Das Projekt "Semi-Empirical Sea Level (SESL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Advanced regional and decadal predictions of coastal inundation for the U.S. Atlantic and Gulf Coasts. Sea-level rise has significant impacts not only on ecosystems but also on society. It involves a variety of processes from thermal expansion over melting of glaciers and ice sheets to land-water storage. Thus, predicting sea-level rise is one of the major challenges of climate science. As one part of a bigger consortium we explore the capabilities and limitations of semi-empirical sea-level modeling. Semi-empirical models arose as a complementary approach to process based models which are not yet mature, given the great complexity of relevant processes. Exploiting the connection between global mean sea-level and temperature, semi-empirical models depend on long sea-level and temperature time-series for calibration. Within this project long (greater than 2000 yrs) proxy sea-level time-series are collected from drilling cores from the U.S. Atlantic and Gulf coasts. These time series give good calibration targets for our models and help improve predictions of future global sea-level rise. These predictions again will help estimating coastal inundation under changing climate conditions. Responsible for developing new semi-empirical sea-level models.
Das Projekt "Constraining future Antarctic ice loss with the coupled ice-ocean model PISM-FESOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Sea-level rise constitutes one of the major impacts of anthropogenic climate change. Mean sea-level has been rising with a rate of about 3 mm/yr since the beginning of the 1990s, dominated by ocean warming and the loss of mountain glaciers. The largest future contribution is however expected from mass loss of the large ice sheets on Greenland and Antarctica. The dynamic response of the Antarctic ice sheet to a warming climate is not well understood and therefore poses the largest uncertainty in future sea-level projections. In 2013 the IPCC acknowledged that a dependency of ice loss on future warming cannot be inferred due to a lack of understanding of the relevant processes and assessed a likely contribution of less than 20cm in the 21st century. New modeling results now indicate a risk of more than one meter sea level contribution from Antarctica under strong warming within the 21st century. Such contribution would dominate over other processes like thermal expansion, glacier melt and Greenland ice loss. The new projections leave sea-level impact scientists and coastal planners in a limbo as such upward-corrected projections would require massive changes in adaptation planning. Though the new projections are supported by the sensitivity of several meters per degree of warming inferred from records of past sea levels, the timescale of the contribution is difficult to infer from these records. Reconstructed sea-level histories suggest that fast changes occurred in the past in terms of 'melt-water pulses' with several meters of sea-level rise within a few hundred years. High rates of ice loss from Antarctica need to be sustained by an ocean circulation that is capable of providing the heat to melt the ice or transport icebergs towards warmer waters where they melt. Without thorough constraints on the ocean heat flux through energy conservation in the ice-ocean system, very high rates of ice loss remain therefore debatable. Only a coupled ice-ocean model will make it possible to provide such constraints and therewith reduce the uncertainty in future Antarctic ice loss. While the understanding of ocean and ice-sheet physics individually has matured, their interplay at the ice-ocean interface is still insufficiently understood. We therefore here propose to develop such a coupled model from well-established stand-alone models for the ice sheet and for the ocean.
Das Projekt "Sub project: Mass transfer, aging and reactions at NAPL interfaces in porous media" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften - Umweltmineralogie und Umweltchemie durchgeführt. Release of non-aqueous phase liquids (NAPLs) into natural porous media is a widespread environmental problem. Transfer of pollutants across the NAPL-water phase boundary determines both the extent of groundwater contamination as well as the persistence of residual NAPL phases in porous media. Previous research has shown that NAPL-water interfaces are subject to 'aging' phenomena in aqueous environments, e.g., development of skin-like viscous films. However, surprisingly litte is known about the factors and mechanisms that control such film formation of NAPLs in aqueous porous media and about the effects of such films on mass transfer of organic contaminants from the NAPL to the aqueus phase. In the proposed project we will address these knowledge gaps in order to (i) achieve a process based understanding of reactions and environmental conditions leading to the formation of viscous phase boundaries of NAPLs in porous media (aging) and to (ii) develop and vali-date a physical model of such boundary layers to quantify time-dependent interfacial phenomena in multi-component NAPL-water systems (mass transfer). To this end we will carry out batch and flow-through experiments with model and real NAPLs in water and aqueous porous media and make intense use of chemical probe techniques. We will utilize chemical and rheological analysis, microscopic process modeling and, in cooperation with partners within the research group, we will apply new designs of spectroscopic and electrochemical tools for spatially highly resolved investigations of the interface as well as contribute to reactive transport modeling at NAPL-contaminated porous media.
Das Projekt "Teilprojekt 9" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität, Abteilung Aquatische Ökotoxikologie durchgeführt. Im Teilprojekt B3 des MiWa-Verbundvorhabens werden die Aufnahme sowie die biologischen Effekte von Mikroplastik (MP) in Schlüsselvertretern der aquatischen Invertebraten charakterisiert. In Anbetracht der enormen Wissenslücken in Bezug auf die Toxizität von MP in Süßwasserarten, sollen im TP folgende Hypothesen untersucht werden: (A) Sehr kleines Mikroplastik (kleiner als 10 Mikro m) passiert Epithelien und kann in das Gewebe aquatischer Invertebraten übergehen. (B) Eine Exposition mit Mikroplastik induziert Inflammation und Stressreaktionen in aquatischen Invertebraten. (C) Durch oxidative Verfahren (Ozon, Chlor, UV) bei der Wasseraufbereitung gealtertes MP hat eine veränderte Toxizität. (D) Die chronische Toxizität von schadstoffbelastetem Mikroplastik ist höher als die von reinem Mikroplastik. Eine detaillierte Beschreibung des Teilprojektes, inklusive des fachlichen Hintergrunds, des experimentellen Designs, der Zeitplanung und der zu erwartenden Projektergebnisse, liefert die angehängte Projektbeschreibung. In Arbeitspakt AP B3.1 wird die Aufnahme von selbst hergestellten, 'realistischen' MP untersucht und mit vorliegenden Daten zur Aufnahme von sphärischen Microbeads (Vorarbeiten) verglichen. In AP B3.2 wird ebenfalls irreguläres MP für chronische Toxizitätsstudien verwendet, um Langzeiteffekte auf Life-Cycle-Parameter zu untersuchen. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf den innovativen Aspekten Inflammation und zelluläre Stressantwort. AP B3.3 basiert auf demselben experimentellen Design wie AP B3.2. Hier wird MP durch oxidative Verfahren behandelt, die häufig zur Abwasserreinigung verwendet werden (z.B. Ozonung, UV-Behandlung). Die Toxizität der so 'gealterten' Partikel wird in Analogie zu AP B3.1/2 untersucht. Auch in AP B3.4 wird realistisches MP verwendet. Hier wird allerdings ein zusätzlicher Stressor hinzugefügt: Irreguläres MP wird mit einer Mischung von Mikroschadstoffen beladen, um zu überprüfen, ob dies die Toxizität moduliert.
Das Projekt "FC-RAT - Fuel Cell Realistic Aging Trend Modelling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AVL Deutschland GmbH durchgeführt. Im BMWi-geförderten Projekt SoHMuSDaSS ist es dem Fraunhofer ISE gelungen, die potenzialinduzierte Alterung von NT-PEM-Brennstoffzellen zu beschreiben. Dies wurde unterstützt durch umfangreiche Experimente zur Komponentenalterung mit Hilfe einer Labor-Testzelle. Darüber konnte die Veränderung der Modellparameter im Lauf ihrer Alterung extrahiert werden. Insgesamt hat SoHMuSDaSS eine wissenschaftlich fundierte Analyse der Alterungseffekte geleistet, welche bereits in die angewandte Forschung und Entwicklung einfließen konnten. Im hier beantragten Projekt FC-RAT steht der Übertrag dieser wissenschaftlichen Erkenntnisse auf die realen Zellabmessungen und hinsichtlich weiterer anwendungstypischer Betriebsbedingungen wie Start- und Abschaltvorgänge im Vordergrund. Im BMBF-geförderten Projekt FC-CAT werden state-of-the-art Modelle zur Beschreibung der Brennstoffzellen-Leistung entwickelt. In FC-RAT sollen die Leistungsmodellierung aus FC-CAT mit der zu entwickelnden Alterungsmodellierung zusammengeführt werden. Beide Konsortien und das jeweilige Projektende sind identisch. Der Industriepartner AVL wird die Projektergebnisse nutzen, um die Strömungs- und Fahrzeugsimulation von AVL um eine validierte Degradationsmodellierung zu erweitern. Da dieses Modell kommerziell verfügbar sein wird, profitiert somit die gesamte Brenn-stoffzellen-Branche vom Projektergebnis.
Das Projekt "WP 5: Environmental Aspects of SOFC Operation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Thermodynamik, Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung durchgeführt. Project objectives: The aim of the Integrated Project is to solve the persisting generic problems of ageing with planar Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) in a concerted action of the European fuel cell industry and research institutions. This includes gaining full understanding of degradation processes, finding solutions to reduce ageing and producing improved materials that will then be tested in stacks. In this process further consideration will be given to the design of cost effective materials, low cost components and optimised manufacturing processes. WP 5: Environmental Aspects of SOFC Operation Fuel cells have an important role to play to reduce emissions and improve energy conversion efficiencies. For this reason, it is important to be able to quantify the potential impact SOFCs can have relative to present conventional technologies. The LCA of the SOFC technologies developed by the partners in the project will be important to make sure avenues which have no future in terms of environmental impact arte not pursued further. Materials which cannot be recycled, which cannot be disposed of or which will be banned in future must be avoided. Manufacturing processes which are too energy consuming or which have a negative environmental impact must be avoided. The LCA analyses carried out will be a safeguard to prevent using project resources to develop what could be an interesting product from a technological point of view, but which could never be commercialised because of the environmental impact of the total emissions, and waste produced during its manufacture, use and disposal. (Project Co-ordinator: Electricité de France (EDF).
Das Projekt "Teilprojekt des OFFIS e.V.: ModellTwin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OFFIS e.V. durchgeführt. Als Scale-up Projekt innerhalb der Plattform H2Giga wird DERIEL eine Forschungsplattform für die Herstellung von grünem Kerosin oder anderen Kraftstoffen mit einer max. Produktionsleistung von ca. 0,5 t/h aufbauen. Diese beinhaltet die Risikominimierung (De-Risking) der ganzen Wertschöpfungskette. Kern der Plattform ist der neu zu entwickelnde druckbehaftete, mit vielen Sensoren ausgestattete Erlkönig PEM-Elektrolyseur (8MW). Im Upstream dient ein Altholz-Blockheizkraftwerk als CO2- und Energiequelle. Eine Synthesegas-Fermentation produziert das Kerosinzwischenprodukt. Voraussetzung für eine zuverlässige Serienproduktion und einen reibungsarmen Markthochlauf ist das grundlegende Verständnis der Degradationsmechanismen auf allen Ebenen der Dauer- und dynamischen Betriebs-Modellierung des Elektrolyseurs sowie der Gesamtanlage. Hierzu wird ein Digital Twin der Elektrolyseanlage für die Analyse der zu erwartenden großen Datenmengen aufgebaut. Das OFFIS entwickelt zusammen mit den Partnern den Digital Twin, der datengetriebene Modelle mit physiko-chemischen Modellen verzahnt, um das Verhalten der Anlage bestmöglich abzubilden. Die Funktionen des Twins umfassen dabei eine Prozessanalyse/-diagnose sowie Alterungsmodellierung. Der Fokus von OFFIS liegt auf den folgenden Themen: erstens auf einem Vergleich von Architekturkonzepten für den Aufbau des Twins (insbesondere die Kopplung der unterschiedlichen Modellarten), zweitens auf der datengetriebenen Entwicklung von Teilmodellen für den Twin (z.B. in Bezug auf die Alterung), drittens auf Konzepten zur echtzeitfähigen Modellauswahl zwischen datengetriebener und physiko-chemische Modellierung, viertens auf dem Vergleich konventioneller Ansätze wie dem Lernen von Parametern für das physiko-chemische Modell mit Ansätzen aus dem Bereich des maschinellen Lernens und fünftens auf Simulationen zur Identifizierung relevanter Parametersätze in Unterscheidung von Initial-/Auslegungsphase, Produktion und Operation.
Das Projekt "The role of turgor in rain-cracking of sweet cherry fruit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Biologische Produktionssysteme, Fachgebiet Obstbau durchgeführt. Rain-cracking limits the production of many soft and fleshy fruit including sweet cherries world wide. Cracking is thought to result from increased water uptake through surface and pedicel. Water uptake increases fruit volume, and hence, turgor of cells (Pcell) and the pressure inside the fruit (Pfruit) and subjects the skin to tangential stress and hence, strain. When the strain exceeds the limits of extensibility the fruit cracks. This hypothesis is referred to as the Pfruit driven strain cracking. Based on this hypothesis cracking is related to two independent groups of factors: (1) water transport characteristics and (2) the intrinsic cracking susceptibility of the fruit defined as the amount of cracking per unit water uptake. The intrinsic cracking susceptibility thus reflects the mechanical constitution of the fruit. Most studies focussed on water transport through the fruit surface (factors 1), but only little information is available on the mechanical constitution (i.e., Pfruit and Pcell, tensile properties such as fracture strain, fracture pressure and modulus of elasticity of the exocarp; factors 2). The few published estimates of Pfruit in sweet cherry are all obtained indirectly (calculated from fruit water potential and osmotic potentials of juice extracts) and unrealistically high. They exceed those measured by pressure probe techniques in mature grape berry by several orders of magnitude. The objective of the proposed project is to test the hypothesis of the Pfruit driven strain cracking. Initially we will focus on establishing systems of widely differing intrinsic cracking susceptibility by varying species (sweet and sour cherry, Ribes and Vaccinium berries, plum, tomato), genotype (within sweet cherry), stage of development and temperature. These systems will then be used for testing the hypothesis of Pfruit driven strain cracking. We will quantify Pfruit und Pcell by pressure probe techniques and compression tests and the mechanical properties of the exocarp using biaxial tensile tests. When the presence of high Pfruit and Pcell is confirmed by direct measurements, subsequent studies will focus on the mode of failure of the exocarp (fracture along vs. across cell walls) and the relationship between failure thresholds and morphometric characteristics of the exocarp. However, when Pfruit und Pcell are low, the hypothesis of Pfruit driven strain cracking must be rejected and the mechanistic basis for low pressures (presence of apoplastic solutes) clarified on a temporal (in the course of development) and a spatial scale (exocarp vs. mesocarp). We focus on sweet cherry, because detailed information on this species and experience in extending the short harvest period is available. Where appropriate, other cracking susceptible species (sour cherry, plum, Vaccinium, Ribes, tomato) will be included to further extend the experimental period and to maximize the range in intrinsic cracking susceptibility.
Das Projekt "Large-area Organic and Hybrid Solar Cells (LARGECELLS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl Makromolekulare Chemie I durchgeführt. Objective: The task of developing large-area, thin film solar cells based on polymers as well as solid-state organic-inorganic (hybrid) systems will be undertaken. The required novel materials (charge transport polymers, semiconductor surfactants/compatibilizers and inorganic nanoparticles) will be synthesized and the compounds with the most potential will be scaled-up for the purpose of modern fabrication methods such as roll-to roll (R2R) processing. Additionally, the efficient devices will be tested and analyzed in out-door conditions in India and under accelerated ageing conditions in Israel to understand the degradation mechanism. Finally the basic information from stability studies will be used to design novel materials suitable for highly efficient devices of long-term stability. The programme is intensively intertwined with an Indian consortium, especially in the fields of novel materials, out-door testing, transfer and exchange of knowledge and methods.
Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Analytik durchgeführt. Basierend auf der Multielementanalytik wird ein neuartiges Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastik (MP) aus Wasser und Feststoffproben entwickelt, getestet und validiert. Das Grundkonzept besteht darin, die Menge und die Art von MP anhand charakteristischer Elementsignaturen mithilfe der Multielementanalytik zu ermitteln. Im AP 1 erfolgt die Entwicklung der analytischen Methoden, basierend auf der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS). Es sind Trennmethoden basierend auf der Feld-Fluss-Fraktionierung und einer mechanische Separierung von MP und Matrix zu entwickeln. Ziel ist es MP-Partikel von der Matrix so zu separieren bzw. größenspezifisch zu fraktionieren, dass der für die Detektion störende Hintergrund entfernt wird (AP1.1). Die Multielementanalytik mit ICP-MS wird in drei Varianten entwickelt und getestet: (a) nach Aufschluss von MP oder MP-haltiger Isolate und Überführung in eine homogene Lösung, (b) als (Einzel-)Partikelanalytik aus Suspension (AP1.2) und (c) als bildgebendes Verfahren mit Laserablation (LA-ICP-MS) von Filtern oder biologischen Materialien (AP1.3). Die Methoden werden validiert und vergleichend zu anderen innerhalb von MiWa fortentwickelten Methoden bewertet. Die hier entwickelten Methoden werden anschließend eingesetzt, um MP anhand seiner Elementsignatur zu charakterisieren und die Reichweite der Elementdetektion für die Identifizierung und Quantifizierung verschiedenster MP-Sorten zu evaluieren (AP2.1). Dabei wird auch der Effekt der Alterung (z.B. leaching) von MP in der Umwelt auf die Anwendbarkeit der Methoden evaluiert (AP2.2). Mit Hilfe der analytischen Methoden sollen die MP in Umweltproben detektiert und quantifiziert werden. Vor allem Proben des urban geprägten Wasserkreislaufs stehen im Fokus (AP3). Des Weiteren werden die bildgebenden Verfahren im Projektkontext zur Untersuchung von Feststoffproben und der Interaktion von MP mit Organismen (Anlagerung und Aufnahme) eingesetzt (AP4).
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