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Schadstoffausbreitung in der Atmosphaere: Anwendung der Laseroptik

Problemfeld: Anwendung der Laseroptik im GKSS-Forschungszentrum bilden Fernmessverfahren zur Bestimmung von Luftverunreinigungen. Aufgabenstellung: Zwei Aufbauten sind gegenwaertig im Einsatz. Einer ist fuer die Bestimmung von SO2 und Stickstoffoxid ausgelegt, der andere gestaltet die Fernmessung von Chlorkohlenwasserstoff. Sie dienen zum einen zur Ueberwachung des Luftraums Hamburgs, zum anderen zur Messung von Abgasfahnen von Verbrennungsschiffen.

Verminderung geruchsintensiver und alkoholhaltiger Abgasemissionen aus der Herstellung von Keramikformen einer Feingiesserei durch Biofilter

Bei der Herstellung keramischer Formen werden beim Tauchen der Modelle zur Aushaertung alkoholhaltige Bindemittel eingesetzt, die im Verlauf des Haerteprozesses verdampfen. Die dabei entstehende Abluft enthaelt Ethanolkonzentrationen. Weitere organische Abgasbestandteile fuehren zur Geruchsbelastung. In einem Biofilter, der als Etagenfilter in Modulbauweise 166 m3= 3000 m3 Luft/h dividiert durch 180 m3 Filtermaterial errichtet und fuer eine spezifische Belastung von m3 Abgas pro Stunde und m3 Filtervolumen ausgelegt wird, sollen 30.000 m3 Abluft pro Stunde gereinigt werden. Das Filtermaterial besteht aus einem biologisch aktivem Kompost-Gemisch.

Schmelzreaktor zur Aufarbeitung industrieller Reststoffe mit niedrigem Zinkgehalt

In einer Zinksekundaerhuette werden in einem neu entwickelten Schmelzreaktor zinkarme Reststoffe, vorwiegend aus der Zinkmetallurgie, mit Zinkgehalten kleiner 15 Prozent direkt aufgearbeitet. Fluechtige Metalle, hauptsaechlich Zink und Blei werden hierbei in einem oxidischen Filterstaub stark angereichert und die restlichen Bestandteile zu einer als Baustoff verwendbaren Schlacke verschmolzen. Damit wird erstmals ein grosstechnisches, wirtschaftlich arbeitendes Aufarbeitungsverfahren fuer metallarme Vorstoffe fuer die Verhuettung von Nichteisenmetallen geschaffen. Der Schmelzreaktor besteht aus einer wassergekuehlten, zylindrischen Brennkammer mit vertikaler Achse. Er ist durch ein Uebergangsstueck mit dem Schlackenabsetzherd verbunden. Hohe Temperaturen der Schmelze und das bei der unterstoechiometrischen Verbrennung des eingetragenen Kohlenstoffs gebildete CO bewirken, dass das in der Beschickung befindliche Zink als Zinkdampf in die Gasphase uebergeht. Der Zinkdampf wird mit dem Abgasstrom aus dem Reaktor ausgetragen und gelangt nach dem Absetzherd in die Nachverbrennungskammer. Durch Zugabe einer definierten Luftmenge verbrennen Zinkdampf und CO vollstaendig zu Zinkoxid und Kohlendioxid. Die staubhaltigen Abgase (Oxidanfall ca. 6.000 t/a) des Schmelzreaktors werden mittels Gewebefilter entstaubt. Das abgeschiedene Oxid wird fuer den weiteren Transport abgefuellt. Rd. 3.000 t/a Mischoxid werden direkt in die Muffeloefen der Zinksekundaerhuette eingetragen.

Transformation von partikelförmigen Kraftfahrzeugemissionen und deren Vorläufern im Nahfeld der Quelle

Es soll die Verdünnung des Abgases von Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr und besonders die dabei erfolgende Transformation der Aerosolpartikel unter atmosphärischen Bedingungen untersucht werden. Um dieses Ziel zu realisieren, wird ein Kofferanhänger mit den notwendigen Messgeräten ausgestattet und von den zu untersuchenden Fahrzeugen gezogen. Der Aerosoleinlass an diesem Anhänger wird variabel angebracht sein, um Messungen in verschiedenen Abständen vom Auspuffrohr zu ermöglichen. Ziel ist es, gemessene Unterschiede zwischen Immissions- und Emissionsmessungen zu quantifizieren und damit beobachtete Differenzen zwischen Messungen am Motorprüfstand und solchen an einem Standort an der Straße soweit wie möglich zu erklären. Weiterhin soll der Einfluss der äußeren Bedingungen, wie meteorologische Parameter (Temperatur, relative Feuchte, etc.) und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges quantifiziert werden. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei auch die Charakterisierung der Mischungs- und Verdünnungsprozesse zwischen Auspuff und Probennahme. Diese soll mit zeitlich hochaufgelösten Messungen von Temperatur, Geschwindigkeit und Feuchte der Luft realisiert werden. Zusätzlich zu diesen experimentellen Arbeiten soll, wenn sinnvoll, im weiteren Verlauf des Projektes die Transformation der Partikel mit einem Modell simuliert werden.

Auswertung vorhandenen Datenmaterials ueber Art und Umfang bestimmter Abgasemissionen und ueber Geraeuschemissionen von Kraftfahrzeugen

Auswertung vorhandenen Datenmaterials ueber Art und Umfang der Abgas- und Geraeuschemissionen von Kraftfahrzeugen. Bei der Genehmigung von Kraftfahrzeugtypen fallen Daten ueber Art und Umfang bestimmter Abgasemissionen und Geraeuschemissionen von Kraftfahrzeugen an, wobei die Daten ueber die Abgasbestandteile und Geraeuschwerte auf Datentraeger uebernommen werden und fuer eine Auswertung zur Verfuegung stehen. Die Auswertung und Aufbereitung vorhandenen Datenmaterials erfolgt mit Ruecksicht auf die zur Verfuegung stehenden Mittel nur in begrenztem Rahmen.

Charakterisierung von Schiffsemissionen und ihr Eintrag ins Meer

PlumeBaSe beschäftigt sich mit der detaillierten Analyse der Zusammensetzung organischer Aerosole, freigesetzt während der Verbrennung fossiler Treibstoffe durch Schiffe, und deren weiterem Weg in der marinen Umwelt. Durch die hochaufgelöste Beprobung der Aerosole und ihrer Transformationsprodukte vom Schiffsschornstein bis in die Ostsee wird eine Brücke zwischen Atmosphären- und Meeresforschung geschlagen. Der zunehmende globale Warentransport auf dem Wasserweg erhöht den Druck auf marine Ökosysteme. Große Schiffe emittieren, zusätzlich zu gasförmigen Schadstoffen, große Mengen an Partikeln reich an Spurenmetallen und organischen Schadstoffen zunächst in die Atmosphäre von wo aus die Schadstoffe ins Meer gelangen. Negative Auswirkungen saurer Oxide und organischer Schadstoffe sind bekannt, weniger hingegen wurde bisher die Deposition der Schiffsaerosole und deren Beitrag zur Meeresverschmutzung untersucht. Besonders lückenhaft ist das Verständnis für die Alterungsprozesse während des atmosphärischen Transports sowie in der Wassersäule, beispielweise durch UV-Strahlung oder reaktive Sauerstoffspezies, obwohl die Transformationsprodukte sehr unterschiedliche Auswirkungen auf Biota haben und die Molekülstruktur den weiteren Weg in der Umwelt maßgeblich beeinflussen können.Um diese Wissenslücken zu schließen, soll in PlumeBaSe durch eine vielschichtige Umweltbeprobung eine neuartige, umfassende Erhebung des Emissionstransports und der Aerosolalterung erreicht werden. Die Projektpartner des Leibniz Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), der Universität Rostock (UR) und der Karls-Universität Prag (CU) befassen sich mit den folgenden zentralen Hypothesen: (H1) Schiffsemissionen tragen signifikant zur Verschmutzung des Oberflächenwassers bei, der Eintrag ist besonders hoch entlang der Hauptschifffahrtsrouten. (H2) Während des atmosphärischen und marinen Transports ändern sich die physikalischen (Partikelgrößenverteilung) und chemischen (molekulare Profile) Eigenschaften der emittierten Aerosole, was ihren weiteren Weg in der Umwelt beeinflusst. (H3) Die Veränderungen auf molekularer Ebene können verfolgt und genutzt werden um Schadstoffeinträge über die Atmosphäre von den über Nassabscheider eingebrachte Verschmutzungen zu unterscheiden.Diese angestrebten Zielsetzungen werden in drei Arbeitspaketen adressiert via I. Zeitlich und räumlich hochaufgelöster Analyse von Partikelgrößenverteilungen direkt in den Abgasfahnen der Schiffe unter Nutzung eines unbemannten Luftschiffes, kombiniert mit hochsensitiven gerichteten und ungerichteten chemischen Analysen der II. atmosphärischen Schadstoffe in Partikeln unterschiedlicher Größe, sowie der III. Schadstoffe im Meerwasser. Die Ostsee stellt durch die hohe Schiffsverkehrsdichte, gute Erreichbarkeit und Regulation der Schiffsemissionen ein ideales Untersuchungsgebiet dar, welches sich auch als Modellsystem für die Beeinflussung küstennaher Ozeane durch Schiffsverkehr weltweit eignet.

Effizienzsteigerung biologischer Abluftbehandlungsverfahren durch Kombination mit alternativen Verfahren zur Abluftreinigung von biologischen Abfallbehandlungsanlagen sowie mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen

Abluftemissionen von biologischen Abfallbehandlungsanlagen zum Zweck der Komposterzeugung werden über die TA Luft geregelt. Dabei hat sich die Kombination aus Wäscher und Biofilter zur Abluftbehandlung mit dem Ziel der Staubabscheidung und Geruchsminderung weitgehend bewährt. Hauptsächliches Augenmerk liegt dabei auf der Begrenzung von Geruchsemissionen. Neben Anforderungen an die Begrenzung von geruchsintensiven Stoffen wird die effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 nach Nr. 3.1.7 TA Luft zur Einhaltung der festgeschriebenen Grenzwerte gefordert. Bei der mechanisch-biologischen Behandlung von Siedlungsabfällen hat sich in Untersuchungen und Praxiserfahrungen der letzten Jahre gezeigt, dass der Biofilter nicht ausreicht, um die Abluft zu reinigen und die Anforderungen der TA Luft an eine effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 zu erfüllen. Mit in Kraft treten der 30. BImSchV sind für mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsanlagen weitergehende bzw. alternative Abluftreinigungsverfahren notwendig, so dass sich ein neuer Stand der Technik auf dem Gebiet der Abluftreinigung abzeichnen wird. Untersucht werden alternative Abluftreinigungsverfahren zur Behandlung der Emissionen von biologischen Abfallbehandlungsverfahren sowie mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsverfahren. Das Projekt wird in Kooperation mit einem Industriepartner durchgeführt. Neben der Bilanzierung der quantitativen Emissionen sollen deren potenzielle Umweltauswirkungen auf Basis einer ökobilanziellen Abschätzung ermittelt werden, um die unterschiedlichen Systeme miteinander vergleichen zu können.

Katalytisch aktive Baustoffe zum Abbau von Schadstoffen in städtischen Atmosphären

Mehr als 90 Prozent der anthropogen emittierten Stickstoffoxide entstehen als Nebenprodukte von Verbrennungsvorgängen. Verursacher sind Kfz-Motoren, Feuerungsanlagen der Kraftwerke, Industriebetriebe und Hausheizungen. Der Verkehr ist die Emittentengruppe mit den höchsten Anteilen an Stickstoffoxiden (NOX). Trotz der in den vergangenen Jahren verstärkten Anstrengungen, die NOX-Emissionen zu reduzieren (Kfz-Katalysatoren, Rauchgasentstickungsanlagen) führen hohe Verkehrsdichten in Ballungsräumen und oftmalige Inversionswetterlagen zu erheblichen NOX-Belastungen. So kommt es, dass in Innenstadtbereichen trotz der erwähnten Emissionsminderungsmaßnahmen, aufgrund des ständig steigenden Verkehrsaufkommens, Grenz- bzw. Richtwerte überschritten werden. Ein neues Verfahren zur Minimierung der Immissionen basiert darauf, vorhandene Gebäudeoberflächen (z. B. Dächer, Häuserfassaden, Verglasungen) zur Reduktion von Stickoxiden in städtischen Atmosphären zu nutzen. Hierzu sollen die katalytischen bzw. photokatalytischen Eigenschaften bestimmter Substanzen gezielt baulich eingesetzt werden. Der katalytische Abbau von NOX in Rauchgasentstickungsanlagen ist ein umfangreich erforschtes Gebiet der technischen Chemie. Erst oberhalb Temperaturen von 250 - 400 Grad C erreichen die Katalysatoren Umsatzgeschwindigkeiten, die für die technische Nutzung brauchbar sind. In Großstädten stehen ausgedehnte Gebäudeflächen zur Verfügung. Würde ein Teil dieser Flächen aus katalytisch aktiver Bausubstanz bestehen, so wären hier auch langsame, auf niedrigem Temperaturniveau (Sommeraußentemperatur) stattfindende katalytische Reaktionen interessant, da die großen Flächen den Nachteil geringer Umsätze kompensieren würden. Diese neue Gruppe von funktionellen Baustoffen für den passiven katalytischen Schadstoffabbau werden als p-Baustoffe (Protective Integrated Building Materials) bezeichnet. Erste Voruntersuchungen mit beschichteten Dachsteinen waren erfolgreich.

Modellhafter Einsatz von 'gasbetriebenen Fahrzeugen'

Verminderung von schwermetallhaltigen Emissionen durch Gewebefilter der Herstellung von Leuchtstoffen. Der bei der Herstellung von Leuchtstoffen entstehende Abgasstrom, der Antimonverbindungen, anorganische Chlor- und Fluorsalze, Salzsaeure und Ammoniak enthaelt, wird ueber Materialabscheider zur Staubrueckgewinnung durch Abgassammelleitungen erfasst und zur Staubentfernung in Materialabscheider geleitet. Bedingt durch die verschiedenartige chemische Belastung der Abgase sowie durch die Tatsache, dass die Antimonverbindungen aufgrund ihrer hohen Fluechtigkeit durch das Filter sublimieren, ist eine Chemisorption vorgesehen. Als Additiv soll Calciumhydroxid eingesetzt werden. In einer zentralen Gewebefilteranlage werden die schwermetallhaltigen Abgase auf einen Reststaubgehalt von max. 2 mg/m3 gereinigt. Das Abgasreinigungskonzept fuehrt gleichzeitig zu einer Verminderung der Abluftmenge um mehr als 50 Prozent. Ausserdem werden Staubmessgeraete mit optischer und akustischer Alarmgabe eingebaut.

Hochaufgelöste Satellitenbilder von XCO2 und XCH4, Teilprojekt 1: Observationen

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