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Ermittlung von Treibhausgas-Emissionen in der kommunalen Abwasserbehandlung und Ableitung möglicher Reduktionsmaßnahmen

Hintergrund: Kommunale Kläranlagen (KA) emittieren in den verschiedenen Verfahrensstufen Treibhausgase (THG). Die im Rahmen der UNFCCC-Klimaschutzberichterstattung (KB) zu erfassenden Gase sind CH4 und N2O. Neue regionale Untersuchungen (NRW) zeigen, dass diese Emissionen bei KA höher sind, als bisher angenommen. Es werden aber auch Schwachpunkte der Methodik durch die neuen Untersuchungen aufgezeigt. Ziel: Stärkung und Absicherung von Methodik und Ausbau der Datenbasis für die Umsetzung in der Emissionsberichterstattung zur Qualitätsverbesserung des Inventares. Reduktion der Emissionen durch abzuleitende Maßnahmen. Methodenvalidierung: Open-Path-FTIR-Spektroskopie hat den Vorteil, über eine spezifische Messstrecke gemittelte Ergebnisse zu ermitteln. Andere Verfahren messen nur punktuell und sind nicht an allen Verfahrensstufen anwendbar. Durch praktisch durchzuführende Messungen ist Methode mit weiteren zu wählende Alternativmethoden und Literaturdaten zu vergleichen (Plausibilität/Validität). Ausbau der Datenbasis: Repräsentative und Vergleichbare Messungen von CH4, N2O und NH3. Anhand der Messergebnisse sind Emissionsfaktoren für KA abzuleiten und mit vorhandenen Untersuchungen bzw. Veröffentlichungen zu vergleichen. Reduktionsmaßnahmen: Aufführung und Bewertung von Maßnahmen zur Reduktion der THG, sowie Abschätzung der Auswirkungen auf die zu berichtenden Emissionen bis zum Jahr 2050. Betrachtung von technischen und Managementmaßnahmen (z.B. Betriebsführung der Anlage). Gesamtbilanzielle Betrachtung hinsichtlich der tatsächlichen Verringerung der Treibhausgase (z.B. auch Emissionen aus Energiemehrverbrauch, Umbau/Produktion von Anlagenteilen). Es ist eine Priorisierung der abgeleiteten Maßnahmen anhand der Parameter Durchführbarkeit (zeitlicher Aufwand, Kosten, etc.) und Reduktion der THG-Emissionen vorzunehmen. Offene Forschungsfragen sollen bezüglich der Maßnahmen, aber auch der Messmethodik, abgeleitet und benannt werden.

Mineralisierung und Stabilisierung organischer Bodensubstanz

Projektziel ist die Ermittlung der Umsetzungsdynamik sowie der Mineralisierung- und Stabilisierungsprozesse organischer Bodensubstanz unterschiedlicher Stabilität unter unterschiedlichen landwirtschaftlichen Bearbeitungsmaßnahmen. Trotz unseres bereits umfangreichen Wissensstandes über die Kohlenstoffdynamik im Boden, treten in aktuellen Kohlenstoff-Bilanzierungen immer wieder Unsicherheiten bezüglich der Größe und des Umsatzes von unterschiedlich stabilen Kohlenstoff-Pools im Boden auf. Zur Erstellung und Validierung von Kohlenstoff-Modellen liegen allgemein nur wenige sichere Daten vor. Relativ wenig bekannt sind im Besonderen die Mechanismen und Transferraten von Kohlenstoff-Fraktionen zwischen labilen Pools mit raschem Umsatz und stabileren Pools mit bis zu mehreren Jahrzehnten andauernden Umsätzen. Für die Evaluierung bzw. Verbesserung von bestehenden Kohlenstoffmodellen sind diese Pool-Größen und deren Umsetzungsraten allerdings von entscheidender Bedeutung. Der 14C-Freiland-Langzeitversuch, der bereits 1967 in Fuchsenbigl in Niederöstereich nahe Wien errichtet und seitdem konsequent geführt wurde, bietet die in Österreich einmalige Chance, den Umsatz und die Bilanz des 1967 ausgebrachtem, markiertem Dünger-Kohlenstoff unter unterschiedlichen Fruchtfolgesystemen (Schwarzbrache, Sommerweizen, Fruchtfolge) über eine Periode von 35 Jahren zu untersuchen. Aufgrund dieser ausgesprochen langen Versuchsdauer sollte es möglich sein, tiefergehende Erkenntnisse über die Kohlenstoffdynamik, im Besonderen über Kohlenstoff-Pools mit langsameren Umsetzungsraten, zu gewinnen. Ziel dieses Projektes ist daher, die Größe, Struktur und Umsetzungsdynamik von unterschiedlichen Kohlenstoffpools mittels Partikelgrößen-Fraktionierung an ausgewählten Bodenproben zweier Langzeitversuche mit unterschiedlicher Bewirtschaftung zu ermitteln. Diese Ergebnisse sollen mit chemischen, isotopischen und spektroskopischen Analysen des Gesamtbodens (ohne Fraktionierung) in Einklang gebracht werden. Im besonderen erscheint es wichtig, die Rolle des Bodenhumus im Kohlenstoff-Stabilisierungsprozess besser abschätzen zu können. Abschließend werden die über die ganze Versuchsdauer erhobenen Daten verwendet, um die Kohlenstoff-Bilanzierung der untersuchten Freilandversuche unter unterschiedlichen Bewirtschaftungsmaßnahmen zu erstellen. Schlussendlich sollen diese Daten in die Validierung und Verbesserung bestehender Kohlenstoffmodelle einfließen.

Charakterisierung der mit Natriumpyrophosphat löslichen organischen Bodensusbstanz mittels FT-IR

Zusammensetzung und Menge der organischen Bodensubstanz (OBS) werden durch die Landnutzungsform beeinflußt. Die OBS läßt sich nach ihrer Abbaubarkeit und nach ihrer Löslichkeit in verschiedene Pools einteilen. So kann die wasserlösliche organische Bodensubstanz (DOM) als Maßzahl für die abbaubare OBS herangezogen werden. Mit Natriumpyrophosphat-Lösung als Extraktionsmittel läßt sich ein weit größerer Anteil der OBS erfassen, da der stabilisierende Bindungsfaktor zwischen OBS und Bodenmineralen entfernt wird. Extrahiert man zuerst mit Wasser und anschließend mit Natriumpyrophosphat-Lösung, erhält man im letzten Schritt den schwer abbaubaren OBS-Anteil. Über die funktionelle Zusammensetzung der organischen Substanz dieser Pools und deren Abhängigkeit von Landnutzungsformen ist relativ wenig bekannt. Ziel der geplanten Untersuchung ist es, den Pool der löslichen abbaubaren und schwer abbaubaren OBS zu quantifizieren und deren funktionelle Zusammensetzung mittels FT-IR Spektroskopie zu erfassen. Die so gewonnenen Daten sollen der Validierung von Soil Organic Matter Turnover modellen (z.B. Roth 23.6) dienen und die im Modell berechneten Pools um einen qualitativen Term ergänzen. In Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen sollen im DFG-Schwerpunktprogramm 1090: ;Böden als Quelle und Senke für CO2 die Pools der löslichen abbaubaren und schwer schwer löslichen, schwer abbaubaren organischen Bodensubstanz (OBS) quantifiziert, die funktionelle Zusammensetzung dieser Pools mittels FT-IR Spektroskopie erfasst und Abbaubarkeit der erhaltenen Extrakte überprüft werden, um Mechanismen, die zur Stabilisierung der OBS führen, aufzuklären.

IAGOS Data Centre

IAGOS aims to provide long-term, regular and spatially resolved in situ observations of the atmospheric composition. The observation systems are deployed on a fleet of 10 to 15 commercial aircraft measuring atmospheric chemistry concentrations and meteorological fields. The IAGOS Data Centre manages and gives access to all the data produced within the project.

NFDI4Earth Knowledge Hub

The NFDI4Earth Knowledge Hub is a core backend service of NFDI4Earth, providing centralized, structured access to metadata on all NFDI4Earth resources. It enables you to discover, access, and integrate semantic resources relevant to Earth System Sciences (ESS), supporting FAIR and open workflows in your research and services. It facilitates exploring and querying structured metadata on datasets, services, tools, educational materials and standards relevant to ESS by providing a SPARQL endpoint, under https://sparql.knowledgehub.nfdi4earth.de/.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1315: Biogeochemische Grenzflächen in Böden; Biogeochemical Interfaces in Soil, Einfluss von mikrobiellen Produkten auf die Strukturchemie und die Chemodynamik von kovalent immobilisierten Rückständen von Xenobiotika assoziiert an bodenbürtigen Organo/Ton Komplexen

In der Pedosphere stellen Humin/Ton-Assoziate ein wichtiges Kompartiment im Hinblick auf die Immobilisierung und Umweltstabilität von Xenobiotika einschließlich ihrer Metabolite dar. Dieses Projekt soll weiterführende Erkenntnisse zu den Wechselwirkungen in diesen Systemen erbringen, wobei ein spezieller Augenmerk auf die orts/raumaufgelösten und die struktur-chemischen Aspekte der Humin/Ton-Assoziate liegen soll, da für diese Parameter ein wesentlicher Beitrag zu den Sorptions- und Bindungsverhältnissen immobilisierter Xenobiotika einschließlich ihrer reaktiven Metabolite erwartet wird. Im Rahmen dieses Projektes soll das biogeochemische und umweltdynamische Verhalten von MCPA und Nonylphenol einschließlich ihrer Metabolite im Hinblick auf die Bildung, die Freisetzung und die Biodegradation von kovalent immobilisierten Rückständen in natürlichen und modelhaften Humin/Ton-Assoziaten untersucht werden. Dazu sollen 13C- und 14C-markierte Verbindungen synthetisiert und zwei ausgesuchten Böden (orthic Luvisol und Cambisol) sowie künstlich hergestellten Humin/Ton-Assoziaten zugesetzt werden. Die natürlichen und synthetischen Assoziate sollen durch FTIR, NMR, spektrophotometrische und mikroskopische Methoden charakterisiert werden. Die gebildeten kovalent immobilisierten xeniobiotischen Rückstände sollen parallel durch invasive und nicht-invasive analytische Methoden qualitativ und quantitativ erfasst werden. Eine Zuordnung der immobilisierten Verbindungen zu verschiedenen Fraktionen innerhalb der Assoziate soll durch sequentielle Extraktionen und Anreicherungsverfahren und nachfolgende Chemolyse sowie GPC und radioanalytische Verfahren erreicht werden. Dabei sollen durch diese invasive Methoden retrospektiv Hinweise auf die Einbindungsmechanismen erhalten werden. Nicht-invasive Methoden (hier im Besonderen NMR-Spektroskopie) erlauben dagegen eine Erfassung der Bindungsverhältnisse in situ. Desweiteren sollen die Freisetzung und die Abbauprozesse der immobilisierten Rückstände sowie der bakterielle Beitrag und der Einfluss von biologischen oberflächenaktiven Stoffen (z.B. Rhamnolipiden) auf diese Prozesse an den experimentellen Ansätzen untersucht werden.

Global Earth Observation and Monitoring (GEOMON)

The overall goal of the GEOMON project is to sustain and analyze European ground-based observations of atmospheric composition, complementary with satellite measurements, in order to quantify and understand the ongoing changes. GEOMON is a first step to build a future integrated pan-European Atmospheric Observing System dealing with systematic observations of long-lived greenhouse gases, reactive gases, aerosols, and stratospheric ozone. This will lay the foundations for a European contribution to GEOSS and optimize the European strategy of environmental monitoring in the field of atmospheric composition observations. Specifically, we will unify and harmonize the main Europeans networks of surface and aircraft-based measurements of atmospheric composition parameters and integrate these measurements with those of satellites. The access to data and data-products will be coordinated at a common data centre for more efficient use. GEOMon will support data gathering at existing networks if necessary, rescue and compile existing ground-based data, and develop new methodologies to use these data for satellite validation and interpretation.. In addition, GEOMON will enable innovative ground-based measurements complementary to satellites, made by upward looking ground based remote sensing instruments Max-DOAS, FTIR, and LIDAR and by systematic measurement programmes of upper-tropospheric composition using passenger aircrafts CARIBIC and MOZAIC. These data will serve to reduce biases and random errors in satellite observations and facilitate interpretation of the columnar measurements in combination with surface data. This will result in a significant improvement in the use of existing and future satellite data. Common techniques and modelling tools will be used in order to add value to the GEOMON data observations, to facilitate their use in satellite validation and help design an optimal network. Prime Contractor: Commissariat a l'Energie Atomique (CEA); Paris; France.

Marine Data Portal

The Marine Data Portal is a product of the “Underway”- Data initiative of the German Marine Research Alliance (Deutsche Allianz Meeresforschung - DAM) and is supported by the marine science centers AWI, GEOMAR and Hereon of the Helmholtz Association. This initiative aims to improve and standardize the systematic data collection and data evaluation for expeditions with German research vessels and marine observation. It supports scientists in their data management duties and fosters (data) science through FAIR and open access to marine research data. AWI, GEOMAR and Hereon develop this marine data hub (Marehub) to build a decentralized data infrastructure for processing, long-term archiving and dissemination of marine observation and model data and data products. The Marine Data Portal provides user-friendly, centralized access to marine research data, reports and publications from a wide range of data repositories and libraries in the context of German marine research and its international collaboration. The Marine Data Portal is developed by scientists for scientists in order to facilitate Findability and Access of marine research data for Reuse. It supports machine-readable and data driven science. Please note that the quality of the data may vary depending on the purpose for which it was originally collected.

GFZ Data Services

GFZ Data Services is a repository for research data and scientific software across the Earth System Sciences, hosted at GFZ. The curated data are archived, persistently accessible and published with digital object identifier (DOI). They range from large dynamic datasets from global monitoring networks with real-time aquisition, to international services in geodesy and geophysics, to the full suite of small and highly heterogeneous datasets collected by individual researchers or small teams ("long-tail data"). In addition to the DOI registration and data archiving itself, GFZ Data Services team offers comprehensive consultation by domain scientists and IT specialists. Among others, GFZ Data Services is data publisher for the IAG Services ICGEM, IGETS and ISG (IAG = Int. Association for Geodesy; ICGEM = Int. Center for Global Earth Models; IGETS = Int. Geodynamics and Earth Tide Service; ISG = Int. Service for the Geoid), the World Stress Map, INTERMAGNET, GEOFON, the Geophysical Instrument Pool Potsdam GIPP, TERENO, EnMAP Flight Campaigns, the Potsdam Institute for Climate Impact Research PIK, the Specialised Information Service for Solid Earth Geosciences (FID GEO) and hosts the GFZ Catalogue for the International Generic Sample Number IGSN.

Biodiversity Exploratories Information System

BExIS is the online data repository and information system of the Biodiversity Exploratories Project (BE). The BE is a German network of biodiversity-related working groups from areas such as vegetation and soil science, zoology and forestry. Up to three years after data acquisition, the data use is restricted to members of the BE. Thereafter, the data is usually publicly available (https://www.bexis.uni-jena.de/ddm/publicsearch/index).

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