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Stabilisotop-Massenspektrometer

Es wird die Beschaffung eines Stabilisotopen-Massenspektrometers mit Elementaranalysator- und Spurengaseinheit-Kopplung beantragt, um die vorhandene und intensiv genutzte Massenspektrometrie um verschiedene Stabilisotopenanwendungen zu erweitern (S- und O-Isotopenverhältnisse sowie N2O-Isotopomere). Die Stabilisotopanalyse wurde und wird in unserem Institut und der Fakultät für ein weites Feld von Forschungsanwendungen eingesetzt. Die Stabilisotopmethoden sind auch von zentraler Bedeutung für die Prozessforschung im Bereich der Dünger- und Boden-N-Umsetzungen im Hinblick auf Umweltwirkungen der landwirtschaftlichen Bodennutzung mit den Stichworten Gewässer- und Atmosphärenbelastung. Die Stabilisotopmethodik spielt daher auch wichtige Rolle bei vier laufenden Forschungsvorhaben meiner und kooperierender Arbeitsgruppen der Fakultät und für die Einwerbung weiterer Einzel- und Verbundvorhaben.

Redox Eigenschaften und Reaktivität von Adsorbiertem natürlichem organischem Material

Natürliches organisches Material (NOM) ist die Triebfeder für viele biogeochemische Prozesse in Böden und Grundwässern. Diese herausragende Rolle resultiert nicht nur aus dessen Eigenschaft als Elektronendonor sondern insbesondere auch durch die Fähigkeit Elektronen aufzunehmen und zu speichern (Redoxpuffer) sowie Redoxprozesse zwischen anderen redoxsensitiven Spezies zu vermitteln und zu beschleunigen (Mediator). Obwohl NOM in Böden und Grundwässern zu einem erheblichen Teil in sorbierter Form vorliegt, wurde der Einfluss von Redoxzustand und Redoxeigenschaften auf die Sorption von NOM bisher nicht detailliert untersucht und umgekehrt auch nicht der Einfluss von Sorption auf dessen Redoxzustand. Wir postulieren, dass die Redoxeigenschaften von adsorbiertem NOM sich signifikannt unterscheiden von gelöstem NOM aufgrund von Fraktionierungsvorgängen und Konformationsänderungen. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten zielen darauf ab, diese Prozesse im Detail zu untersuchen um somit eine Grundlage zu schaffen für ein mechanistisches Verständnis wie Sorptionsprozesse die biogeochemischen Funktionen in natürlichen wässrigen Systemen steuern. Da Sorption die mobilen und immobilen Fraktionen von NOM in diesen Systemen bestimmt, sind die Resultate auch relevant für die Beurteilung der Rolle von NOM für Transport und Transformation von Schadstoffen und mikrobiellen Atmungsprozessen. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts möchten wir konkret folgende Kernfragen bearbeiten:- Wie verändert Sorption an natürliche Oberflächen per se (d.h. ohne Elektronentransfer mit dem Sorbens) die Redoxeigenschaften von NOM (Elektronenakzeptor/-donor Kapazität, EH-Werte und -Verteilung, Elektronenmediator-Eigenschaften) - Wie beeinflusst der Redoxzustand von NOM dessen Sorptionsverhalten? - Wie beeinflusst Elektronentransfer zwischen Sorbens und NOM dessen Redoxeigenschaften? - Welchen Einfluss haben Materialeigenschaften von NOM (Herkunft, Aromatizität, Säure/Base Eigenschaften etc.) auf Sorptions- und Redoxprozesse? Hierzu werden wir im Labor mit Hilfe von Batchversuchen unter umweltrelevanten Bedingungen systematisch den Einfluss von Sorptionsprozessen an unterschiedliche natürliche Oberflächen auf die Redoxeigenschaften verschiedenartiger NOM-Proben und Chinon-Modellverbindungen untersuchen und dabei neuartige und sensitive elektrochemische Methoden anwenden. Da NOM-Überzüge auf Mineralien praktisch in allen natürlichen Systemen vorhanden sind erwarten wir uns von den Forschungsergebnissen einen wesentlichen Erkenntnisgewinn im Hinblick auf ein quantitatives Verständnis von Redoxprozessen in natürlichen heterogenen Systemen. Die Resultate sollen somit die Grundlage bilden für eine Weiterentwicklung quantitativer Modelle zur Beschreibung biogeochemischer Prozesse an der Mineral-Wasser Grenzfläche unter natürlichen Bedingungen.

Erste Phase des Projektes: Entwicklung eines integrierten Steuerungs- und Betriebsverfahrens für die Teilsysteme Kanalnetz und Kläranlage zur deutlichen Reduzierung der Gewässerbelastung

Die itwh GmbH wurde mit der Entwicklung eines integrierten Steuerungs- und Betriebsverfahrens für die Teilsysteme Kanalnetz und Kläranlage zur Emissionsverringerung von Gewässern betraut. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Regelungskonzepten, mit denen der Kläranlagenzufluss bei Regenereignissen als Stellgröße flexibel an die verfügbaren Kläranlagenkapazitäten angepasst werden kann. Somit könnten vorhandene Abwassersysteme gesamthaft effizienter genutzt und die Emissionen aus dem Kanalnetz in die Gewässer verringert werden. Um die in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU, 2000) vorgegebene Zielsetzung der guten ökologischen Gewässerqualität erreichen zu können, ist als Beitrag der Siedlungswasserwirtschaft eine Betriebsoptimierung des gesamten Abwassersystems nötig. Die itwh GmbH führt in dem geplanten Forschungsprojekt in dieser ersten Phase Untersuchungen zur Identifikation der Mess- und Regelungsgrößen durch, mit denen der bei Regenwetter stark schwankende Zufluss aus dem Einzugsgebiet an die hydraulische Kapazität und an die verfügbare Reinigungsleistung angepasst werden kann. Die Messgrößen müssen eine zuverlässige Vorhersage des Verhaltens der Kläranlage in Abhängigkeit des Zuflusses ermöglichen. Zum Einsatz kommt ein beim itwh entwickeltes Fuzzylogic-basiertes Regelungstool, das die wesentlichen Messdaten der Kläranlage über verbal formulierte Regeln als Störgrößen einbezieht. Weitergehende Modellansätze liefern darüber hinaus Prognose-Störgrößen, um durch den Zeitgewinn die Sicherheit der Regelung zu optimieren. Die Auswertung vorliegender Messdaten führt zu Erkenntnissen hinsichtlich kritischer Prozesse bei Mischwasser und werden genutzt, um Konzepte zur Regelung des Mischwasserzuflusses zu entwerfen. Dabei kommen empirische und halbdeterministische Ansätze zum Einsatz. Aufgrund der hohen Komplexität geeigneter deterministischer Modelle wird die hydraulische Kapazität der Nachklärung nur durch empirisch ermittelte Steuerfunktionen (Regression oder Fuzzyregeln) beschrieben. Die itwh GmbH untersucht die Umsetzbarkeit und den ökologische Nutzen einer Steuerung des Zuflusses zur Kläranlage am Beispiel der simulativen integrierten Lastfallstudie Chemnitz. Dazu wird ein gekoppeltes Modell von Kanalnetz (Hystem-Extran-Güte, itwh) und Kläranlage (ifak) erstellt. Die Modellkopplung und Steuerung wurde durch das Programm itwh-Control realisiert. Mit dem Gesamtmodell werden die Emissionen in das Gewässer von Kanalnetz und Kläranlage für fünf Regenereignisse unterschiedlicher Intensität und Dauer ermittelt. Durch die Erhöhung des zulässigen Zuflusses wird eine Reduzierung der emittierten Gesamtfracht ermittelt, ohne dass es zu einer Überschreitung der zulässigen Ablaufgrenzwerte kam. Bei schwachen, lang anhaltenden Ereignissen wird die Emission um bis zu 23% reduziert und leistet einen deutlichen Beitrag zur Umweltentlastung. (Text gekürzt)

Steigerung der Prozesssicherheit bei Applikation von Dichtmassen mittels inlinefähiger, zerstörungsfreier Prüfung

Bibliothekskatalog des Umweltbundesamtes

Der öffentliche Bibliothekskatalog (OPAC) der Fachbibliothek Umwelt des Umweltbundesamtes macht deren Bestände durchsuchbar. UBA-intern können Entleihvorgänge online vorgenommen werden. Im Bestandteil 'ULIDAT' (Umweltliteraturdatenbank) wurden bis Ende 2004 relevante Fachveröffentlichungen zum Umweltbereich vorwiegend aus dem deutschsprachigen und europäischen Raum bibliographisch nachgewiesen. OPAC/ULIDAT dient als wichtige Informationshilfe bei der Aufgabenerledigung des UBA sowie für externe Benutzer in allen Bereichen von Verwaltung, Forschung und Lehre, Industrie und für die interessierte Öffentlichkeit. Seit 1984 wird OPAC/ULIDAT öffentlich angeboten. Der extern verfügbare Datenbestand umfasst Literatur ab 1976. Es werden bibliographische Angaben, in ULIDAT zum großen Teil Abstracts, Deskriptoren und Umweltklassifikation gespeichert. Der momentane Datenbestand umfasst etwa 850 000 (Juni 2016), davon aus ULIDAT etwa 510 000 Datensätze (bis Dezember 2004 erfasst). Die öffentliche Nutzung der Datenbestände erfolgt entgeltfrei im Internet (http://doku.uba.de).

GEMET - General Multilingual Environmental Thesaurus

Nach einer Laufzeit von rd. drei Jahren wurde jetzt die erste Phase des Projekts European Topic Centre on Catalogue of Data Sources (ETC / CDS) der Europäischen Umweltagentur (EUA) abgeschlossen. Das Umweltbundesamt war im Rahmen dieses Projektes an der Erarbeitung des General Multilingual Environmental Thesaurus (GEMET) zusammen mit dem Italienischen Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) wesentlich beteiligt. Für die Erstellung des GEMET wurden verschiedene nationale Umweltthesauri aus europäischen Ländern (u.a. Italien, Niederlande, Portugal und Spanien) sowie als Hauptanteil ein wesentlicher Auszug aus dem Umweltthesaurus des UBA herangezogen. Der Umweltthesaurus EnVoc von UNEP - Infoterra wurde komplett in GEMET integriert. Damit liegt erstmals ein allgemeiner Umweltthesaurus auf europäischer Ebene vor, der als Standard für die zukünftige Arbeit bei der inhaltlichen Erschließung von Metadaten, von wissenschaftlicher Fachliteratur, von Forschungsprojekten und zum Umweltrecht sowie beim Wiederauffinden von umweltrelevanten Informationen gelten kann. GEMET enthält in der Version 2001 rd. 5 300 Deskriptoren (Vorzugsbezeichnungen) und rd. 1 260 Synonyme. Er ist polyhierarchisch aufgebaut (Ober-, Unter- und verwandte Begriffe), verfügt über eine Grobeinteilung der Begriffe in 30 Gruppen und 40 Themengebiete und hat für die nachfolgenden Sprachen entsprechende Äquivalente: Englisch, Deutsch, Dänisch, Finnisch, Niederländisch, Norwegisch, Schwedisch, Französisch, Griechisch, Italienisch, Portugiesisch, Spanisch, Ungarisch, Slowakisch, Amerikanisches Englisch, Bulgarisch, Russisch, Tschechisch, Slowenisch.. Da GEMET auch mehr als 4 000 Definitionen enthält, kann man ihn wie ein Glossar benutzen. GEMET steht über die Homepage des ETC / CDS im Internet in verschiedenen Formaten zur Verfügung. Das ETC / CDS wurde mit dem 31.12.2001 beendet. Eine Aktualisierung der Daten von GEMET ist derzeit nicht vorgesehen.

Recycling von Kartuschen

Zielsetzung: Dicht- und Klebstoffkartuschen finden in sehr vielen Bereichen zunehmende Anwendung. Kartuschen sind eine vom Endnutzer sehr gut akzeptierte Verpackung und Verarbeitungshilfe der Produkte. Sie zeichnen sich einerseits durch eine hohe Homogenität des Kartuschenmaterials, vorwiegend hochwertiges Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), und andererseits durch eine extrem variable chemische Zusammensetzung der Inhaltsstoffe aus. In ersten Voruntersuchungen wurde festgestellt, dass etwa 90 % der gesammelten Kartuschen MS (modifizierte Silan-)Polymer , Acryl- und Silikon-haltige Restinhaltstoffe aufwiesen. Die restlichen 10 % beinhalten eine Vielzahl anderer Inhaltsstoffe (u. a. Bitumen, Polyurethan, Zement). Die Menge und der Zustand der in den Kartuschen verbliebenen Restinhaltstoffe variiert stark. Dichtstoffkartuschen werden als „nicht recyclingfähig“ eingestuft. Dies liegt an der sehr variablen Zusammensetzung der Inhaltsstoffe und deren Rückstände in der Kartusche, die bei der Kreislaufführung des HDPEs zu massiven Problemen führen (z. B. Silikonrückstände). Deshalb werden Kartuschen in Deutschland derzeit thermisch verwertet, in anderen europäischen Ländern auch deponiert. Marktanalysen gehen davon aus, dass in Deutschland jährlich 60- 70 Mio. Stück Kartuschen in Verkehr gebracht werden. In Europa fallen pro Jahr rund 45.000 t Kartuschenabfälle an. Aufgrund der hohen Mengen und des ungelösten Entsorgungsproblems sollen die Hersteller verstärkt in die Pflicht genommen werden. Für die Verwendung von Kunststoffen werden von der EU zwischenzeitlich Aufschläge von 800 €/t erhoben. Es ist absehbar, dass diese Aufschläge früher oder später an die Hersteller weitergereicht werden. Auf EU-Ebene wurden und werden auch Diskussionen über ein Verbot nicht-recyclingfähiger Kunststoffverpackungen geführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll die Recyclingfähigkeit von Dicht- und Klebstoffkartuschen untersucht werden. Dies setzt zunächst ein effizientes Erfassungssystem voraus, das gleichermaßen beim Fachhandel, Handwerk und Sortieranlagen ansetzt und die gebrauchten Kartuschen als Monostrom separiert. Bei der Entwicklung des Recyclingprozesses sollen vorzugsweise mechanische und chemische, nachgeordnet thermische Verfahren betrachtet werden. Ziel ist die Kreislaufführung des hochwertigen HDPEs. Konkret: Aus gebrauchten Kartuschen neue Kartuschen produzieren. Wenn es gelingt HDPE in ausreichender Qualität zu gewinnen, existiert für das Rezyklat bereits ein Absatzmarkt.

Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Monitoringverfahrens auf Grundlage einer physiologisch fundierten Vitalitätsbewertung von Hauptbaumarten in Mischbeständen

Im Zuge des Klimawandels steigt der Informationsbedarf zur Vitalitätsentwicklung von Wäldern und Baumarten sowie deren Reaktionen auf Störungsereignisse wie Sturm oder Kalamitäten. Da detaillierte Informationen häufig fehlen, sind die verbreiteten Abschätzungen hierzu teils widersprüchlich und spekulativ. Parallel zur terrestrischen Waldzustandserfassung ist die forstliche Fernerkundung bemüht, diese Informationslücke zu schließen. Allerdings ist die Unterscheidung von Baumarten und deren Vitalitätszustand noch immer problematisch. Zur Erhebung dieser Messwerte fehlen belastbare baumphysiologisch belegte Zusammenhänge. Dafür bieten sich Verfahren der Fernerkundung an, wenn über eine rein empirische Erhebung hinaus die Ableitung baumphysiologischer Parameter gelingt. Mit dem aktuellen Forschungsvorhaben soll eine Brücke zwischen den modernen Möglichkeiten der forstlichen Fernerkundung und Gehölzphysiologie geschlagen werden. Ein im Wald installierter 40 m hoher Drehkran am GFZ TERENO-Forschungsstandort im Raum Demmin (MV) bietet dabei für FeMoPhys einzigartige Möglichkeiten. Das Vorhaben verfolgt folgende Ziele: 1. Untersuchung von Zusammenhängen zwischen stressbedingten, physiologischen Veränderungen in Baumkronen, Stamm und Wurzeln und deren Quantifizierbarkeit durch 'Messung von außen' 2. Verknüpfung des methodischen Knowhow der baumphysiologischen Diagnostik und den Verfahren der hyper-/multispektralen und thermalen Diagnostik von Baumkronen 3. Identifikation klimasensitiver Areale auf der Basis von Flächendaten und baumphysiologischen Untersuchungen speziell für Hauptbaumarten 4. Entwicklung eines einfach zugänglichen Informationsproduktes zum baumartenspezifischen Waldzustand Das Projekt will einen Forest Vulnerability Index anvisieren, der Zielgrößen wie Anfälligkeit für Insektenbefall und Dürreschäden ausgibt. Dieser und weitere Indizes können kombiniert werden und so helfen, Risiken für Kaskadeneffekte und die Überschreitung von Kipppunkten abzuschätzen.

Geohydraulische Untersuchungen im lösungsempfindlichen sulfathaltigen Untergrund der Staustufe Hessigheim

Im Untergrund der Staustufe Hessigheim am Neckar werden gipsführende Gesteinsschichten im Grundwasserstrom gelöst. Im Forschungsvorhaben werden die geohydraulischen Bedingungen dieser Auslaugungsprozesse untersucht und numerische Modellberechnungen durchgeführt. Ziel ist es, fundierte Aussagen über die Gefährdung des bestehenden Bauwerkes zu treffen und weitere Baumaßnahmen zu planen.

Energieforschungsplan EVUPLAN, Aktualisierung der Substitutionseffekte erneuerbarer Energien im deutschen und europäischen Stromsektor und ihrer Auswirkungen auf die Emissionsbilanzierung erneuerbarer Energieträger

a) Zielstellung, fachliche Begründung: Im Rahmen der Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger ermittelt das UBA jährlich die Emissionen Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionen, die durch die Nutzung erneuerbarer Energien vermiedenen werden. Zu diesem Zweck wird eine jährlich aktualisierte Analyse der durch erneuerbare Energien verdrängten fossilen Kraftwerke benötigt. Dabei hat eine Verschiebung zwischen verschieden fossilen Energieträgern eine signifikante Wirkung auf das Ergebnis. Mittels der bereits gewonnenen Erkenntnisse aus dem Vorgängerforschungsvorhaben 'SeEIS' (Substitutionseffekte erneuerbarer Energien im Stromsektor) soll eine Aktualisierung der Ergebnisse bewerkstelligt werden, welche die dynamischen Entwicklungen im europäischen Strommarkt abbildet. Ferner soll geprüft werden, inwieweit sich der methodische Ansatz mit Blick auf die EE-Ausbauziele vereinfachen lässt. b) Output: Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Substitutionseffekte erneuerbarer Energien technologiespezifisch (Wind-onshore, -offshore, PV, Wasserkraft, Biomasse (ggf. differenziert) /Geothermie) jeweils für Deutschland und seine Nachbarländer zu untersuchen bzw. zu aktualisieren.

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