Das Projekt "Concerted Optical and Mass Spectroscopic Investigations on a Molecular Level of the Heterogeneous Chemical Reactions Important in the Depletion of Polar Stratospheric Ozone" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie durchgeführt. The contractors will measure the rate constants for the heterogeneous chlorine activation by polar stratospheric cloud aerosols to obtain quantitative insights into the reaction dynamics and information about the structure and properties of the reactive intermediates involved. The techniques used to study the reactions and to monitor the reactants and products are Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance mass spectroscopy (FTIR - far-infrared, visible and ultraviolet). Two state-of-the-art instruments are available in Garching, a Spectrospin CMS 47 X FT-ICR and a Bunker IFS 120 HR FT-IR. In Dublin there is a blank far-infrared spectrometer. The FT-ICR technique is a mature method that is used to obtain the mass spectra, at very high resolution of ions stored in the ICR trapping cell. Many masses can be determined at one time. The unambiguous identification of the stoichiometry of these ions is routinely possible. The ability to perform collision-induced dissociation experiments allows the identification of stable substructures (daughter ions). The rate constants of gas-phase chemical reactions under single collision conditions are obtained by time-resolved product detection and consecutive modelling to pseudo first order kinetics. The FTIR method lacks the high sensitivity of the mass spectroscopy, but does give direct information about the structural properties of the reactive intermediates and products, which can not be obtained by mass spectroscopy alone. Two types of experiments will be done to mimic the stratospheric reactions. Large clusters will be formed in a miniature flow reactor using a pulsed expansion of a mixture containing water and a suitable reactant which will coat the walls of the reactor. Subsequently, a carrier gas with suitable reactive species will flow through the reactor and the reactions taking place on the surface will be monitored. This will occur, a) by sampling the effluent gases through an orifice into the FT-ICR and measuring their mass spectrum, and b) by trapping the product in solid matrices, and measuring their optical spectra. The advantage is that in step a) the products or intermediates are identified by their masses. This then facilitates in step b) performed under identical experimental conditions in assigning the observed spectra.
Das Projekt "Aerosole, Wolken in der polaren Stratosphaere und die Messung ihrer chemischen Zusammensetzung in der Arktis und Westskandinavien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Physikalisches Institut durchgeführt. The main objective of this project is to perform field measurements of chemical species and aerosols at high latitudes yielding data which help to test the present understanding on how polar stratospheric clouds and (volcanic) aerosols affect the nitrogen and chlorine partitioning. Particulate measurements will be performed by lidar, one ground-based at Andoya (69.3 degree N, 16.0 degree E) and one airborne with the aircraft stationed at Kiruna (67.9 degree N, 21.1 degree E) during SESAME. The lidar measurements will show the presence of aerosols and the vertical distribution. In the case of LEANDRE lidar the horizontal scales can be determined, while the Andoya lidar measures the temporal evolution at a fixed location. Polarization and two colour measurements will delineate the particulate shape, i.e. its physical phase, and distribution changes, which can be used to identify spherical PSCs among sulfur acid droplets. Composition measurements will be performed by two ground-based spectrometers at Kiruna. One of the instruments is a differential absorption spectrometer (DOAS) using zenith scattering, off-axis solar scattering or direct moonlight observation geometries. The other instrument is a Fourier transform spectrometer (FTIR) operated in solar occultation geometry. The primary quantities derived will be zenith column amounts of various trace gases, among them NO2, NO3, CIONO2 and HNO3, which are involved in the nitrogen partitioning scheme. In addition other gases of relevance to the ozone depletion problem are measured. They include O3, HCl, BrO, OCIO, CFC12, CH4, H2O and HDO. For some of these gases, the tropospheric and stratospheric contributions can be separated or even an altitude profile derived. The techniques used are based on measurements at several zenith angles (DOAS) or exploit the high spectral resolution (FTIR). Also, it is possible for the DOAS to detect changes in the sky colour during twilight which may be attributed to polar stratospheric clouds above the station. Prime Contractor: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Physikalisches Institut; Bonn; Germany.
Das Projekt "Unterwegs zur Definition von Reife bei kompostiertem festem Siedlungsmuell: Umwandlung organischer Stoffe in Humusstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Karlsruhe (TH), Engler-Bunte-Institut, Bereich Wasserchemie und DVGW-Forschungsstelle durchgeführt. Der Umgang mit organischen Abfaellen ist zu einem weltweiten Problem herangewachsen, nicht zuletzt deswegen, da Deponieflaechen rarer werden und die Kosten fuer eine sichere Entsorgung steigen. Die Verwendung von kompostierten organischen Abfaellen in der Landwirtschaft ist nur begrenzt moeglich, da es schwierig ist, ein gleichfoermiges, sicheres Produkt von hoher Qualitaet zu garantierten. Um dieses Ziel zu erreichen, ist grundlegende Forschung notwendig. In diesem Projekt sollen die Veraenderungen der organischen Substanzen waehrend der Kompostierung untersucht, Qualitaetsparameter fuer reifen Kompost entwickelt und die Bioverfuegbarkeit von Schwermetallen ermittelt werden. Der limitierende Faktor fuer die weitergehende Verwertung von organischen Abfaellen aus Haushalten ist die wechselnde Zusammensetzung und damit die Qualitaet. Deshalb ist es das Ziel dieses Projektes, das wissenschaftliche Verstaendnis fuer die Reaktionen bei der Kompostierung zu entwickeln, mit der Absicht, einen oder mehrere Parameter angeben zu koennen, die die Kompostqualitaet naeher definieren. Fuer die Versuche soll fester kommunaler Kompost aus verschiedenen Quellen verwendet werden. Die Probenahme erfolgt waehrend der Kompostierung. Sickerwasser, sowie Extrakte werden sowohl in Deutschland als auch in Israel bezueglich verschiedener Parameter untersucht. Huminsaeuren, Fulvinsaeuren und die Nichthuminstofffraktion sollen aus dem Kompost extrahiert und quantifiziert werden. Fuer die Analyse werden C-NMR, DRIFT und FTIR sowie Gelchromatographie und HPLC verwendet. Die Anwendung von Chromatographietechniken in Verbindung mit DOC-Messung fuer die fluessigen Extrakte wird der Grundbaustein fuer die Entwicklung neuer Parameter zur Charakterisierung der Reife der Komposte. In den Extrakten werden ausserdem Bioverfuegbarkeit von Metallen und die Toxizitaet bestimmt. Die Aktivitaet von phenoloxidierenden Enzymen, die bisher in Komposten noch nicht bestimmt wurde, soll gemessen werden, um den biologischen Abbauprozess zu beobachten. Schliesslich soll die Rolle der Huminstoffe auf die Extrahierbarkeit, den Transport und die Aufnahme von Schwermetallen durch Pflanzen ermittelt werden. Aufgrund dieser Daten wird es moeglich sein, das Risiko fuer die Verwendung von Kompost abzuschaetzen.
Das Projekt "Onlineueberwachung organischer Arten in Wasserumgebungen durch Einsatz von Infrarot-Glasfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ceramoptec durchgeführt. Newly developed mid infra-red optical fibres which transmit in the wavelength interval 2-16 mm will be used. Established commercial instrumentation involving. Fourier transform infra-red spectroscopy (FITR) and wavelength tunable laser sources will be applied in conjunction with the fibres in order to establish a core technology capable of detection at trace levels. The primary feature of this programme will be to bring on-line a powerful chemical sensing technique that is sensitive and selective to a range of chemical species (ie multi-component) in an environment (ie aqueous) that has proved hitherto difficult due to technology limitations. A successful attainment of the objectives will establish a core technology capable of subsequent development into cost-effective commercial instrumentation. It is expected to obtain an on-line continuous monitoring capability which in turn will provide real-time information concerning the presence of hazardous chemical species in the aqueous environment. Two parallel approaches will be adopted: a) a direct approach, ie in-situ, b) an indirect approach, ie vapour phase. In both developments, mid infra-red fibres will be applied as sensors and will also enable remote operation of the analytical instrumentation. The range of chemical species to which this technology is to be considered will include organohalides, eg 1,2 dichloroethane, chlorinated ethylenes, pentachlorinated phenols and hexachlorocyclohexane. In addition, pesticides, aromatic solvents, and volatile hydrocarbons are further species that could be potentially monitored by this approach.
Das Projekt "Charakterisierung der mit Natriumpyrophosphat löslichen, schwer abbaubaren organischen Bodensubstanz mittels FT-IR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung durchgeführt. 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 Kohlenstoffumsatz-Modellen (z.B. Roth 23.6) dienen und die im Modell berechneten Pools um einen qualitativen Term ergänzen
Das Projekt "Der Einfluss einer instationaeren Betriebsweise auf die Produktselektivitaet bei der Direktoxidation von Propylen zu Propylenoxid soll durch Experiment und Modellbildung untersucht werden." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Technische Chemie I durchgeführt. Propylenoxid ist von grosser wirtschaftlicher Bedeutung. Bei den gegenwaertig eingesetzten Herstellungsverfahren fallen allerdings erhebliche Mengen an Neben- und Koppelprodukten an. Eine interessante Alternative waere die direkte Oxidation von Propylen mit Sauerstoff, die bisher jedoch noch nicht mit zufriedenstellender Ausbeute gefahren werden kann. In Zusammenarbeit mit BAYER und der Universitaet Amsterdam soll die Reaktion instationaer gefuehrt werden, indem die Eingangskonzentrationen der Edukte periodisch moduliert werden. Eine solche Betriebsweise hat bei verschiedenen Reaktionen zu erheblichen Steigerungen der Ausbeute gefuehrt. Zur experimentellen Untersuchung wird eine Anlage im Labormassstab aufgebaut. Edukt- und Produktgasstrom werden mit Gaschromatographie und FTIR-Spektroskopie analysiert. Die Modulationsfunktion soll zur Untersuchung der Systemantwort systematisch variiert werden.
Das Projekt "Ermittlung von Treibhausgas-Emissionen in der kommunalen Abwasserbehandlung und Ableitung möglicher Reduktionsmaßnahmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Abteilung 8 Zerstörungsfreie Prüfung, Fachbereich 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren durchgeführt. 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.
Das Projekt "Untersuchungen der Eignung von FTIR-Abgasanalysatoren zur Erfassung von limitierten und nichtlimitierten Abgaskomponenten in stationärem und dynamischem Betrieb - FTIR-Abgasmeßtechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe durchgeführt. Die Messung differenzierter organischer Abgaskomponenten stellt für die Abgasmeßtechnik ein Problem dar, da zukünftige gesetzliche Vorschriften die differenzierte Analyse der Kohlenwasserstoffemmission von Kraftfahrzeugen vorschreiben werden. Ebenso kommt der Analyse der anorganischen Abgaskomponenten zunehmend Bedeutung zu, da die Beurteilung von Abgasnachbehandlungsmaßnahmen die Erfassung der stickstoffhaltigen Neben- und Spurenkomponenten erfordert. Die FTIR-Meßtechnik sollte daher in der Lage sein, bzgl. der Hauptkomponenten die konventionellen Meßverfahren zu ersetzen und darüber hinaus bzgl. der Erfassung von Spurenkomponenten eine aufwendige Probennahme und die anschließende Chemische Analytik zu ersetzen, d.h. sie muß simultan mit hoher zeitlicher Auflösung und großer Präzision 20 bis 40 Abgaskomponenten bei gleichzeitiger Verringerung von Wartungs- und Kalibrieraufwand erfassen können. Im Laufe des Vorhabens sind drei FTIR-Analysatoren von ihren Herstellern zur Verfügung gestellt worden. Es handelt sich um die Geräte SESAM II der Fa. Siemens, AMA-FTIR der Fa. Pierburg und MEXA-4000FT der Fa. Horiba. SESAM ist für die Analyse von Rohabgas, AMA-FTIR für verdünntes Abgas und MEXA-4000FT für beide Abgasarten ausgelegt. Daher war es möglich, Versuche sowohl mit Roh- als auch mit verdünntem Abgas jeweils im Parallelbetrieb mit zwei Analysatoren durchzuführen. Zur Untersuchung der obigen FTIR-Analysatoren sind Linearitäts- und Reproduzierbarkeitsuntersuchungen mit Testgasen und Abgasmessungen an Otto- und Dieselmotoren bei stationärem und instationärem Betrieb durchgeführt worden. Die untersuchten FTIR-Analysatoren wurden hinsichtlich Multikomponentenfähigkeit, Nachweisstärke, Reproduzierbarkeit und Richtigkeit beurteilt. Die FTIR-Analysatoren sind eine gute Alternative zu den Standardmeßverfahren für anorganische Abgaskomponenten. Die in höheren Konzentrationen auftretenden Standardkomponenten werden mit gleich guter Präzision erfaßt, zusätzlich entfallen die durch Meßgaskühler bedingten Laufzeitunterschiede und Absorptionsvorgänge. Eine Gesamtkohlenwasserstoffmessung ist nicht mit der gewünschten Präzision möglich. Die differenzierte Erfassung von Kohlenwasserstoffen ist nur bei kleinen Molekülen bis etwa 6 Atomen ohne große Querempfindlichkeiten möglich. In Betriebssicherheit und Wartungsaufwand sind die FTIR-Analysatoren konventionellen Anlagen ähnlich. Der Kalibrieraufwand reduziert sich auf die Nullpunktbestimmung in 6h-Intervallen und einer Gesamtkalibrierung pro Jahr. Haupteinsatzgebiete bei der Motorenentwicklung können die Beurteilung von Abgasnachbehandlungsmaßnahmen, Kaltstartverhalten und Arternativkraftstoffe sein.
Das Projekt "Charakterisierung der mit Natriumpyrophosphat löslichen organischen Bodensusbstanz mittels FT-IR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Bodenlandschaftsforschung durchgeführt. 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.
Das Projekt "Integriertes rechnergestuetztes Auswertungssystem fuer Fernerkundungssysteme (ICAROS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Die Grundlage fuer Entscheidungsfindungen im atmosphaerischen Umweltschutz sind Informationen aus Messungen und Erkenntnisse aus Modellierungen von komplexen atmosphaerischen Prozessen. Die Anforderungen an diese Informationen sind je nach dem Geltungsbereich unterschiedlich: praezise und qualitaetsgepruefte Daten auf lokaler Ebene sowie repraesentative und vergleichbare Daten auf regionaler und internationaler Ebene. Daraufhin werden Messnetze konzipiert und Messstationen lokalisiert. Haeufig wurden jedoch Messorte empirisch und ohne Kenntnis der regionalen Erfordernisse oder Luftbelastungen ausgewaehlt. Die numerischen Modelle wurden oft eingesetzt, ohne die Bedingungen ihrer Gueltigkeit oder Validierung ausreichend zu kennen. Diese Probleme koennen durch Nutzung der Informationen aus Satellitenmessungen teilweise geloest werden. Satellitenbeobachtungen integrieren ueber raeumliche Ausdehnungen und geben andererseits Aufschluesse ueber Gebiete, die aus verschiedenen objektiven Gruenden nicht mit einem Messnetz erfasst werden koennen. Neuere Untersuchungen zur Bestimmung der optischen Dicke von Aerosolen aus multispektralen Satellitenbildern (Landsat, SPOT, ERS-1, NOAA) geben nicht nur Daten ueber die Ausbreitungsbedingungen in den unteren Atmosphaerenschichten, sondern auch Hinweise auf die chemische Zusammensetzung der fuer Truebungen verantwortlichen Teilchen. Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, diese Zusammenhaenge in einem ausgewaehlten Untersuchungsgebiet - der Region von Brescia in Norditalien - naeher zu untersuchen und darauf aufbauend ein rechnergestuetztes Auswertungssystem mit entsprechender Software zur Demonstration zur Verfuegung zu stellen. Dieses System soll die Integration sowohl von Daten aus vorhandenen Messnetzen als auch von zusaetzlich erhobenen Daten mittels mobiler Fernerkundungsmesssysteme sowie von Ergebnissen aus Chemie-Transport-Modellen und Satellitenbeobachtungen ermoeglichen und daraus neue, kostenguenstige Informationen fuer den Endnutzer - die Stadtwerke der Region Brescia - bereitstellen. Dazu werden die notwendigen Software-Module entwickelt. In einer komplexen Messkampagne ueber 2 Wochen in der Region Brescia werden die fuer ein angepasstes Chemie-Transport-Modell notwendigen Eingangs- und Evaluierungsdaten gewonnen. Dazu werden die Messnetze der Region Brescia und mobile Fernerkundungssysteme eingesetzt. Die Nutzung von Satellitenbildern wird in einer methodologischen Studie vorhandener Bilder des Untersuchungsgebietes vorbereitet. Dabei werden spezifische Fragen der Interpretation dieser Bilder herausgearbeitet und ebenfalls als Anforderungen an das Konzept dieser Messkampagne formuliert. Mit dem Chemie-Transport-Modell wird die fuer die Satellitenbildauswertung relevante, regionale Verteilung von Luftschadstoffen berechnet und mit den Satellitendaten evaluiert. Im Ergebnis der Messkampagne werden die Software-Module des Auswertungssystems modifiziert und den Stadtwerken der Region Brescia zur ...
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