Die Suche nach einer Lösung zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen führte Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zu den höheren Pflanzen. Photovoltaik ähnelt im Prinzip der von Pflanzen betriebenen Photosynthese: Lichtenergie wird absorbiert und in eine andere Form von Energie umgewandelt. Dabei hängt die Effizienz entscheidend davon ab, wie gut das Lichtspektrum des Sonnenlichts ausgenutzt werden kann und ob eine hohe Absorptionsleistung auch bei verschiedenen Einfallswinkeln des auftreffenden Lichts erreicht wird. Bei der Photovoltaik ist das Lichtspektrum des Sonnenlichts, das ausgenutzt werden kann, materialabhängig und damit begrenzt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten das äußere Abschlussgewebe verschiedener Pflanzen auf ihre optischen Eigenschaften und vor allem auf ihre Antireflexwirkung. Es zeigte sich, dass die Epidermis der Blütenblätter der Rose besondere Antireflexwirkungen mit einem breiten Absorptionsspektrum und hoher Einfallswinkeltoleranz aufweist. Diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, dass die Blütenblätter trotz unterschiedlicher Lichtverhältnisse starke Farbkontraste ausbilden und damit die Chance auf Bestäubung erhöhen. Auf der Epidermis wurde ein ungeordnetes Feld dicht gedrängter Mikrostrukturen und anscheinend zufällig platzierter Nanostrukturen entdeckt. Diese Oberflächenstrukturen wurden in einen transparenten Kleber umgesetzt, der nach der Aushärtung durch UV-Licht in eine organische Solarzelle integriert wurde. Durch die Integration der Oberflächenstrukturen erhöhte sich der Wirkungsgrad bei senkrechtem Lichteinfall um 12 Prozent (relative Steigerung). Bei sehr flachen Einfallswinkeln fiel die Effizienzsteigerung noch höher aus. Die Forscher führen die Steigerung vor allem auf die hervorragende richtungsunabhängige Antireflexwirkung der nachgebildeten Epidermis zurück. Aus den Ergebnissen kann eine Rohstoffeinsparung in der Nutzungsphase abgeleitet werden, da mit weniger Solarzellen ein vergleichbarer Energieertrag erzielt werden kann. Weiterhin leistet die Wirkungsgradsteigerung einen Beitrag zur effizienten Energieerzeugung.
Das Projekt "Der Einsatz der Fernerkundung zur Bestimmung des Stickstoffgehaltes von Vegetation - Ein Beitrag zur IGBP/BAHC Forschung in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Institut für Geographie, Lehrstuhl für Geographie und Geographische Fernerkundung durchgeführt. The main goal of this project was the investigation of the nitrogen of vegetation using remote sensing techniques. The small bandwidths of hyperspectral sensors in combination with the contiguous recording of the solar domain of the electromagnetic spectrum enable the derivation of plant constituents and pigments via their specific absorption features. Nitrogen does not reflect or absorb itself, but its amount can be derived indirectly via the chlorophyll absorption. In this study the focus lie on a combination of the chlorophyll/nitrogen content and specific plant water absorption at 960nm. Hyperspectral sensors are required to retrieve the pigment contents of plants. To do this the institutes own airborne imaging spectrometer AVIS (Airborne Visible/near Infrared Imaging Spectrometer) was used. The airborne measurements were supported by ground-based measurements, which were used to develop an empirical relationship between the nitrogen content of the vegetation canopies investigated and the remote sensing measurements. The primary intention was the investigation of permanent grassland. The cooperation with the Amt für Landwirtschaft Weilheim enabled the ancillary investigation of crops. Therefore, the main crop types, i.e. winter wheat (Triticum aestivum L.) and maize (Zea mays L.), were monitored in addition to the grassland canopies.
Das Projekt "Validation von SCIAMACHY level-2 Daten mit DOAS-Messungen von der DLR-Falcon aus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Ein DOAS-Geraet auf dem Forschungsflugzeug DLR-Falcon wird in mehreren Kampagnen Breitenschnitte fuer eine Reihe von Spurengasen messen um damit das Satelliteninstrument SCIAMACHY zu validieren. Gemessen werden Gesamtsaeulen von O3, NO2, OCIO, BrO, H2O, SO2 und HCHO, alles Near Real Time Produkte von SCIAMACHY. Zusaetzlich kann durch eine spezielle Beobachtungsgeometrie (simultan ca. 10 unterschiedliche Blickrichtungen) fuer alle Absorber die troposhaerische von der stratosphaerischen Gesamtsaeule getrennt werden, und damit die aus Limb- und Nadirmessungen von SCIAMACHY berechneten troposphaerischen Saeulen (wissenschaftliches Datenprodukt) validiert werden. Um eine hohe Genauigkeit bei gleichzeitiger Ueberdeckung des gesamten Spektralbereichs in verschiedene Blickrichtungen zu ermoeglichen, werden zwei getrennt optimierte System fuer UV und sichtbaren Spektralbereich eingesetzt. Das UV-Geraet wird von der Uni Bremen, das vis-Geraet von der Uni Heidelberg gestellt. Planung und Integration der Geraete sowie die Auswertung und Interpretation der Messergebnisse wird in enger Zusammenarbeit durchgefuehrt.
Das Projekt "Verzögerte Antwort der Ionosphäre auf Variationen des solaren EUV II (DRIVAR II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Die Variabilität der oberen Atmosphäre der Erde wird durch die Schwankungen in der Absorption solarer UV- und EUV-Strahlung die Ionosphäre hervorgerufen. Dabei tritt jedoch eine Verzögerung auf, die durch das Zusammenspiel verschiedener physikalischer und chemischer Prozesse verursacht wird. So haben die bestimmenden Ionisations- und Rekombinationsprozesse in den verschiedenen Schichten der Ionosphäre, aber auch Transportprozesse einen entscheidenden Einfluss. Die Rolle dieser Prozesse wurde in verschiedenen Studien untersucht, jedoch haben sich diese Analysen bisher nur mit einzelnen Aspekten der Verzögerung beschäftigt.Im Projekt DRIVAR II werden jene Aspekte der Verzögerung untersucht werden, die bisher nicht in Studien aufgenommen wurden. Dies beinhaltet die Variation der Verzögerung in hohen und niedrigen Breiten und die Rolle von Kopplungsprozessen zwischen Thermosphäre und Ionosphäre. Aufbauend auf diesen Ergebnissen und vorangegangenen Studien wird im Rahmen des Projektes eine globale Beschreibung der Verzögerung bereitgestellt.Die Analyse wird dabei einerseits auf etablierten Datensätzen (z.B. SDO-EVE, GOES, GUVI, Ionosonde oder TEC-Karten) aufbauen, aber andererseits auch neue Daten berücksichtigen (z.B. GOLD und ICON). Diese Vielzahl an solaren, thermosphärischen und ionosphärischen Parametern wird eine detaillierte Beschreibung der ionosphärischen Verzögerung ermöglichen. Hinzu kommen Modelluntersuchungen mit dem Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere Electrodynamics (CTIPe) Modell und dem Thermosphere-Ionosphere- Electrodynamics General Circulation (TIE-GCM) Modell. Die Untersuchungen mithilfe dieser Modelle werden die verantwortlichen Prozesse ionosphärischer Variabilität zu bestimmen. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen sollen dann ggf. auch Vorschläge für die Optimierung dieser Modelle formuliert werden und empirische Modelle ergänzt werden.Mit dem DRIVAR-II-Projekt werden die ionosphärischen und thermosphärischen Prozesse, welche die verzögerte Reaktion der Ionosphäre bestimmen umfassender und genauer analysiert. Diese Untersuchungen werden auch das generelle Verständnis von Prozessen in der oberen Atmosphäre verbessern und sind für das Vorhersagen von ionosphärischen Bedingungen interessant.Das Projekt ist eine Kooperation zwischen dem Institut für Solar-Terrestrische Physik in Neustrelitz und dem Institut für Meteorologie der Universität Leipzig.
Das Projekt "ERA-Net: Solare Fotokatalyse zur Herstellung von Treibstoff (Solarfuel)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für anorganische Chemie I durchgeführt. Entwicklung von Photokatalysatoren zur sonnenlichtgetriebenen Spaltung von Wasser mit breitem Absorptionsspektrum Das Solarfuel Projekt besteht aus 3 Arbeitseinheiten (AE). In der 1. AE sollen heterogene Photokatalysatoren (PK) aus einem halbleitenden Feststoff und darauf gebundenen Metallpartikeln entwickelt werden. Durch Optimierung der Bindung der katalytisch aktiven Metallpartikel werden die Aktivität unter Bestrahlung mit Licht verbessert und die elektronischen Eigenschaften des halbleitenden Supportfeststoffs optimiert, so dass ein größerer Anteil des sichtbaren Lichtes nutzbar wird. In der 2. AE sollen homogene PK entwickelt werden, die aus einem Photozentrum und einem gebundenen Katalysezentrum (KZ) bestehen. Unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht sollen Elektronentransferreaktionen zwischen dem Photozentrum und dem KZ so ablaufen, dass am KZ Wasserspaltungsreaktionen geschehen. In der 3. AE sollen die heterogenen PK aus AE 1 mit den homogenen Katalysatoren aus AE 2 verknüpft werden. Angestrebt ist die synergistische Nutzung der beiden Photoreaktionen, so dass am katalytischen Metallpartikel ein Teil der Wasserspaltungsreaktion abläuft, während am KZ des homogenen Katalysators die andere Halbreaktion abläuft. Der notwendige Elektronentransfer zwischen diesen beiden Funktionseinheiten wird durch den halbleitenden Support gewährleistet. Somit wird ein größerer Teil des Sonnenlichts zur Bildung von Wasserstoff nutzbar.
Das Projekt "Die Bewertung von Quellen von Radikalen in der atmosphaerischen Chemie mittels Kammer- und Laboruntersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Ozone is a toxic gas, high concentrations of which in the boundary layer can have adverse effects on human health, vegetation and materials. Ozone is produced as a result of the interaction of volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) in the presence of sunlight. Elevated levels of ozone are frequent occurrences across much of Europe, particularly during the summer months. Concerted international action is needed to reduce precursor emission if episodic and mean ozone concentrations are to be reduced. As individual VOCs can make a different quantitative impact on ozone formation, it is important that controls should focus not only on those sectors having the largest emissions of VOCs but also on those activities, the emissions of which have large potentials to form ozone. The RADICAL project has been submitted to obtain new data on the photolysis of oxygenated compounds involved in the atmospheric oxidation of key VOCs. As these photodissociation processes can lead to the formation of additional radicals, they have tremendous importance for a) the atmospheric oxidation capacity, and, b) local and regional formation of ozone and other photo-oxidants and hence the ozone formation potential of the precursor-VOCs. The lack of data on these processes limits the reliability of the atmospheric chemistry models used to assess photochemical ozone production. The research programme proposed for the RADICAL project will contribute to the achievement of the objectives outlined for Area 1,2,1,2 of the Environment and Climate work programme on Tropospheric Physics and Chemistry. The research programme will involve: 1) The synthesis of the compounds identified for study; 2) The measurement and quantification of UV-visible absorption spectra 3) The measurement of rates and products of photochemical processes under laboratory and atmospheric conditions using small-scale and large scale smog chambers; 4) The derivation of average quantum yields for use in atmospheric models; 5) The measurement of rate coefficients of other important loss reactions in the atmosphere; 6) An assessment of the implications for ground-level ozone production using a photochemical trajectory model. The six groups involved in the RADICAL project have formed a successful partnership during the present EC BIOVOC project. All the groups have extensive experience of co-ordinating and participating in projects supported by the European Commission. The results obtained will provide new input data for numerical modelling tools which are used to understand and assess the factors that contribute to ground-level ozone production. This will ensure that the conclusions from future assessments can be made with greater confidence and lead to the implementation of cost-effective reduction strategies.
Das Projekt "Spatial distribution of microplastics in various marine compartments of the German North Sea" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH - Life Sciences & Chemistry durchgeführt. In den letzten 40 Jahren hat mit dem Anstieg der weltweiten Plastikproduktion auch die Menge an Plastikmüll in den Meeren zugenommen. In den letzten Jahren ist auch die Aufmerksamkeit für das Thema Mikroplastik gewachsen, auch da durch den Zerfall von Plastik mit immer mehr immer kleineren Plastikpartikeln in der Meeresumwelt zu rechnen ist. Trotzdem gibt es immer noch einen beachtlichen Mangel an Daten bezüglich der Abundanz, der Verteilung und dem Verbleib dieser Mikroplastikpartikel in den verschiedenen Kompartimenten der Meere. Doch gerade diese grundlegenden Daten sind von Bedeutung, um eine Basis für ein zukünftiges Monitoring, wie es im Rahmen der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie gefordert wird, zu schaffen und um die Auswirkungen des Mikroplastiks auf die Ökosysteme der Meere bestimmen zu können. Ein Hauptgrund für den Mangel an vergleichbaren Daten liegt darin, dass es nahezu keine standardisierten Methoden gibt, die eine verlässliche Erhebung der Mengen und Identifizierung der Mikroplastikpartikel in Umweltproben ermöglichen. Ein hierfür erst kürzlich entwickelter und äußerst vielversprechender methodischer Ansatz, der in einigen Masterarbeiten erprobt wurde, soll nun im Rahmen dieses Projektes genutzt werden. Auf diese Weise können die Fragen nach der Menge an Mikroplastikpartikel in der Deutschen Bucht, geeigneten Standorten für ein zukünftiges Monitoring, Mikroplastikabundanzen in Relation zur Küstennähe und die Verbindungen zwischen den einzelnen marinen Kompartimenten angegangen werden. Modellierte hydrographische Fronten sollen dabei berücksichtigt werden, um potenzielle 'hot spots' für Mikroplastikvorkommen in Regionen von Flusseinträgen und hydrodynamischen Akkumulationen zu untersuchen, indem dort Proben sowohl aus dem Sediment als auch aus dem Oberflächenwasser genommen werden. Das darauffolgende methodische Verfahren besteht aus einer Extraktion der Mikroplastikpartikel aus der Umweltprobe und einer anschließenden Aufreinigung der Proben mittels enzymatischen Verdaus. Große Mikroplastikpartikel (0,5-5 mm) werden per Hand aussortiert und spektroskopisch analysiert mithilfe von ATR (Attenuated Total-Reflectance) FTIR. Die kleinen Mikroplastikpartikel (kleiner als 500 mym) einer Probe werden dann auf einen Messfilter konzentriert und dieser wird mittels FPA-basierter microFTIR (Fourier-Transformations-Infrarot-) Spektroskopie analysiert. Dieses Verfahren ermöglicht eine zuverlässige und eindeutige Erfassung und Identifizierung von Mikroplastik aufgrund der für die jeweiligen Polymere spezifischen Absorptionsspektren. Die Daten werden erfasst und ausgewertet, um erstmalig ein Gesamtbild der Mikroplastikverteilung in potenziellen Akkumulationsgebieten der Deutschen Bucht zu erhalten.
Das Projekt "Recycling of industrial waste and recovering of harmful components of metal and chemical industry" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie, Lehrstuhl für Materialwissenschaft durchgeführt. Objective: Composites for radiation protection based on industrial waste are developed via technological and scientific aspects of a composite concept. Combination of waste with absorption properties covers a respective spectrum of radiation: variation of the amount of waste, properties matrix phase are the parameters to meet the requirements of shielding materials like density, strength, thermal stability. Electronic glass scrap, lead slags, electrochemical slag are treated and combined with cement, ceramic or polymer matrix via composite technology. Such shielding materials are applied as specific work clothes, elements of construction for linear accelerators in medicine or containers for radioactive waste. Prime Contractor: Friedrich-Schiller-Universität Jena, Technisches Institut, Physikalisch-Astronomisch-Technikwissenschaftliche Fakultät, Materialwissenschaften; Jena; Germany.
Das Projekt "Neue Fachdokumente Optimierung der EOF-Analytik unter Berücksichtigung der Beiträge verschiedener Stoffklassen poly- und perfluorierter Verbindungen Letzte Änderung: 15.10.2019 (Stand: 3/2019) Konzeptstudie Haus der Bioökonomie: Einbindung der Öffentlichkeit zur besseren Implementierung der Bioökonomie in die Gesellschaft (MotBioOek) Letzte Änderung: 04.08.2019 (Stan" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Botanisches Institut durchgeführt. Ergebnisse: Durch Messung der von den Blaettern reflektierten Sonnenstrahlung im sichtbaren und infraroten Spektralbereich ist es heute moeglich, Waldschaeden grossflaechig zu erfassen. Die Interpretation der Fernerkundungsdaten basiert im wesentlichen auf dem Vergleich mit Signalen von am Boden charakterisierten Bezugsflaechen. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden hochaufgeloeste Reflexionsspektren von Blaettern und Nadeln mit dem Ziel erfasst, die Interpretation der Fernerkundungsdaten auf eine breitere physiologische Basis zu stellen. Speziell fuer diese Anforderungen wurde ein neues Messgeraet (VIRAF-Spektrometer) entwickelt, das folgende Spezifikationen besitzt: - Reflexions-, Absorptions- und Fluoreszenzemissionsspektren koennen gemessen werden. - Die Messarten koennen an einer Probe durchgefuehrt werden, ohne deren Position veraendern zu muessen. - Zur Messung muessen Blaetter oder Nadeln nicht von der Pflanze abgetrennt werden, so dass weitere Messungen (z.B.: Photosyntheseaktivitaet) oder Messwiederholungen an derselben Probe moeglich sind. Grundlegende Untersuchungen an Laborpflanzen zeigten, dass das Reflexionsspektrum eines Blattes im wesentlichen durch die Farbstoffe beeinflusst wird. Im Bereich zwischen 400 und 500 nm sind dies die Chlorophylle und Carotinoide, hingegen im Bereich zwischen 600 und 700 nm nur die Chlorophylle. Der zunehmende Beitrag der Farbstoffe zum spektralen Verhalten eines Blattes liess sich auch an den Absorptionsspektren eines ergruenenden Blattes erkennen. Neben der Chlorophyllbildung nimmt waehrend der Ergruenung die Photosyntheseaktivitaet zu. Die im Absorptionsspektrum angezeigten Extinktionswerte spiegeln direkt den Anstieg der Farbstoffkonzentrationen wider. In einem weiteren Versuchsansatz wurden Messungen zum Reflexions-, Absorptions- und Fluoreszenzverhalten an Nadeln unterschiedlich geschaedigter Fichten am Standort Freudenstadt durchgefuehrt. Die Reflexionsspektren der Nadeln der untersuchten Baeume zeigten einen recht aehnlichen Verlauf. - Im blauen Spektralbereich (400 bis 500 nm): gleichmaessig niedrige Reflexion verursacht durch die starke Absorption der Carotinoide und Chlorophylle. - Im gruenen Spektralbereich (um 550 nm): breites Reflexionsmaximum verursacht durch die geringe Chlorophyll- und fehlende Carotinoidabsorption. - Im gelben bis roten Spektralbereich (600 bis 680 nm): zu laengeren Wellenlaengen hin abnehmende Reflexion mit einem Minimum bei ca. 680 nm, das dem Absorptionsmaximum der Chlorophylle entspricht. Im nahen Infrarot (680 bis 800 nm): Starker Anstieg der Reflexion von 680 nach 750 nm, verursacht durch die Abnahme der Chlorophyllabsorption. Da sich die geschaedigten Baeume ...
Das Projekt "Der Einsatz der Fernerkundung zur Bestimmung des Stickstoffgehalts von Vegetation am Beispiel von Grünland - ein Beitrag zur IGBP/BAHC Forschung in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Institut für Geographie, Lehrstuhl für Geographie und Geographische Fernerkundung durchgeführt. Ziel des beantragten Vorhabens ist es zu untersuchen, inwieweit der Stickstoffgehalt der Vegetation aus den Fernerkundungsdaten aus multitemporalen Daten eines Abbildenden Spektrometers gewonnen werden kann. Als spektrale Vegetationsmerkmale sollen das 'red-edge' und eine Wasserabsorption bei 960 nm untersucht werden. Die Untersuchungen sollen im Testgebiet Gilching im Rahmen des gebündelten Antrags 'Methoden zur Kopplung hydrologischer und biologischer Prozesse auf der Landschaftsebene' durchgeführt werden und exemplarisch Grünland und Ackerland untersuchen. Im Rahmen des Vorhabens sollen Auswertemethoden entwickelt werden, die es erlauben, aus hyperspektralen/multitemporalen Messungen der Reflexionseigenschaften unterschiedlicher Grünlandnutzungen deren Stickstoffgehalt zu ermitteln. Für die Messung der spektralen Eigenschaften des Grünlands steht des Abbildene Spektrometer AVIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer - eine Eigenentwicklung des Antragstellers) zur Verfügung. Die Flugzeugmessungen werden durch Geländemessungen mit einem Feldspektrometer und Messungen an den Beständen unterstützt. Als Ergebnis des Forschungsprojektes werden Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Verteilung des Stickstoffgehaltes der Vegetation mit Fernerkundungsmethoden erwartet. Diese werden gemeinsam mit den Partnern des Bündelantrags in ein gemeinsames räumlich verteiltes hydrologisches Modell intergriert.