Das Projekt "Teilvorhaben: Plasmadiagnostik und Modellierung des Strömungsverhaltens im Plasmamodul" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie durchgeführt. Das Ziel des IGVP im Projektvorhaben PlasmaPrime ist die Optimierung des Plasmabeschichtungsprozesses der Glasfasern im Plasmamodul. Hierfür wird das Strömungsverhalten innerhalb des Reaktors mittels eines Finite-Elemente-Modells simuliert. Darüber hinaus wird anhand von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen und optischer Emissionsspektroskopie (OES) das Verhalten des Plasmas innerhalb des Reaktors untersucht und mit den Simulationsergebnissen verglichen bzw. das Simulationsmodell auf Grundlage dieser Erkenntnisse angepasst. Das Ergebnis ist ein Simulationsmodell zur Optimierung des Strömungsverhaltens im Plasmamodul und damit auch der Beschichtung der Glasfasern und der Monomerausnutzung sowie eine Strategie für die Prozessüberwachung und -kontrolle.
Das Projekt "Mikroanalyse mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) und einem VUV-optimierten Echelle-Spektrographen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie und Lehrstuhl für Hydrogeologie, Hydrochemie und Umweltanalytik durchgeführt. Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.
Das Projekt "Spurenelementuntersuchung in Tidefluessen und Kuestengewaessern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GKSS-Forschungszentrum Geesthacht, Institut für Physik durchgeführt. Ziel des Vorhabens sind Bestandsaufnahmen des Belastungszustandes der norddeutschen Tidefluesse und Kuestengewaesser in Hinblick auf Schwermetalle sowie die Bilanzierung dieser Schadstoffe. Die Durchfuehrung erfolgt in enger Wechselwirkung mit hochaufloesenden hydrographischen Messungen (WA 31-059) und der Simulation der Transportvorgaenge mit mathematischen Modellen. Analysiert werden - bis in den extremen Spurenbereich - Schwebstoff-, Filtrat- und Sedimentproben sowie Gewebe aquatischer Organismen. Zur Absicherung der Richtigkeit der Ergebnisse kommen verschiedene analytische Verfahren zum Einsatz: die Aktivierungsanalyse mit thermischen Neutronen (instrumentell, radiochemisch oder mit Aktivkohle), die Aktivierungsanalyse mit 14 MeV-Neutronen, die Totalreflexions-Roentgenfluoreszenz, die optische Emissionsspektroskopie mit Plasmafackel sowie die prompte Neutroneneinfang-Gammaspektroskopie. Im Vordergrund der bisherigen Untersuchungen standen die Unterweser und die Wattenmeere an der Westkueste Schleswig-Holsteins. Die laufenden Arbeiten konzentrieren sich auf die Elbe.
Das Projekt "Plasma-induzierte CO2-Konversion zur Speicherung regenerativer Energien - Teilvorhaben: Erforschung der CO2-Dissoziation in einem Mikrowellenplasmabrenner" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie durchgeführt. Das Ziel des Projekts ist die Erzeugung von Kohlenmonoxid (CO) mittels eines neuen technologischen Ansatzes unter Nutzung überschüssiger elektrischer Energie aus regenerativen Quellen (Solar- und Windenergie). Dazu wird in diesem Projekt ein kombinierter Plasma- und Keramikprozess erforscht. In einem Mikrowellenplasma wird Kohlendioxid (CO2) zu den Reaktionsprodukten CO und atomarem Sauerstoff (O) dissoziiert. Der Sauerstoff wird in einem anschließenden Keramikmembranprozess abgetrennt. Das CO kann in die bestehende Gasinfrastruktur eingespeist werden oder es dient als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien, wie Methan, Methanol oder Formaldehyd. Das IGVP ist Projektkoordinator und für den Arbeitspunkt AP1 (Plasmaforschung) verantwortlich. Mit Hilfe der Mikrowellen wird ein freistehendes und elektrodenloses Plasma erzeugt, welches sich durch einfache Leistungsregelung und Skalierbarkeit auszeichnet. Die Versuchsanlage wird als Rohrreaktor geplant und aufgebaut. Dies erfordert die Berechnung der Resonatorgeometrie für eine sichere Zündung des Plasmas sowie die numerische Simulation der Gasströmung für ein optimiertes Gasmanagement. Die Plasmaparameter werden über die optische Emissionsspektroskopie bestimmt und mit der Prozesseffizienz korreliert. Zur Bestimmung der Prozesseffizienz wird sowohl die Konversionsrate CO2 in CO als auch die spezifische Eingangsenergie pro Molekül mit Hilfe der Massenspektrometrie (MS) und der Fourier-Transformations-Absorptionsspektroskopie (FT-IR) ermittelt. Für eine optimierte Prozessführung werden die Nebenreaktionen mit Wasserdampf, Wasserstoff und Stickstoff untersucht. Damit wird das Hauptziel des Projekts, die Entwicklung eines Systems zur Speicherung elektrischer Energie aus regenerativen Quellen, erforscht. Dies trägt dazu bei, die derzeitige Abhängigkeit von fossilen Energiequellen zu reduzieren und damit die Erderwärmung zu stoppen und das Klima langfristig zu stabilisieren. Als Nebeneffekt wird CO2 als alternativer Rohstoff nutzbar gemacht.
Das Projekt "Teilprojekt: Simulation, Experiment, Charakterisierung, Kostenrechnung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Plasmetrex GmbH durchgeführt. Verfahren zur weiteren Senkung der Herstellkosten kristalliner Siliciumsolarzellen zu entwickeln, ist der Schlüssel zum Erfolg für deutsche Unternehmen auf dem Gebiet der Photovoltaik. Dazu ist der Übergang zu neuen höhereffizienten Solarzellentechnologien wie PERC wesentlich. Die Beschichtung mit hochpassivierenden kostengünstigen Schichtsystemen spielt hier als Rückseitenpassivierung eine wichtige Rolle. Zur Erreichung der Ziele werden in SIMPLEX in-situ-Charakterisierungsverfahren eingesetzt und weiterentwickelt. Sowohl elektrische (SEERS), chemische (OES) als auch optische Methoden (Ellipsometrie) zur Analyse der entwickelten Plasmen und Schichten werden genutzt. Zur Einbindung in einen industriellen Beschichtungsprozess werden die SEERS- und OES-Methoden so weiterentwickelt, dass Regelgrößen für einen Regelkreis zur Prozessstabilisierung bereitgestellt werden und eine Prozessdatenbankanbindung über Standardschnittstellen ermöglicht wird. Zielgerichtet eingesetzte, vielfältige ex-situ-Charakterisierungsverfahren ermöglichen die detaillierte Analyse der Prozessergebnisse.
Das Projekt "Sustainable Chemistry by XES" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachbereich Chemie durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Nukleare Entsorgung (INE) durchgeführt. Das wissenschaftliche Ziel des Verbundprojektes ist es, ein Verständnis des Langzeitverhaltens von Radionukliden in keramischen Endlagerungsmatrizes unter endlagerrelevanten Bedingungen abzuleiten. Innerhalb des Teilvorhabens B werden die am FZJ synthetisierten und mit Eu(III), Am(III) oder Cm(III) dotierten Phosphate am KIT-INE mit Hilfe der TRLFS untersucht. Es werden jeweils Excitation- und Emissionsspektren aufgenommen werden. Ferner wird die Detektion der Emissionslebensdauern die Möglichkeit eröffnen, Aussagen zur Hydratisierung des Lanthanid- bzw. Actinidions zu machen. Dadurch kann zwischen Sorption und Einbau unterschieden werden. Dabei soll der Einfluss der Kristallinität auf die Nahordnung des eingebauten Lanthanids oder Actinids betrachtet werden, um aus den Unterschieden Aussagen zur besseren oder schlechteren Auslaugung der Radionuklide treffen zu können. Ferner wird die Veränderung der Punktsymmetrie der inkorporierten dreiwertigen Ionen mit dem Dotierungsgrad spektroskopisch analysiert werden. Dies wird die Möglichkeit eröffnen, Aussagen zur maximalen Beladung der Keramiken mit Fremdionen zu machen. Ferner werden die in Jülich synthetisierten, dotierten Einkristalle an der Beamline in Argonne untersucht. Mit diesen Röntgenreflektometriemessungen wird die Struktur der Oberfläche der Kristalle bestimmt. Dadurch sollte es möglich sein, Strukturinformationen zu den in die ersten Lagen des Kristalls eingebauten Fremdionen zu erhalten.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Analyse und Beurteilung der Wasserqualität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Campus Rheinbach, Fachbereich 05 Angewandte Naturwissenschaften durchgeführt. Analytisch-chemische, materialwissenschaftliche und mikrobiologische Begleitung bei der Entwicklung, Erprobung und Systemintegration des Mikro-Desinfektionssystems micrOzone. Hierbei ist zu prüfen, ob das System die benötigte Desinfektionsleistung unter realen Bedingungen gewährleistet (Reproduzierbarkeit, Robustheit, Materialalterung, Reaktionskinetik, Charakterisierung der chemischen und mikrobiologischen Qualität des Produktwassers, Untersuchungen zum chemischen Abbau von Xenobiotika (z.B. Pflanzenschutzmittel, Farbstoffe, Kunststoffadditive) durch Ozon. 1.) Charakterisierung der chemischen und mikrobíologischen Wasserqualität in Langzeittests anhand ausgewählter anorganischer und organischer Parameter sowie z.T. pathogener Keime in Anlehnung an die TrinkwasserVO. Es kommen im Wesentlichen DIN-und DEV-Verfahren zum Einsatz. 2) Post-mortem-Analyse der Mikrozellen nach Abbruch der Langzeittestes durch (Oberflächen-)analyse an Zellkomponenten (Kathode, Membran). Eingesetzt werden Methoden der Spuren- und Oberflächenanalytik (u.a. AAS, IC, RFA, Rasterelektronenmikroskopie), die z.T. für die Problemstellung modifiziert werden müssen. 3.) Einfluss der Ozonbehandlung auf die chemische und mikrobiologische Qualität von künstlich kontaminierten Wasserproben und Produktwässern. Chemische Abbauprodukte werden mittels spurenanalytischer Methoden identifiziert und ggf. quantifiziert (IC, AAS, ICP-OES, HPLC, GC/MS.LC-MS). Analytische Methoden müssen z.T. neuentwickelt werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Inline-Sonderprozessmesstechniken und Qualitätssicherungsmethoden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, MEET Batterieforschungszentrum durchgeführt. 1. Vorhabenziel In iFaab werden über die gesamte Prozesskette zur Fertigung von Zellen für die Elektromobilität Untersuchungen durchgeführt, um mögliche Problemstellen frühzeitig zu identifizieren. Ziel des Vorhabens ist es, nicht erst am Ende eine Testzelle zu prüfen, sondern bereits bei der Fertigung das Zusammenspiel der Verfahren und die Auswirkungen auf die unterschiedlichen Komponenten (Elektroden und Elektrolyt) zu betrachten. 2. Arbeitsplanung Die WWUM wird Sondermesstechniken anwenden, um den Wassergehalt während der gesamten Prozesskette zu messen und Kontaminationsquellen zu identifizieren. Strukturinformationen werden mittels Röntgen-Pulverdiffraktometrie (XRD) erhalten. Des Weiteren stehen für die Untersuchung der einzelnen Zellkomponenten diverse weitere Analytische Verfahren wie Gaschromatographie/MassenWeiterhin sollen Elektrolytsysteme charakterisiert werden. Ziel dieser Untersuchungen ist es, umfassende Informationen über das System Zelle zu erhalten. Für die Elektrolytuntersuchungen werden vorhandene Methoden auf die im Projekt verwendeten Elektrolytsysteme adaptiert. Hierbei handelt es sich vor allem um Messungen mit der IC/ESI/MS und GC-MS. Elementare Verunreinigungen werden entweder ICP-OES oder TXRF bestimmt. Zuerst wird das Ausgangssystem grundcharakterisiert, um einen umfassenden Überblick zu erhalten. Anhand der Alterungsuntersuchungen sollen dann sukzessive die Zersetzungs- und Alterungsprodukte aufgeschlüsselt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schütz GmbH Meßtechnik durchgeführt. Ende 2012 waren in Deutschland etwa 7.500 Biogasanlagen in Betrieb und laut Prognose des Fachverbandes Biogas e. V. ist mit einem weiteren Anstieg zu rechnen. Beim Betrieb kann es an unterschiedlichen Stellen im Anlagensystem zu ungewollten Biogasemissionen kommen. Diese diffusen Emissionen haben negative Auswirkungen auf die Umwelt (Treibhausgasemissionen), auf das Image der Biogasanlage (Gestank), auf die Kosten (geringere Energieproduktion) und auf die Sicherheit der Anlage (Explosions- und Vergiftungsgefahr). Die Dichtheit der Anlagen und damit auch die Leckagensuche ist daher zwingend notwendig. Fraunhofer IPM, Fraunhofer UMSICHT und der Messtechnik-Spezialist Schütz Messtechnik GmbH arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines optischen Messsystems, das Leckagen an Biogasanlagen aus mehreren Metern Entfernung ortet. Ziel ist ein bildgebendes System, das schneller, empfindlicher und preisgünstiger als heutige Messgeräte ist. Handgehaltene schnüffelnde Geräte (Sniffer), die üblicherweise zur Gasdetektion eingesetzt werden, tasten Oberflächen aus einer Entfernung von wenigen Zentimetern punktuell ab - eine wenig praktikable Lösung für große, schwer zugängliche Anlagen. Für eine flächendeckende Ferndetektion von Gasleckagen werden daher heute Gaskameras eingesetzt, die austretendes Methan mittels Absorptionsspektroskopie nachweisen. Diese sind allerdings teuer, erfordern geschultes Personal und optimale Messbedingungen. Eine weitere Alternative sind laserbasierte Messgeräte, die nach dem Prinzip der Rückstreuspektroskopie arbeiten. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass die Empfindlichkeit der Messungen stark von dem Vorhandensein eines Rückstreuers, wie z. B. einer glatten Rohrleitungsoberfläche, abhängig ist. Damit sind Messungen gegen den freien Horizont nicht möglich. Für die Ortung und Dokumentation fehlt diesen Messsystemen zudem eine Bildgebung. In dem Projekt 'BiogasDetektor' wird für die Ferndetektion von Gas erstmals das patentierte Prinzip der laserbasierten Emissionsspektroskopie genutzt. Zudem erweist sich die Emissionsspektroskopie als sehr gasspezifisch und wenig anfällig für Querempfindlichkeiten. In das Spektrum einer einzelnen Methanabsorptionslinie wird mit einem Quantenkaskadenlaser spezifisch Laserlicht eingestrahlt. Durch die Absorption wird das Molekül zu Schwingungen angeregt, die ihre Energie in Form von Wärmestrahlung abgeben. Ein infrarotempfindlicher Photodetektor misst die thermische Strahlungsemission und zeigt somit das Leck an. Eine integrierte Entfernungsmessung erlaubt es, den Methanhintergrund aus der Luft herauszurechnen und damit die relative Gaskonzentration sicherer zu bestimmen. Ziel ist sowohl ein handgehaltenes System für punktuelle Messungen zur Leckquantifizierung als auch ein Screening-Gerät zur Leckortung, das große Flächen schnell abtastet.
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| Förderprogramm | 61 |
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