Das Projekt "Biogene Opalisotope - neue Proxies zur Untersuchung vergangener Nährstoffkreisläufe und hydrographischer Strukturen im Südpazifik in Beziehung zu der Entwicklung des Klimas und der antarktischen Kryosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Fachbereich Geowissenschaften durchgeführt. Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.
Das Projekt "Vorhaben: Optimierung von Entschweflungsanlagen (Nasswäschern) hinsichtlich des Abscheidegrades von Partikelemissionen im maritimen Einsatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SAACKE GmbH durchgeführt. Das Ziel des Projektes umfasst die Reduktion schiffsbasierter Emissionen durch eine optimierte und erweiterte Abgasreinigung zum Schutz der atmosphärischen und maritimen Umwelt. Der Fokus liegt auf der Emission feiner Partikel, die kleiner als 2,5 Mikrometer messen (PM2,5). Des Weiteren soll die Belastung durch Schadstoffe aufgrund unvollständiger Kraftstoffverbrennung untersucht werden. Mit Inkrafttreten der neuen Regularien der IMO (Schwefelgehalt im Kraftstoff kleiner als 0,5 % oder Einsatz eines Abgasreinigungssystems) ist eine Änderung in der Emissionszusammensetzung zu erwarten. Bei der Anwendung eines Abgasreinigungssystems (Gaswäsche) sind besonders die äußerst kleinen Partikel problematisch, die durch diese kaum reduziert werden. Neben den Aerosolen untersteht auch das Waschwasser diesbezüglich nur geringer Reglementierung, sodass schadstoffbeladene Partikel in die Meeresumwelt gelangen können. Unter Einsatz eines Abgaswäschers mit nachgeschaltetem Partikelfilter und Waschwasseraufbereitung, zusätzlich hochsensitiver Prozess- und Emissionsmesstechnik und Simulationen streben wir innerhalb von 3 Jahren Projektlaufzeit eine Optimierung der einzelnen Prozessteilschritte an, die sich in einer Gesamtreduktion der Emissionen wie folgt niederschlägt: - Eine höchst effiziente Abscheidung von 90 % sowohl der Gesamtpartikelmasse als auch der Partikelfraktion 2,5 - 0,1 Mikrometer - Reduktion der Anzahl von Kleinstpartikeln (1,0 - 0,1 Mikrometer ) um 90 % - Einhaltung der Umweltqualitätsnormen im Bereich Wasserpolitik (2008/105/EG) - Trübungswert des Waschwassers kleiner als 25 NTU Am Markt befindliche Scrubbersysteme werden ausschließlich hinsichtlich vorgegebener Schwefelemissionsgrenzwerte optimiert. Angestrebt wird bei SAACKE eine auf den Zweck einer Partikelabscheidung gezielte Auslegung und Optimierung einer Scrubberanlage im Technikumsmaßstab als Partikelvorfilter inkl. Simulationen. Ziel ist eine Abscheiderate von 90 % bei einem Grenzkorn von 2 Mikrometer .
Das Projekt "Teilprojekt: Laborexperimente zur Modellierung des Kristallisations- und Ablagerungsverhaltens sowie Wärmetransporteigenschaften von Zinkboraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Falle eines KMV hat, durch Korrosion von verzinktem Containment-Inventar, im Kühlmittel freigesetztes Zink das Potenzial, bis in den Reaktorkern zu gelangen und sich bei Erwärmung (z.B. in Heißkanälen) in feste Korrosionsprodukte (Zinkborate unterschiedlicher Zusammensetzung) umzuwandeln. Die Ergebnisse generischer (z.B. Vorhaben 1501430 und 1501431) sowie KMV-szenarienbezogener Experimente (Vorhaben 1501491 und 1501496) weisen auf eine mögliche Beeinflussung der Nachwärmeabfuhr durch solche Produkte hin. Ziel des geplanten Verbundvorhabens ist die Bereitstellung eines Simulations-Tools in ATHLET zur Anwendung auf diese Problematik. So soll die Möglichkeit geschaffen werden, Simulationen thermohydraulischer Folgen möglicher Zinkborat-Abscheidungen im DWR-Kern (z.B. auf Hüllrohren oder Abstandshaltern) für unterschiedlichste KMV-Szenarien vorzunehmen. Damit können kritische Störfallszenarien identifiziert und deren Gefahrenpotenziale zuverlässiger abgeschätzt werden. Zur Bereitstellung von Daten und Korrelationen für die entsprechenden Modelle werden, neben einer vertieften Auswertung derzeitiger und früherer Experimente, Untersuchungen im Labor- und im halbtechnischen Maßstab durchgeführt. Hierzu gehören u.a. Untersuchungen zur Abhängigkeit der Zinkborat-Abscheideraten von lokalen thermohydraulischen Parametern und der KM-Chemie sowie zur Abhängigkeit des Wärmedurchganges durch gebildete Schichten auf Hüllrohren oder Abstandshaltern von Parametern der Schichtbildung. Des Weiteren wird eine experimentelle Studie zur Nutzung vorhandener Ionenaustauscher des Kühlmittelreinigungssystems zur Zink-Entfernung im Rahmen der Störfallfolgenbehandlung durchgeführt. Die Ergebnisse werden in die ATHLET-Modellierung einbezogen.
Das Projekt "Dynamische Abscheidung von a-Si und TCO-Schichten für Hocheffizienz Si-Solarzellen als Schlüssel für hochproduktive Fertigung bei reduzierten Herstellungskosten; Teilvorhaben: Dynamische PECVD für Hocheffizienz Si-Solarzellen - Grundlagenuntersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik durchgeführt. Im Projekt werden Grundlagenuntersuchungen zur dynamischen Abscheidung von amorphem Silizium für Heterojunction Solarzellen durchgeführt. Dabei kommt ein hochproduktives dynamisches PECVD Verfahren mittels linearer Plasmaquellen zum Einsatz. Einerseits sollen im Projekt sehr hohe dynamische Abscheideraten (5 nm.m/min) bei gleichzeitig hoher Passivierwirkung der a-Si:H Schichten (größer als 1 ms, iVoc größer als 720 mV) erreicht werden. Andererseits wird auch die Industrietauglichkeit der Abscheidung (Gasausnutzung größer als 20%) verbessert. Des Weiteren werden grundlegende Aspekte der dynamischen Abscheidung (Einfluss der Substratgeschwindigkeit, Homogenität der Abscheidung etc.) vor dem Hintergrund einer geforderten effizienten, wartungsarmen Beschichtungstechnologie untersucht. Der Einfluss der Plasmaanregungsfrequenz auf die Produktivität der Abscheidung ist ebenfalls Untersuchungsgegenstand des Teilvorhabens.
Das Projekt "Teilvorhaben: Sputtertechnologie für epitaktische Aluminiumnitrid-/Galliumnitrid-Schichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik durchgeführt. Das Gesamt-Projekt HiPERFORM zielt auf die industrielle Anwendbarkeit zu entwickelnder SiC- und GaN-Halbleiterbauelemente für künftige 'Smart-Mobility-'/ 'Smart Industry-'/ 'Smart Energy- Produkte'. Diese bieten großes Potential für höhere, mit Si-Bauelementen nicht erreichbare Performance und zugleich niedrigere Kosten der Elektronik, stärken damit die europäische Position auf diesem Gebiet und tragen zugleich substantiell zur Senkung der CO2-Emission im Transportsektor und damit zur Erreichen der europäischen Klimaziele bei. Das Ziel des Teilprojekts von FhG-FEP ist die Entwicklung einer Technologie zur epitaktischen AlN / GaN-Schichtabscheidung mittels Reaktiv-Magnetronsputterns, die Beschränkungen der bisher eingesetzten MOCVD-Abscheidetechnologie überwindet. Durch höhere Abscheideraten (Waferdurchsatz), geringere Kosten für die Ausgangssubstanzen und das Potenzial zum Übergang auf größere Wafer sollen die Fertigungskosten durch Nutzung des Sputterns wesentlich gesenkt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Nachweis hoher Abscheideraten und Materialqualität anhand von III-V Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Solarzellen aus III-V Halbleitern erreichen heute weltweit die höchsten Umwandlungseffizienzen von bis zu 46 % und finden industrielle Anwendung in Satelliten und in Konzentrator-PV Systemen. Das Licht wird in diesen hochkonzentrierenden Modulen etwa 500-fach gebündelt, um die Fläche und damit die anteiligen Kosten der III-V Solarzellen zu reduzieren. Die Hälfte der Epitaxiekosten für III-V Mehrfachsolarzellen entfällt auf die metallorganischen Ausgangsstoffe Trimethylindium und Trimethylgallium (so genannte 'Metallorganische Quellen') für den MOVPE-Herstellprozess (Metal Organic Vapour Phase Epitaxy). Projektziel: Das Projekt KoReMO soll nachweisen, dass diese Epitaxiekosten durch Nutzung von neuen Indium-Quellen und einem neuen Zuführsystem, sowohl für Trimethylindium TMIn als auch für Trimethylgallium TMGa, um etwa die Hälfte gesenkt werden können. Zudem sollen durch das Zuführsystem höhere Wachstumsraten für GaAs und GaInP möglich werden. Die Verbesserungen werden anhand von heute etablierten GaInP/GaInAs/Ge Dreifachsolarzellen nachgewiesen. Die Firma Umicore wird einen neuen kostengünstigen und ressourceneffizienten Herstell- und Reinigungsprozess für Trimethylindium entwickeln und pilotieren. TMGa und TMIn werden über ein Direktverdampfersystem von SEMPA an eine vorhandene MOVPE Anlage der Firma Aixtron am Fraunhofer ISE angeschlossen und hier werden hohe Wachstumsraten und die Eignung der neuen Quellen für die Herstellung von III-V Mehrfachsolarzellen gemeinsam mit AZUR Space gezeigt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Herstellung spezieller Bortargets" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sindlhauser Materials GmbH durchgeführt. Durch eine lokale Bor-Hochdotierung im Bereich der Kontakte lässt sich der Wirkungsgrad der Solarzelle entscheidend verbessern. Die speziellen Eigenschaften des Bor machen es schwer dünne Borschichten in Sputtertechnologie abzuscheiden. Mäßige Sintereigenschaften, eine hohe Sprödigkeit und keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit erfordern sehr hohe Entladespannungen und Gleichstrom-Sputtern ist grenzwertig niedrig. Um das zu verbessern, werden folgende Bereiche untersucht: - Drucklos-Sintern der Bortargets - Entwicklung von Ofeneinbauten für eine sehr gute Temperaturhomogenität - Dotierung von Borpulver mit Silizium - Zusetzen von Additiven, um die notwendige elektrische Leitfähigkeit zu erreichen und gleichzeitig die Reduzierung der Sprödigkeit, um Targetdicken von 10mm zu erreichen. Si1: - Bortargets drucklos sintern, spannungsfreie, rissfreie Targetplatten herstellen. - Untersuchung verschieden hergestellter Kornverteilungen zur Verbesserung der Sinteraktivität und verbesserter Dichte. - Untersuchung von Grafiteinbauten in den Sinterofen, um eine sehr gute Temperaturhomogenität (+/- 3°C) während des Sinterprozesses zu erreichen. - Das Sinterprogramm so gestalten, dass in den Targetplatten keine Spannungen auftreten und rissfreies Gefüge entsteht. Si2: - Borpulver mit Silizium dotieren 1 - 10wt% und ca. 50wt% Wesentliche Fragestellungen sind dabei: - Welcher Einfluss ist auf die Sintereigenschaften feststellbar? - Kann die Sprödigkeit reduziert werden? - Welche Verbesserung wird bei der Abscheiderate in der Sputteranlage erreicht? - Wie stark kann die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden? Si3: - elektrisch leitfähige Bortargets - gezielte Zugabe von Additiven und Sintern bei hohen Temperaturen (2000°C) um eine merkliche Diffusion der Additive in das Borgitter zu erreichen.
Das Projekt "Lokale Effekte im DWR-Kern infolge von Zinkborat-Ablagerungen nach KMV" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Falle einer Leckage im Primärkreislauf eines Druckwasserreaktors (sog. Kühlmittelverlust-Störfall KMV) gelangen große Mengen des borsäurehaltigen Kühlmittels in das Containment des Kernkraftwerks. Hierbei kann es bei den verschiedenen feuerverzinkten Einbauten zur Zinkkorrosion unter Bildung wasserlöslicher Zinkborate kommen. Beim Management eines solchen Störfalles käme es nach der Schnellabschaltung des Reaktors und dem Anlaufen verschiedener Notkühlsysteme nach einigen Stunden zum sogenannten Sumpfumwälzbetrieb, einer Situation, bei der diese wässrigen Lösungen im Containment zur weiteren Aufrechterhaltung der Kernkühlung wieder mit in den Primärkreislauf zurückgepumpt werden. Da die Wasserlöslichkeit der gebildeten Zinkborate bei höheren Temperaturen abnimmt, besteht hierbei nun die Möglichkeit, dass diese dann an Heißstellen der Kernbereiche aus den Kühlmittellösungen ausfallen und sich unter Umständen schichtbildend dort ablagern könnten, was zu Beeinträchtigungen der weiteren Kernkühlung in dieser Spätphase eines KMV führen könnte. Zielstellung: Eine Hauptaufgabe des Vorhabens ist es, die Vorgänge, welche sich im Falle eines KMV (Druckwasserreaktor) hinsichtlich der Zinkkorrosion im Containment sowie der später möglichen Zinkboratabscheidung an Heißstellen im Kernbereich ablaufen, im kleinen Maßstab (Laboranlage) unter störfallnahen Randbedingungen nachzubilden. Dabei sollen besonders die hierbei stattfindenden chemischen und physikalischen Vorgänge im Einzelnen untersucht werden. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sollen dabei helfen, das Risikopotential einer solchen Beeinträchtigung der Kernkühlung in der Spätphase eines KMV besser einschätzen zu können und ggf. auch geeignete Strategien und Konzepte zu entwickeln, wie solche potentiellen Risiken zu vermeiden sind. Analoge Versuche im größeren, halbtechnischen Maßstab mit den zugehörigen Untersuchungen und Auswertungen werden beim Projektpartner Hochschule Zittau-Görlitz durchgeführt.
Das Projekt "Improving soil erosion assessment in Swiss Mountainous areas using radionuclides (137Cs, 239-240Pu)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Basel, Umweltgeowissenschaften durchgeführt. To efficiently mitigate and control soil losses by erosion and reduce their environmental impacts in Alpine grasslands, reliable and validated methods for comprehensive data generation on the magnitude and spatial extent of soil erosion are needed. Classical approaches to quantify erosion rates include artificial radionuclides such as 137Cs and 239-240Pu which originated from thermonuclear weapon tests in the 1950s-1960s and nuclear power plant accidents (i.e. Chernobyl). Because these radionuclides are rapidly and strongly adsorbed to fine soil particles, they accumulate in the top soil with limited migration and bioavailability. Documenting the subsequent redistribution of the radionuclides, which move across the landscape in association with soil/sediment particles primarily through physical processes, requires effective means of tracing rates and patterns of erosion and deposition within landscapes. To this end, the general aim of this project is to develop a radio-isotopic valid approach to assess and quantify sheet erosion in Alpine grasslands.
Das Projekt "Industrielle Dampferzeugung mit 100% CO2 Abscheidung und nicht-signifikanter Wirkungsgradeinbuße - Maßstabsvergrößerung der Chemical Looping" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Department für Materialwissenschaften und Prozesstechnik, Institut für Verfahrens- und Energietechnik durchgeführt. Die Technologie der Chemical-Looping Verbrennung (CLC) birgt ein einzigartiges Potenzial in Bezug auf die Möglichkeit, CO2 im Zuge des Verbrennungsvorganges in konzentrierter Form zu erhalten und dadurch aufwändige Gastrennverfahren zur CO2-Abscheidung aus Verbrennungsabgas zu vermeiden. Eine Anwendung mit großer Nähe zu Marktreife ist die Erzeugung von Prozessdampf in erdgasbefeuerten Kesseln, wo die heizwertbasierte Wirkungsgradeinbuße zur CO2-Abscheidung mit CLC nur 1 %-Punkt beträgt im Vergleich zu 15 %-Punkten mit Aminwäschern oder 8 %-Punkten mit Reinsauerstoffverbrennung (alles bei 95% Abscheiderate gerechnet). Eine Reduktion der CO2-Vermeidungskosten um 60% im Vergleich zur Aminwäschertechnologie resultiert aus der höheren Energieeffizienz der CLC-Technologie. Eine unbedingte Notwendigkeit für die Maßstabsvergrößerung von Wirbelschichtsystemen für diese Technologie ist die Verfügbarkeit eines adäquaten Sauerstoffträgermaterials. Das Projekt SUCCESS befasst sich daher mit der Maßstabsvergrößerung der Sauerstoffträgerproduktion in den 100-Tonnen-Bereich und der Technologie in den Megawattbereich. Industriell verfügbare Rohstoffe werden zur Produktion von umweltverträglichen Sauerstoffträgerpartikeln, die im vorangegangenen Projekt INNOCUOUS vorgeschlagen wurden, herangezogen. Das Projekt SUCCESS beinhaltet: i) Anwendung der Sauerstoffträgerproduktionsmethoden auf industriell notwendigem Maßstab und Sicherstellung der Leistungsfähigkeit dieser Methoden - ii) Entwicklung eines Teststandards für die mechanische Stabilität der Sauerstoffträgerpartikel - iii) Verifikation der produzierten Sauerstoffträger in vier unterschiedlichen kleineren Pilotanlagen (kleiner als 150 kW) - iv) Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen in einer 1 MW Pilotanlage, was einen Scale-Up Faktor von 10 zum Staus Quo bedeutet - v) Detaillierte Analyse der Reaktionsmechanismen und Fluiddynamic - vi) Verwendung der Testergebnisse zur Optimierung eines 10 MW Analagendesigns sowie techno-ökonomische Analyse einer Großanlage - vii) Gesundheitsschädlichkeits-, Sicherheits- und Umweltverträglichkeitsanalyse der Sauerstoffträgerproduktion und der Sauerstoffträgerhandhabung inklusive Wiederverwendungs- und Wiederverwertungsstrategien - viii) Kostenvoranschläge für die Produktion von mehr als 100 Tonnen Sauerstoffträgermaterial. SUCCESS bündelt das CLC-KnowHow europäischer Schlüsselinstitutionen, kann so die Fortsetzung der europäischen Führungsrolle bei der Entwicklung der CLC Technologie sichern und die Technologie einen entscheidenden Schritt weiter bringen
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