaltungsrahmen → Rahmenkonzept → Teilkonzepte → konkrete Bildungsangebote
- ▸Grünes Klassenzimmer, Erwachsenenbildung, Hochschul-Kooperationen
- ▸Lernen mit Spaß, statt klassischer Frontalvermittlung
Kommunikation & Partizipation
Toolbox
zielgruppenspezifische Formate
Akteursanalyse mit Steckbriefen und Leitfäden ermöglicht passgenaue Kommunikations- und Beteiligungsformate für Aussteller, Bildungsträger, Gastronomie, Anwohner und Mobilitäts-Dienstleister.
- ▸Inhaltliche Ebene: Was kommunizieren wir? (Checklisten, CO₂-Vergleiche, Handlungsfelder)
- ▸Prozessuale Ebene: Wie verbreitet sich Wissen? (Soziales Lernen, Wissenstransfer)
- ▸Methoden: Bewährte Beteiligungsformate + interaktive Tools auf Augenhöhe
Architektur
Wie es gebaut ist
- Spring Boot 3.2.5 + Java 17 als REST-Backend
- JavaFX 17 als Desktop-Frontend (programmatisch, ohne FXML)
- MongoDB als Persistenzschicht für Szenarien & Berechnungsergebnisse
- Apache Commons Math 3 — Dreiecksverteilung für Besucherzahl-Szenarien
- CI/CD via Jenkins, Quality-Gates über SonarQube
- Docker Compose für reproduzierbares lokales Setup
- MapStruct & ModelMapper für DTO-Mapping, Lombok für Boilerplate
Code
Auszüge aus der Engine
Modal-Split-Randomisierung mit Clamping
javaZufalls-Delta von ±2 % pro Verkehrsart, anschließend auf [0; 100] geclampt und auf Summe 100 % normiert. Quelle: MobilitaetService.java in der zentralen Berechnungs-Engine.
private double pickRandomDelta(double currentValue, Random rand) {
double delta = -2 + rand.nextDouble() * 4;
if (currentValue + delta < 0) delta = -currentValue;
if (currentValue + delta > 100) delta = 100 - currentValue;
return delta;
}
public void randomizeMobilitaetVerteilung(String stadt) {
// MIV, Rad, Fuß, ÖPNV: jede Anteilszahl bekommt ein Delta,
// anschließend wird auf exakt 100 % normiert.
double factor = 100.0 / sum;
newMIV = newMIV * factor;
newRad = newRad * factor;
newFuss = newFuss * factor;
newOPNV = newOPNV * factor;
}Aggregation aller Sub-Domänen
javaDas BerechnungsErgebnisService orchestriert die Teilergebnisse aus Mobilität, Unterkunft, GiveAways und Abfall zu einem konsolidierten Gesamt-CO₂ und Wasserverbrauch.
public BerechnungsErgebnis speichern(BerechnungsErgebnis ergebnis) {
Map<String, Object> abfallDetails = abfallService.getAbfallDetails(
ergebnis.getArt(),
ergebnis.getDurchschnittlicheBesucherzahl()
);
ergebnis.setAbfallVerteilungen(
(Map<String, Double>) abfallDetails.get("verteilungen"));
ergebnis.setAbfallCo2Kategorien(
(Map<String, Double>) abfallDetails.get("co2_kategorien"));
double gesamt =
ergebnis.getGesamtCO2Mobilitaet() +
ergebnis.getGesamtCO2Unterkunft() +
ergebnis.getGesamtCO2GiveAways() +
abfallService.summe(abfallDetails);
ergebnis.setGesamtCO2(gesamt);
return repo.save(ergebnis);
}Konsortium
Partner & Förderung
Westfälische Hochschule
Forschungspartner · Mohammad Alboush (Technische Projektleitung)
Hochschule Bochum
Forschungspartner
FH Dortmund
Forschungspartner
Hochschulallianz Ruhr
Konsortialträger
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Förderer
Originaldokumente
Publizierte Studien
Hochgeladen in einen öffentlichen Supabase-Storage-Bucket — keine Schlüssel im Frontend, keine PDFs im Git-Repo.